[发明专利]一种基于可调谐滤光器成像观测的太阳大气视向速度场测量方法

说明书

本发明公开了一种基于可调谐滤光器成像观测的太阳大气视向速度场测量方法，该方法主要针对太阳大气非速度因素引起的谱线局部强度变化对速度场测量的影响，在进行谱线线心计算时考虑了偏带发射或吸收特征以及偶然误差等因素对谱线轮廓特别是对称性的影响，使用判据对存在发射或者吸收特征的偏带点进行筛选和修正，能够有效剔除太阳大气局部谱线发射或吸收现象对传统质心算法的影响，从而获得更加准确得到谱线偏移量测量结果。本发明在传统的可调谐滤光器和质心算法的基础上，有效去除了太阳大气局部谱线发射、吸收现象对测量结果的影响，使得速度场测量更加准确可靠。本发明算法简单，不增加原有测量系统复杂性，实用性与创新性明显。

技术领域

本发明属于太阳成像观测技术领域，具体涉及太阳大气多偏带成像观测、太阳大气物质运动多普勒效应分析，是一种通过太阳大气特征谱线波段的可调谐滤光器多偏带成像观测装置，利用多普勒效应反演色球层物质视向运动速度的方法。

背景技术

太阳风暴将引发灾害性的空间天气事件，而太阳活动则是太阳风暴的源头。密切监测太阳活动、对剧烈太阳活动进行有效预报是减少太阳活动造成的损失的主要途径，而对太阳活动的监测与预报都有赖于多维度、长时间、高分辨、高精度的太阳观测。太阳的主要活动大多会在太阳大气层引起相应现象、造成太阳大气物质产生剧烈运动，对太阳大气物质运动形态进行观测可以监测太阳活动、并为太阳活动预报提供物理理论研究数据和新的活动预报因子，是太阳观测的重要内容之一，对太阳活动预报及空间天气预报具有重要意义。另外，太阳是距离地球最近的一颗恒星，研究太阳是我们深入了解宇宙等离子体的运动、辐射、演化，以及诸如高能粒子加速、核反应等重要过程的重要途径，色球层物质运动的研究为理论研究提供了重要依据。

测量物质的视向运动主要应用多普勒效应。观测者接收到的物体辐射波长会因为波源和观测者的相对运动而产生变化，物体朝向观测者运动时，波被压缩，波长变短，频率变高，反之亦然。所以通过物体频率的变化亦即波长的变化可反演出物体的运动速度。通过测量太阳大气典型辐射谱线线心的偏移可以反演得到太阳大气物质相对于观测者的视向运动速度。

目前，能够获得太阳大气物质视向运动速度的设备主要有：西班牙特内里费岛的色球望远镜(ChroTel)、日本Hida天文台的太阳动力学多普勒成像仪(SDDI)以及中国科学院武汉物理及数学研究所的双通道原子滤光全日面太阳成像仪。Chrotel利用He I 10830波段lyot滤光器范围内的5个波长位置非等波长间距偏带成像观测数据，通过直接计算光强曲线质心对应的波长偏移量，以这个偏移量作为光谱轮廓偏移后的线心位置，来反演多普勒视向速度。滤光器带宽为带宽大于He I的谱线宽度，红蓝两翼四个偏带位置也偏离谱线中心较远，偏带范围内还有其它吸收线，这些都使得该设备对较低的多普勒视向速度响应不灵敏且测量结果有较大误差。而且太阳活动区域的色球层谱线会产生谱线的发射和吸收等谱线变化，引起5个偏带观测光强的不对称性，这样的不对称性会对计算的多普勒偏移有所贡献，用直接的质心计算方法获得多普勒速度时会引入较大误差，导致该方法对活动区速度测量准确度降低。SDDI利用Hɑ波段lyot滤光器范围内73个波长位置的等间距偏带成像来观测耀斑和暗条爆发时的动力学过程，滤光器带宽为小于Hɑ谱线宽度，偏带间隔小，光谱覆盖范围宽，主要用于高速的爆发性太阳活动的动力学观测。但SDDI目前只能通过几个选定的偏带观测结果对比分析及光强差分图，是一种用对称偏带位置的光强不对称性来定性获得爆发物质相对运动速度的方法，没有进行定量的计算和分析，得到的太阳物质视向运动速度较为粗略。双通道原子滤光全日面太阳成像仪同样利用Na谱线对称红蓝翼偏带观测的光强不对称性来反演全日面多普勒运动速度，该方法受限制于原子滤光器透过率低、Na谱线窄的局限，以及较大的系统误差，仅能实现全日面自转运动的定性观测，无法获得较准确的表面物质运动信息。

总之，现有的速度场测量方法在利用多偏带扫描观测采样获区轮廓进行速度场反演时，没有考虑活动区谱线偏带的发射或吸收造成的谱线变化对线心偏移计算及速度计算结果的影响，速度反演结果误差较大。

发明内容