Solar-Terrestrial PhysicsSolar-Terrestrial PhysicsСолнечно-земная физика / Solnechno-Zemnaya Fizika / Solar-Terrestrial Physics2712-96401044710.12737/17376Результаты исследованийResults of current researchРезультаты исследованийChromospheric telescope of Baikal Astrophysical Observatory. New lightХромосферный телескоп БАО ИСЗФ. Новый светhttps://orcid.org/0000-0002-4697-0171СкоморовскийВалерий ИосифовичSkomorovskyValery Iosifovichskoal@iszf.irk.ru
ХимичВалерий АнатольевичKhimichValeriy Anatol'evichkhimval@mail.ruИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian FederationИнститут солнечно-земной физики СО РАНИркутскРоссияInstitute of Solar Terrestrial Physics SB RASIrkutskRussian Federation2406201624062016226985https://zh-szf.ru/en/nauka/article/10447/view
Хромосферные телескопы — важный инструмент для проведения наблюдений по программе службы Солнца и научных исследований. После 35 лет наблюдений на хромосферном телескопе Байкальской астрофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН возникла необходимость улучшить характеристики этого телескопа и Hα-фильтра.
Рассчитан и изготовлен новый перестраивающий объектив для получения изображения полного диска Солнца диаметром 18 мм на ПЗС-камере Hamamatsu С9300-124 с детектором 36×24 мм (4000×2672 пикселей), установленной вместо вышедшей из строя камеры Princeton Instruments с детектором 50×50 мм (2048×2048 пикселей). Выполнены чистка и полная юстировка всей оптики телескопа. Изготовлены контрастный фильтр предварительной монохроматизации, новые поляризационные ступени, заменена оптическая иммерсия и настроена полоса пропускания интерференционно-поляризационного фильтра (ИПФ) фирмы Bernhard Halle. Впервые описаны особенности конструкции и связанная с ними методика юстировки ИПФ. Спектральные характеристики ИПФ и фильтров предварительной монохроматизации обеспечивают высокий контраст монохроматических изображений. Интерферограммы волнового фронта оптических элементов и телескопа в целом показывают, что искажения волнового фронта всего оптического тракта находятся в пределах 0.25λ. Приведены снимки хромосферы полного диска Солнца в центре и крыле линии Нα.
A chromospheric telescope is an important instrument for synoptic observations and solar research. After several decades of observations with the chromospheric telescope at Baikal Astrophysical Observatory, a need arose to improve the characteristics of this telescope and filter. A new reimaging lens to produce full-disk solar images 18 mm in diameter at the CCD camera Hamamatsu C-124 with a detector 36×24 mm (4000×2672 pixels) was designed and manufactured to replace the out-of-operation 50×50 mm Princeton Instruments camera. A contrast interference blocking filter and a new Iceland spar and quartz crystal plates instead of damaged ones were made and installed in the Hα birefringent filter (BF), manufactured by Bernhard Hallе Nachfl. The optical immersion in the filter was changed. All telescope optics was cleaned and adjusted. We describe for the first time the design features and their related BF passband tuning. The wavefront interferograms of optical elements and telescope as a whole show that the wavefront distortion of the optical path is within 0.25 λ. The BF and pre-filter spectral parameters provide high-contrast monochromatic images. Besides, we give examples of solar chromospheric images in the Ha line core and wing.
ВВЕДЕНИЕВ СибИЗМИР в 1980 г. был разработан и изготовлен первый отечественный телескоп для наблюдений с фильтром на линию Нα хромосферы полного диска Солнца с пространственным разрешением около 1″ [Банин и др., 1982].Основные характеристики хромосферного телескопа и фильтра Диаметр главного объектива180 ммЭквивалентное фокусное расстояние5432 ммНевиньетированное поле зрения34 угл. минДиаметр изображения Солнца50 ммИнтерференционно-поляризационный фильтр, фирма-изготовительBernhardHalleNachfl. GmbHДлина волны полосы пропускания фильтраλ 6563 ÅПолуширина полосы1 или 0.5 ÅСмещения полосы в пределах± 1 Å. В период 1981-1999 гг. съемка диска Солнца (диаметр изображения 50 мм) велась на 80-миллиметровую фотопленку. Архив пленок хранится в Институте солнечно-земной физики СО РАН. В 2000-2002 гг. для съемки использовалась ПЗС-камера производства Princeton Instruments с матричным детектором размером 50×50 мм, 2048×2048 пикселей [ftp://ftp.iszf.irk.ru/h_alpha]. С 2004 г. из-за поломки камеры съемка велась вручную на 8-мегапиксельной цифровой фотокамере Konica Minolta DiMAGE A2, 3264×2448 пикселей. На малом поле камеры, около 17 мм, наблюдались только отдельные активные области. С новой автоматической ПЗС-камерой Hamamatsu С9300-124 с детектором размером 36×24 мм, 4000×2672 пикселей, для получения полного диска был временно установлен коммерческий объектив, который строил уменьшенное до 18 мм изображение Солнца. Однако этот объектив не давал хорошего качества изображения, и необходимо было рассчитать и изготовить новый перестаивающий объектив. Кроме того, на изображении появились участки разной яркости, резкий перепад которой от центра к краю указывал на инструментальное происхождение, а также темные точки в поле зрения и каплеобразные «расклейки» на краю поля. Они были вызваны появившимися дефектами в оптической стопе интерференционно-поляризационного фильтра (ИПФ) и фильтре предварительной монохроматизации. Для устранения дефектов потребовались ремонт и замена поляризационных элементов ИПФ. Несмотря на относительно чистую байкальскую атмосферу, оптика телескопа за 35 лет круглогодичной эксплуатации загрязнилась пылью ближайших новостроек, сажей лесных пожаров. Потребовались полная разборка, чистка телеобъектива и другой оптики телескопа и новая юстировка всего телескопа.ОПИСАНИЕ ТЕЛЕСКОПАФотография телескопа и оптическая схема показаны на рис. 1. Одним из условий успешной работы комплекса «телескоп - фильтр» было соответствие оптической схемы, строящей изображение, требования к установке ИПФ на телескопе, главным образом в отношении сохранения заданной параметрами фильтра монохроматичности излучения, а также в обеспечении требуемой разрешающей способности по всему диску Солнца.Конкретные оригинальные решения в конструкции оптических элементов и некоторых других принципиальных узлов хромосферного Hα-телескопа приведены в работе [Клевцов, Трифонов, 1980].ИПФ - важнейшая часть хромосферного телескопа - уникальный прибор, стоимость которого сравнима со стоимостью телескопа и может даже превосходить ее. Световой диаметр оптической стопы ИПФ 28 мм, длина 190 мм, угловое поле фильтра ±2.5° при допустимом смещении полосы пропускания 0.05 Å. Эти параметры ограничивают «аппетиты» касательно установки фильтра на телескопе с большой апертурой для проведения наблюдений всего диска с высочайшим, менее 1′′, разрешением [Клевцов, 1984]. Именно для этого фильтра была рассчитана оптическая схема и изготовлен телескоп для получения монохроматических изображений всего диска Солнца с пространственным разрешением порядка 1′′ с учетом разрешающей способности приемников излучения (кинофотопленки, ПЗС-матрицы).
Александрович С.В., Домышев Г.Н., Коровкин А.И., Садохин В.П., Скоморовский В.И. Узкополосный интерференционно-поляризационный фильтр (ИПФ) с двумя полосами пропускания // Новая техника в астрономии. Л.: Наука, 1975. Вып. 5. С. 34-39.Aleksandrovich S.V., Domyshev G.N., Korovkin A.I., Sadokhin V.P., Skomorovsky V.I. Narrow-band birefringnt filter with two transmission bands. Novaya tekhnika v astronomii [New facilities in astronomy]. 1975, no. 5, pp. 34-39. (in Russian).Банин В.Г., Клевцов Ю.А., Скоморовский В.И., Трифонов В.Д. Н-alpha-кинематограф СибИЗМИР // Солнечные данные. 1982. № 1. С. 90-94.Banin V.G., Klevtsov Yu.A., Skomorovsky V.I., Trifonov V.D. Н-alpha-cinematograph of SibIZMIR. Solnechnye dannye [Solar data]. 1982, no. 1, pp. 90-94. (in Russian).Банин В.Г., Клевцов Ю.А., Скоморовский В.И., Трифонов В.Д. А. с. 1018092 СССР, МПК 5 G02В23/00. Хромосферный телескоп / заявитель и патентообладатель СибИЗМИР АН СССР / № 3330697; заявл. 14.08.1981; опубл. 15.05.1983а, бюл. № 18. 3 с.Banin V.G., Klevtsov Yu.A., Skomorovsky V.I., Trifonov V.D. Khromosfernyi teleskop [Chromospheric Telescope]. Patent USSR no. 1018092, 1983a. (in Russian).Банин В.Г., Боровик А.В., Язев С.А. Большие солнечные вспышки 13 и 16 мая 1981 г. // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца: сб. науч. тр. М.: Наука, 1983б. Вып. 65. С. 151-164.Banin V.G., Borovik A.V., Yazev S.A., Big solar flares of May 13 and May 16 1981. Issledovaniya po geomagnetizmu, aeronomii i fizike Solntsa [Research on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 1983b, iss. 65, pp. 151-164. (in Russian).Батмунх Д., Головко А.А., Трифонов В.Д., Язев С.А. Наблюдения комплекса активности, давшего мощные солнечные вспышки в августе-сентябре 2011 г. в Иркутске и Улаанбатааре // Избранные проблемы астрономии: материалы 3-й Всероссийской астрономической конференции «Небо и Земля», Иркутск 22-24 ноября 2011 г. С. 75-81.Banin V.G., Borovik A.V., Yazev S.A. Complex of activity and large solar flares. Contributions of the Astronomical Observatory of Scalnation Pleso. 1986, vol. 15, pp. 289-296.Боровик А.В., Мячин Д.Ю., Томозов В.М. Наблюдения внепятенных солнечных вспышек в Байкальской астрофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН и их интерпретация // Известия Иркутского государственного университета. 2014. Т. 7. С. 23-45.Batmunkh D., Golovko A.A., Trifonov V.D., Yazev S.A. Observations of activity complex yielded large solar flares in August 2011 in Irkutsk and Ulanbaatar. Izbrannye problemy astronomii: materialy 3 Vserossiiskoi astronomicheskoi konferentsii “Nebo i Zemlya” [Selected Problems of Astronomy: Proc 3rd Russian Conference “Sky and Earth”]. Irkutsk, 2011, pp. 75-81. (in Russian).Клевцов Ю.А. Особенности работы интерференционно-поляризационного фильтра в оп-ической схеме телескопа // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца: сб. науч. тр. М.: Наука, 1984. Вып. 69. С. 183-189.Bhatnagar A., Livingston W. Fundamentals of Solar Astronomy. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2005. 445 p.Клевцов Ю.А. Новые оптические системы телескопов и методы их расчета: дис… канд. техн. наук: 05.11.07. Иркутск, 1987. 233 с.Borovik A.V., Myachin D.Yu. The spotless flare of March 16, 1986. Preflare activations of fine structure of chromospheres. Solar Phys. 2002, vol. 205, pp. 105-116. DOI: 10. 1023/A:1013859722017.Клевцов Ю.А., Трифонов В.Д. Оптическая система нового хромосферного телескопа // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца: сб. науч. тр. М.: Наука, 1980. Вып. 52. С. 71-75.Borovik A.V., Myachin D.Yu. Structure and development of the spotless flare on March 16, 1981. Geomagnetism and Aeronomy. 2010, vol. 50, no. 8, pp. 937-949. DOI:10.1134/S0016793210080037.Коняев П.А., Боровик А.В., Жданов А.А. Анализ структуры и развития внепятенных вспышек по цифровым изображениям Солнца // Оптика атмосферы и океана. 2015. Т. 28, № 9 (320). С. 844-849.Borovik A.V., Myachin D.Yu., Tomozov V.M. Observations of spotless flares at the Baikal Astrophysical Observatory and their interpretation. Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. [Transactions of the Irkutsk State University]. 2014, vol. 7, pp. 23-45. (in Russian).Кушталь Г.И., Скоморовский В.И. Двухполосный регулируемый интерференционно-поляризационный фильтр (ИПФ) на линии HeI 10830 Å и Hα // Оптический журнал. 2000. Т. 67, вып. 6. С. 99-106.Evans J.W. The birefringent filter. J. Opt. Soc. Am. 1949, vol. 39, pp. 229-242.Прошин В.А., Александрович С.В. Герметизация диэлектрических фильтров в вакууме // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца: сб. науч. тр. М.: Наука, 1982. Вып. 60. С. 76-80.Golovko A.A., Golubeva E.M., Grechnev V.V., Myachin D. Yu., Trifonov V.D., Khlystova A.I. Data base of full solar disk H-alpha images from the Baikal Observatory. Solar Variability: From Core To Outer Frontiers. Proc. 10th European Solar Physics Meeting. Prague, Czech Republic, 9-14 September 2002, pp. 929-932.Северный А.Б., Гильварг А.Б. Интерференционно-поляризационный фильтр для исследования Солнца и опыт его применения // Изв. КрАО. 1949. Т. 4. С. 3-22.Klevtsov Yu.A. Features of working birefringent fil-ter in telescope optical scheme Issledovaniya po geomagnetizmu, aeronomii i fizike Solntsa [Research on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 1984, iss. 69, pp. 183-183 (in Russian).Скоморовский В.И. Исследование двух интерференционно-поляризационных фильтров // Результаты наблюдений и исследований в период МГСС: сб. науч. тр. М.: Наука, 1967. Вып. 4. С. 105-109.Klevtsov Yu.A. Novye opticheskie sistemy teleskopov i metody ikh rascheta. Diss. kand. tekh. nauk [New Optical Systems of Telescopes and Methods of Their Calculation. Cand. Tekh. Sci. Diss.]. Irkutsk, 1987, 233 p.Скоморовский В.И., Иоффе С.Б. Монохроматические фильтры для наблюдений Солнца // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца: сб. науч. тр. М.: Наука, 1980. Вып. 52. С. 128-149.Klevtsov Yu.A., Trifonov V.D. Optical system of a new chromospheric telescope. Issledovaniya po geo-magnetizmu, aeronomii i fizike Solntsa [Research on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 1980, iss. 52, pp. 71-75. (in Russian).Скоморовский В.И., Кушталь Г.И., Лоптева Л.С., Прошин В.А., Цаюкова А.Г. Коммерческие узкополосные солнечные фильтры Фабри - Перо, методы и приборы для их исследований // Солнечно-земная физика. 2015. Т. 1, № 3. C. 72-90. DOI: 10.12737/10537.Konyaev P.A., Borovik A.V., Zhdanov A.A. Spot-less flares structure and development analysis using digital images of solar chromosphere. Optika at-mosfery i okeana [Atmospheric and Oceanic Optics]. 2015, vol. 28, no. 9 (320), pp. 844-849. (in Russian).Banin V.G., Borovik A.V., Yazev S.A. Complex of аctivity and large solar flares // Contributions of the Astronomical Observatory of Scalnation Pleso. 1986. V. 15. P. 289-296.Kushtal´ G.I., Skomorovsky V.I. The two-bandpass tunable birefringent filter (BF) for the HeI 10830 Å and Hα lines. Opticheskiy zhurnal [Journal of Optical Technology]. 2000, vol. 67, iss. 6, pp. 99-106. (in Russian).Bhatnagar A., Livingston W. Fundamentals of Solar Astronomy. World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 2005. 445 p.Kushtal G.I., Skomorovsky V.I. Advancements in the geometrical measurements of the birefringent filter´s crystal plates and two-dimensional measurements of Doppler velocity in the solar atmosphere. Proc. SPIE. 2002, vol. 4900, pp. 504-512.Borovik A.V., Myachin D.Yu. The spotless flare of March 16, 1986. Preflare activations of fine structure of chromospheres // Solar Phys. 2002. V. 205. Р. 105-116. DOI: 10.1023/A:1013859722017.Öhman Y. On some new birefringent filters for solar research. Arkiv för Astronomi. 1958, vol. 2, pp. 165-169.Borovik A.V., Myachin D.Yu. Structure and development of the spotless flare on March 16, 1981 // Geomagnetism and Aeronomy. 2010. V. 50, N 8. P. 937-949. DOI:10.1134/S0016793210080037.Proshin V.A., Aleksandrovich S.V. Sealing of dielectric filters in vacuum. Issledovaniya po geomagnetizmu, aeronomii i fizike Solntsa [Research on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 1982, iss.60, pp. 76-80. (in Russian).Evans J.W. The birefringent filter // J. Opt. Soc. Am. 1949. V. 39. P. 229-242.Severnyy A.B., Gil´varg A.B. The birefringent filter for solar research and experience of its application. Izvestiya KrAO [Transactions of Crimean Astro-physical Observatory]. 1949, vol. 4, pp. 3-22. (in Russian).Golovko A.A., Golubeva E.M., Grechnev V.V., Myachin D. Yu., Trifonov V.D., Khlystova A.I. Data base of full solar disk H-alpha images from the Baikal Observatory // Solar Variability: From Core To Outer Frontiers. Proc. 10th European Solar Physics Meeting, Prague, Czech Republic, 9-14 September 2002. P. 929-932.Skomorovsky V.I. Examination of two birefringent filters. Rezul´taty nablyudeniy i issledovaniy v period MGSS [Results of Observations and Studies During International Year of Quiet Sun]. 1967, iss. 4, pp. 105-109. (in Russian).Kushtal G.I., Skomorovsky V.I. Advancements in the geometrical measurements of the birefringent filter´s crystal plates and two-dimensional measurements of Doppler velocity in the solar atmosphere // Proc. SPIE. 2002. V. 4900. P. 504-512.Skomorovsky V.I., Ioffe S.B. Monochromatic filters for solar observations. Issledovaniya po geomagnetizmu, aeronomii i fizike Solntsa [Research on Geomagnetism, Aeronomy and Solar Physics]. 1980, iss. 52, pp.128-149. (in Russian).Öhman Y. On some new birefringent filters for solar research // Arkiv för Astronomi. 1958. V. 2. P. 165-169.Skomorovskiy V.I. Kushtal´ G.I., Lopteva L.S., Proshin V.A., Tsayukova A.G. Commercial narrow-band Fabry-Perot solar filters, methods and instruments for their examination. Solnechno-zemnaya fizika [Solar-Terrestrial Physics]. 2015, vol. 1, iss. 3, pp. 72-90. DOI: 10.12737/10537. (in Russian).URL: ftp://ftp.iszf.irk.ru/h_alpha/ (accessed De-cember 8, 2015).URL: ftp://ftp.iszf.irk.ru/h_alpha/ (accessed December 8, 2015).URL: http://www.nso.edu/IAU-Com12/resources (accessed December 7, 2015).URL: http://www.nso.edu/IAU-Com12/resources (accessed December 7, 2015).URL:http://archives.ru/documents/methodics/obzor_restore-text-archival-document.shtml (accessed November 23, 2015).URL: http:// archives.ru/documents/methodics/obzor_ restore-text-archival-document.shtml (accessed November 23, 2015).URL: http://www.hida.kyoto-u.ac.jp/SMART/ (accessed November 17, 2015).URL: http://www.hida.kyoto-u.ac.jp/SMART/ (accessed November 17, 2015).