презентация - Уссурийская Астрофизическая Обсерватория

С.Г.Можаровский
Можно ли построить магнитограф
вычитая абсолютные ширины
профилей трех линий циркония
Уссурийская астрофизическая обсерватория,
Россия, Уссурийск, 692533, sw@newmail.ru
Параметры линий Zr I, mult. №2
длина
волны,
Å
ELow,
eV
ZR6127
6127.48
0.15
ZR6143
6143.18
ZR6134
6134.57
линия
Wph,
mÅ
d0,ph,
%
Geff
-1.06
2.00
1.8
1.25
0.07
-1.20
1.70
1.6
1.08
0.00
-1.24
1.97
1.6
0.67
lg(gf)
(G-K)
ERR ~ 0.04
Для сравнения линии Fe I, mult. №1
линия
длина
волны,
Å
ELow,
eV
lg(gf)
(Oxf)
Wph,
mÅ
d0,ph,
%
Geff
FE5250
5250.21
0.12
-4.938
64.9
71.0
3.0
FE5247
5247.06
0.08
-4.946
60.4
71.6
1.5
Изменения профилей при изменении поля от 1000 до 3000 G
Численный расчет для модели тени Stellmacher-Wiehr 1975
1. Разница ширин пропорциональна разнице факторов Ланде
2. Пропорция сохраняется при изменении поля
Если бы профили вели себя идеально калибровочные
кривые совпали бы с приведенными на этом рисунке
Wline1-Wline2 = 4.67·10-5Hλ2· (Geff1-Geff2) [см]
Чтобы построить магнитограф
надо:
• Взять телескоп типа АЦУ-5 со спектрографом АСП 20
• Разместить три ПЗС-матрицы в фокусе спектрографа в
позициях, которые занимают линии Zr I
• Синхронно записывать профили этих линий
• Вычитать ширины профилей попарно для трех пар
• Получать H по калибровочным кривым
На чем проверялась идея
создания магнитографа
• Серия расчетов профилей Стокса для модели тени
• Анализ фотометрии фотографических спектров
крупного пятна
Параметры расчетов
(программный комплекс SunWorld)
• модель фотосферы Stelmacher-Wiehr 1975, далее SW75
• центр диска (cos(θ) = 1.0)
• микротурбулентные скорости Vmi = 0.0 км/с
• напряженность поля 2900, 3200 G
• угол наклона поля к лучу зрения γ = 150, 300
• учет аномальной дисперсии
• перерасчет Pg и Pe при вариациях температуры T фотосферной
модели
Изменения γ - угла наклона поля к лучу зрения
H=3100G, Vmi=0, Vma=0
Изменения температуры – модельного параметра ΔΘ (Θ=5040/T)
от полутени I/Iph=0.7 до модели I/Iph=0.04
H=2900, γ=15°
Рассеянным из полутени светом можно пренебречь, так как профили линий mult № 2 Zr I при
температурах полутени резко ослабевают.
Рост лоренцевской составляющей в профиле Фойгта в тени заставляет отказаться от областей
с малым d=1-R для сравнения ширин.
Количественная картина
"обратная"
калибровочная
кривая (КК) для
3-х пар линий
6127-6134,
6143-6134,
6127-6143
полученная из
абсолютных ширин
профилей Wline
измеренных на уровне
d = 25%
искусственная
ситуация:
lg(gf) подобраны
до совпадения
эквивалентных ширин
всех трех линий
Влияние на КК угла наклона поля к лучу зрения
Зависимость KK от температуры (от ΔΘ)
для 6127-6143 - пары с самой малой разностью Geff
ΔH=100Гс
при ΔΘ=0.1
W6127(T)
≠
W6143(T)
изменяются не
синхронно с
температурой
Зависимость разностей экв.ширин пар линий Zr от модельного
параметра ∆Θ в окрестностях модели тени SW75. H=0 Гс
Проблемы - отклонения от идеальной картины,
выявленные в расчетах
• ΔT -> ΔH
• Δ(lg(gf)) -> ΔH
• Δ(Vma,Vmi < 1.5км/с) -> ΔH
– Δ(Vma,Vmi > 1.5км/с) -> ΔH
Влияние неточного знания lg(gf)
на определение абсолютной ширины линий
если изменить lg(gf) на 0.10
крыло смещается на 2-3 mÅ
Для Δlg(gf)=0.04 поправка
от 100 Гс для 6127-6134
до 350 Гс для 6127-6143
Влияние
макротурбулентных
скоростей на КК
Скорости Vma <= 1км/с,
характерные для тени, не
оказывают существенного
влияния на КК
Микротурбулентные
скорости Vmi
Для надежной работы метода
измерения поля с помощью
сравнения ширин нежелательно,
чтобы в тени наблюдались
скорости, характерные для
эвершедовских движений
Анализ наблюдений
Параметры наблюдений и фотометрии
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
время наблюдений 13.05.1985г UT 22h
пятно №26 согласно СД, площадь 425м.д.п.,
поле S полярности, H = 3200G по набл. в линии Fe I λ 6302 Å
телескоп АЦУ-5 со спектрографом АСП-20, IV порядок
решетка 600 штрихов/мм, Rтеор=360000, Rпракт=250000
щель 0.040мм, ширина инстр.профиля 25mÅ
обратная дисперсия 2.5 мм/Å,
масштаб изображения Солнца на щели 11.7"/мм
серия 6 спектров в диапазоне λλ 6064-6173 ÅÅ
экспозиция 1с, пленка Тип-17, без анализаторов поляризации
фотометрия проведена на АМД-1 в СибИЗМИР в 1986г
для ф/м использован 3 лучших спектрограммы
результаты сохр. в виде нормир.графиков профилей линий
Линия ZR6127.
Пример набора графиков для одной линии и
одной спектрограммы.
Верхние разрезы соответствуют центру пятна, последующие получены с шагом 2" в сторону обоих полутеней.
Отсчеты ф/м усреднены по 5 точек (20 mÅ)
Точка максимальной
яркости в разрезе
принималась за 105%,
и таким способом
определялся уровень
непрерывного спектра
Фотометрический разрез
пятна вдоль щели в 3-х
линиях
спектрограмма №2
от 13.05.1985
уровни непрерывного
спектра для трех линий в
разных точках имеют
разное соотношение за
счет случайных ошибок
Профили R0 и L0 относятся к
одной и той же точке на щели.
Методика измерения ширин профилей
•
Картинка графика копировалась, зеркально отражалась и накладывалась
на исходную (красные точки).
•
Сдвигая правый (красный) профиль
относительно левого до совпадения
точек на уровне реперных линий мы
определяли положение центра
относительно левого края. (Таким
образом получалась точка бисектора)
•
Двойное расстояние до центра давало
ширину на заданном уровне.
•
Затем, полученные ширины ZR6127,
ZR6143 и ZR6134 накладывались на
один график и на нем измерялась
разность ширин.
•
Благодаря визуальному сопоставлению крыльев шаг сдвига возможно
уменьшить вплоть до 1/10 точек
исходной оцифровки (т.е. до 0.4mÅ)
Пример определения поля
по разрезу L1 спектрограммы №02
выводы:
•
•
Измерять
напряженность поля
можно.
Точность измерения
неудовлетворительна
Если добавить 5mÅ к
ширине 6143, то все
значения H выровняются
Обсуждение
• Уровень шумов при переходе от фотографических наблюдений
к фотоэлектрическим может быть значительно уменьшен, например, за счет увеличения времени экспозиции.
• Для уточнения уровня континуума могут быть приняты специальные меры – выбраны опорные области спектра, измерения
могут быть приведены в единую шкалу интенсивностей, для
трех линий могут быть учтены индивидуальные отличия локального континуума.
Была сделана оценка влияния смещения уровня континуума на измеряемый результат. Она оказалась равной
Пара линий
Гаусс на процент
6127-6134
220
6143-6134
300
6127-6143
850
Таким образом точность фотометрии должна составлять 0.05-0.01%
от уровня континуума линии для точности измерения поля в 10 G.
Или в разрядах АЦП это 12-14 бит.
Выводы
• Магнитограф построенный таким способом будет обладать
хорошей линейностью, его можно использовать для записи
колебаний напряженности поля
• Наблюдения будут относиться именно к холодной составляющей тени исключая яркие точки и влияние рассеянного света
полутени
• Данный метод будет полезен для сравнения с другими
методами измерения поля, например, по расщеплению линии
Fe I 6302
• Остается неизвестным угол поля к лучу зрения
• Необходимы особые меры для определения точного уровня
непрерывного спектра при построении такого магнитографа.
• Измерения потребуют значительных поправок в присутствии
турбулентных скоростей от 1.5 км/с и выше.
Спасибо за внимание