ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2010, том 74, № 1, с. 39-43
УДК 520.6.05, 523.9-739, 523.9-8
ЭКСПЕРИМЕНТ ТЕСИС ПО РЕНТГЕНОВСКОЙ ИЗОБРАЖАЮЩЕЙ СПЕКТРОСКОПИИ СОЛНЦА НА СПУТНИКЕ КОРОНАС-ФОТОН
© 2010 г. С. В. Кузин1, С. А. Богачев1, И. А. Житник1, С. В. Шестов1, В. А. Слемзин1, А. В. Митрофанов1, Н. К. Суходрев1, А. А. Перцов1, А. П. Игнатьев1, О. И. Бугаенко2, Ю. С. Иванов1, А. А. Рева1, М. С. Зыков1, А. С. Ульянов1, С. Н. Опарин1, А. Л. Гончаров1, Т. А. Шергина1, А. М. Урнов1, В. А. Соловьев1, С. Г. Попова1
E-mail: kuzin@lebedev.ru
В январе 2009 г. произведен успешный запуск спутника КОРОНАС-ФОТОН. В его состав входит комплекс телескопов и спектрогелиографов ТЕСИС, предназначенный для получения изображений солнечной короны в мягком рентгеновском и вакуумном ультрафиолетовых диапазонах спектра с высоким пространственным, временным и спектральным разрешением.
ВВЕДЕНИЕ
Исследование солнечной короны чрезвычайно важно с точки зрения решения фундаментальных задач физики Солнца и астрофизики. Ключевые проблемы — нагрев короны, механизмы солнечных вспышек, формирования и ускорения солнечного ветра до сих пор не решены. Кроме того, межпланетная среда в основном формируется за счет процессов, происходящих в солнечной короне, поэтому их изучение важно и с прикладной точки зрения. Солнечные вспышки и сопровождающие их повышение потоков ионизирующего излучения и заряженных частиц, выбросы коронального вещества, потоки солнечного ветра — все эти явления обуславливают космическую погоду в околоземном пространстве.
Для решения этих задач в начале 90-х годов XX в. была сформирована программа исследования солнечной активности с борта спутников — КО-РОНАС. В 1994 г. был выведен на орбиту первый спутник этой серии — КОРОНАС-И [1], а в 2001 г. — КОРОНАС-Ф [2]. Научное руководство обоими спутниками осуществлял ИЗМИРАН. 30 января 2009 года на орбиту Земли был выведен третий космический аппарат программы КОРОНАС — спутник КОРОНАС-ФОТОН [3]. В состав научного комплекса на спутнике входят 12 приборов, предназначенных для исследования различных проявлений активности Солнца в широком спектральном и энергетическом диапазонах. Научное руководство проектом осуществляется МИФИ.
Для этого спутника в ФИАН был разработан новый комплекс космических телескопов и спектрометров ТЕСИС. Основная цель эксперимента
1 Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва.
2 Государственный астрономический институт им. П.К. Штернберга Московского государственного университета им.М.В. Ломоносова.
ТЕСИС — исследование активности короны в широком диапазоне высот и температур. В аппаратуре реализуется апробированный ранее на предыдущих спутниках серии КОРОНАС метод изображающей спектроскопии Солнца, предусматривающий регистрацию полного диска с высоким пространственным, спектральным и временным разрешением. Аппаратура ТЕСИС включает 6 независимых приборов, предназначенных для телескопических и спектроскопических наблюдений солнечной короны в мягком рентгеновском (МР) и вакуумном ультрафиолетовом (ВУФ) диапазонах спектра.
В задачи эксперимента ТЕСИС входят исследование плазмы солнечной короны — ее тонкой структуры, динамики, физических условий в плазме (температуры, плотности), изучение локальных и глобальных явлений и структур: вспышек, горячих облаков, активных областей, выбросов корональной массы и т.д. Комплекс приборов ТЕСИС позволяет проводить наблюдения солнечной короны различных типов: мелкомасштабную структуру и динамику плазмы отдельных явлений с высоким пространственным (до 1.7 угл. сек) и временным (до 1 с) разрешением, крупномасштабные структуры на больших расстояниях от поверхности Солнца (до трех радиусов), наблюдения отдельных структур с высоким спектральным разрешением (до 0.01 А) в широком спектральном диапазоне и наблюдения других типов.
В настоящее время проводятся калибровочные и отладочные включения аппаратуры, определяются основные режимы ее работы.
СОСТАВ И ОСОБЕННОСТИ АППАРАТУРЫ ТЕСИС
В состав аппаратуры входят 5 независимых МРи ВУФ-каналов, спектрофотометр "Сфинкс" [4] и
40 КУЗИН и др.
Характеристики аппаратуры ТЕСИС
Канал регистрации, длина вол- Оптическая схема мм Угловой размер 1 пиксела, Поле зрения, угл. ° Селективность, А/ДА Доминирующие ионы Форма поверхности Размер зеркала, мм
ны, нм угл. сек. зеркала
13.2/17.1 Гершеля 1600 1.74 1 «26 (13.2 нм) «28 (17.1 нм) Ге XIX, Ге XX, Ге XXIII (13.2 нм) Ге IX (17.1 нм) Внеосевая парабола 0100
17.1, 30.4 Гершеля 1600 1.74 1 «28 (17.1 нм) «30 для (30.4 нм) Ге IX (17.1 нм) Не II, XI (30.4 нм) Внеосевая парабола 0100
30.4 Спектрогелиограф 600 4.6 (в направлении и ± дисперсии) 2 «7 Ге XV, N1 XVIII, 81 IX, Са XVIII, 81 XI, Не II, Мб VIII и др. Осевая парабола 080
30.4 Ричи-Кре-тьена 600 4.6 2 «7 Не II, 81 XI Осевые параболы Первичное — 80/20 Вторичное — 40/10
0.84 Спектрогелиограф 1200 2.3 1.3 МБ XII Сфера 120 х 80
2 оптических датчика, предназначенных для точной ориентации получаемых изображений Солнца. Основные характеристики каналов регистрации прибора ТЕСИС приведены в таблице.
Для получения изображений короны Солнца в различных температурных срезах предназначены 2 телескопа высокого разрешения, построенных по схеме Гершеля. С их помощью можно наблюдать холодную плазму переходного слоя с температурой около 50 тыс. град (304 А, линия иона Не II), корональную плазму с температурой около 1 млн. град (171.1 А, линия Fe IX) и горячую плазму с температурой около 15 млн. град, соответствующую вспышечным областям (132 А, линии ионов Fe XX и Fe XXII). В телескопах использованы внеосевые параболические зеркала с многослойным покрытием. В обоих телескопах зеркала имеют области с покрытиями разных типов. На одном — на области на 304 и 171 А, на втором — 132 и 171 А. В телескопе 304/171 А установлена специальная шторка, позволяющая выбирать ту или иную спектральную область. В канале 132 А покрытие на область 171 А занимает незначительную часть площади зеркала. В этом канале покрытие на 171 А предназначено для привязки изображений горячей плазмы в диапазоне 132 А к солнечному диску и структурам, наблюдаемым в корональной плазме в диапазоне 171 А.
Основной особенностью многослойных покрытий, использованных для всех спектральных
диапазонов, является их высокое спектральное разрешение: к/Дк для покрытия на диапазон 171 А составило 28, на диапазон 304 ЕА — 28 и на диапазон 132 А — 26. Это позволяет регистрировать в каждом диапазоне 1—2 доминирующие линии, что принципиально важно для реализации метода изображающей спектроскопии.
Другая особенность созданных зеркал — то, что они имеют очень низкое рассеяние, что позволяет регистрировать солнечную корону без использования искусственной луны. Для регистрации выбранного участка солнечной короны зеркала могут наклоняться с помощью механизма наклона. С помощью этого же механизма производится фокусировка канала.
Для регистрации дальней короны Солнца предназначен коронограф на спектральный диапазон 304 А. Этот короткофокусный телескоп собран по двухзеркальной схеме Ричи—Кретьена. Зеркала имеют покрытие, аналогичное покрытию на 304 А, описанному выше. Для блокирования интенсивного излучения солнечного диска используется маска, нанесенная непосредственно на чувствительную площадку детектора.
В состав инструмента входят два спектрогелиографа, примененные ранее в эксперименте СПИРИТ на спутнике КОРОНАС-Ф - один на ВУФ-область 280-330 А [5], другой — на диапазон вблизи 8.42 А [6], включающий резонансную линию Мб XII.
б TESIS He II 304 Á 06:01UT 26.03.2009
Рис. 1. Изображения, полученные в канале 304 А (спектральная линия иона Не II) прибором ТЕСИС. Зарегистрированы 02.03.2009 в 22:05 иТ (а) и 26.03.2009 в 06:01 ЦТ (б).
В качестве входных фильтров для телескопа на область 304/171 Á, ВУФ-спектрогелиографа и коронографа использованы многослойные структуры Al/Si, а для телескопа 132 Á — Zr/Si. Более подробно многослойные покрытия зеркал и фильтры описаны в [7]. Фильтр спектрогелиографа MgXII представляет собой майларовую пленку толщиной 3.6 мкм, с двух сторон, напыленную слоями алюминия толщиной 1500 Á.
Все многослойные покрытия были разработаны и нанесены в ИФМ РАН [7].
Регистрация изображений во всех изображающих каналах инструмента осуществляется с помощью разработанных в ФИАН двухкоординат-ных детекторов МР- и ВУФ-диапазона. Чувствительным элементом детектора служит ПЗС-матрица фирмы e2v модели ССD42-40 с регистрацией излучения на обратную сторону (технология "back illuminated"). Матрица имеет формат 2048 х х 2048 элементов и размер элемента 13.5 х 13.5 мкм. Для уменьшения влияния рассеянного в инструменте оптического излучения на поверхность ПЗС-матрицы были нанесены многослойные покрытия, аналогичные описанным выше входным фильтрам. Детектор, разработанный на базе этой ПЗС, имеет 14 бит АЦП, уровень шумов считывания ~10 электронов/ячейку, время считывания полного окна матрицы около 8 с. Детектор имеет систему электроохлаждения на базе элементов Пельтье. Для летных детекторов была исследована эффективность регистрации в рабочем диапазоне длин волн [8, 9].
Управление всем комплексом аппаратуры осуществляется с помощью специально разработанно-
го бортового компьютера на базе DSP-процессора. Компьютер имеет быстродействие 64МОПС и память 200МБ. Он выполняет следующие функции: — управляет режимами работы всего комплекса ТЕСИС, — обеспечивает параллельное считывание в 4-х каналах, —производит обработку получаемой с каналов информации, ее упаковку и передачу в систему сбора научной информации.
РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ
Спутник КОРОНАС-ФОТОН был выведен на орбиту 30 января 2009 г. Первое включение аппаратуры ТЕСИС состоялось 26 февраля 2009 г. За прошедший период были проведены определение режимов регистрации аппаратуры, фокусировка и определение функции белого поля телескопических каналов, оптимизация информационных потоков. За 2 мес работы получено около 25 Гбайт телеметрической информации, содержащих более 25000 изображений Солнца в различных спектральных диапазонах.
На рис. 1 представлены изображен
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.