Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование микроволнового излучения Солнца на ССРТ с помощью акустооптического приемника

Диссертация: Исследование микроволнового излучения Солнца на ССРТ с помощью акустооптического приемника
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Исследования атмосферы Солнца представляют интерес как с точки зрения физики плазмы — это уникальная природная лаборатория, так и с точки зрения прогноза геоэффективных событий — протонных вспышек и выбросов корональной массы. Радиоастрономические методы исследования солнечной атмосферы позволяют получать информацию о параметрах плазмы в короне и верхней хромосфере, о корональных магнитных полях… Читать ещё >

Содержание

  • ГЛАВА 1. ССРТ КАК ФИЛЬТР ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ЧАСТОТ
    • 1. 1. Целесообразность рассмотрения ССРТ как фильтра пространственных частот
    • 1. 2. Отличия спектральной чувствительности ССРТ и систем апертурного синтеза
    • 1. 3. Элемент с/к-плоскости ССРТ
    • 1. 4. Влияние фазовых ошибок на элемент гж-плоскости ССРТ
    • 1. 5. Влияние ошибок в пространственном расположении антенн на элемент 1/к-шюскости ССРТ
    • 1. 6. Влияние затенения антенн на спектральную чувствительность ССРТ
    • 1. 7. Выводы
  • ГЛАВА 2. ССРТ КАК ИНСТРУМЕНТ С ЧАСТОТНЫМ СКАНИРОВАНИЕМ
    • 2. 1. Что необходимо знать о ДН на практике
    • 2. 2. Взаимное расположение интерференционных лепестков ССРТ и траектории Солнца
    • 2. 3. Формирование диаграммы направленности методом частотного сканирования
    • 2. 4. Качественная оценка параметров диаграммы направленности ССРТ
    • 2. 5. Выводы
  • ГЛАВА 3. АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ПРИЕМНИК ССРТ
    • 3. 1. Структура АОП
    • 3. 2. Акустооптический анализатор спектра
    • 3. 3. Фотоприемное устройство акустооптического приемника
    • 3. 4. Система управления и сбора информации акустооптического приемника
    • 3. 5. Программное обеспечение
  • Выводы
  • ГЛАВА 4. МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ РЕГИСТРАЦИИ И ОБРАБОТКИ ДАННЫХ АОП ССРТ
    • 4. 1. Новый метод регистрации корреляционного сигнала с сохранением аддитивных составляющих
    • 4. 2. Реализация метода регистрации корреляционного сигнала с переключением фазы на ССРТ с помощью АОП
    • 4. 3. Алгоритм построения двумерного изображения
    • 4. 4. Алгоритм калибровки двумерного изображения
    • 4. 5. Методика измерения фазового распределения по анализу изображений
    • 4. 6. Выводы
  • ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ БЫСТРОПРОТЕКАЮЩИХ ПРОЦЕССОВ
    • 5. 1. Результаты наблюдений спайков на других инструментах
    • 5. 2. Возможности АОП ССРТ по наблюдению спайков
    • 5. 3. Результаты наблюдений
    • 5. 4. Выводы
  • ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ НАБЛЮДЕНИЙ В ДВУМЕРНОМ РЕЖИМЕ
    • 6. 1. Выбор наблюдаемых структур
    • 6. 2. Результаты наблюдений волокон в радиодиапазоне с 1970 по 1990 гг
    • 6. 3. Результаты наблюдений радиоволокон на ССРТ
    • 6. 4. Выводы

Исследование микроволнового излучения Солнца на ССРТ с помощью акустооптического приемника (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Исследования атмосферы Солнца представляют интерес как с точки зрения физики плазмы — это уникальная природная лаборатория, так и с точки зрения прогноза геоэффективных событий — протонных вспышек и выбросов корональной массы. Радиоастрономические методы исследования солнечной атмосферы позволяют получать информацию о параметрах плазмы в короне и верхней хромосфере, о корональных магнитных полях активных областей и о вспышечных процессах. В последнее время интерес солнечных радиоастрономов привлекают быстрые процессы — всплески радиоизлучения с субсекундной длительностью (спайки) — и картографирование Солнца. Быстрые процессы связывают с первичным энерговыделением во время вспышек. Исследуя их, можно получить информацию об источнике вспышечной энергии. Исходя из этого, требовались модернизация приемного устройства ССРТ с целью регистрации быстропротекающих процессов и проведение серии наблюдений, позволяющей выполнить статистический анализ этих событий.

Двумерные изображения Солнца дают не только количественный прирост информации. Появляется возможность наблюдать в радиодиапазоне такие образования, как волокна, которые являются источником выбросов корональной массы. Интерес к картографированию со стороны эксперимента стимулируется вводом в работу радиогелиографа в Нобеяме и, как надеется автор, выходом на проектный режим ССРТ.

Основными целями работы являются:

Создание инструментально-методического обеспечения наблюдений на ССРТ с помощью акустооптического приемника.

Регулярные наблюдения быстрых процессов в конце 22 цикла солнечной активности.

Отработка методики и регулярное получение двумерных радиоизображений Солнца.

Анализ результатов наблюдений субсекундных всплесков радиоизлучения и радиоволокон.

Научная новизна работы.

Предложен и реализован метод регистрации двумерных изображений с сохранением информации о быстрых процессах.

Предложен и реализован метод определения фазовых характеристик антенно-фидерного тракта интерферометров по анализу двумерного изображения.

Впервые была проведена трехлетняя серия непрерывных ежедневных наблюдений быстрых процессов по всему диску Солнца с высоким пространственным разрешением.

Установлено, что источники микроволновых спайков в более чем 90% случаев совпадают с источником континуума всплеска.

Сделан вывод о влиянии рассеяния в короне на наблюдаемый размер источников спайков в сантиметровом диапазоне.

В результате регулярных наблюдений в двумерном режиме слабоконтрастных образований выделены два типа радиоволокон. Особенностью первого типа является то, что области повышенной яркости с разных сторон радиоволокна соответствуют магнитным полям различной полярности, а область депрессии — области раздела полярности. Для радиоволокон без ярких краев такой связи не наблюдается.

Научное и практическое значение.

Разработанные методики и программное обеспечение используются в регулярных наблюдениях на ССРТ. Показано, что под управлением Windows NT можно создавать системы сбора информации в реальном времени. Проведены наблюдения Солнца в течение семи лет. Создан архив одномерных данных по быстрым процессам с 1992 по 1995 г. Создается архив двумерных данных с 1995 г. Архивы данных используются для интерпретации солнечных явлений.

На защиту выносятся:

• методики проведения двумерных наблюдений и построения двумерных изображений;

• программное обеспечение наблюдений и первичной обработки данных акустооптического приемника (АОП);

• методика определения фазовой характеристики антенно-фидерных трактов интерферометров по анализу двумерных изображений и результаты ее реализации;

• метод получения двумерных изображений одновременно с аддитивными составляющими для наблюдения быстрых процессов и его реализация;

• данные о размере и положении источников спайк-подобных событий, полученные с помощью АОП, позволяющие сделать вывод о влиянии рассеяния в короне на видимые размеры радиоисточников;

• анализ результатов наблюдений радиоволокон в двумерном режиме.

Апробация работы.

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на конференциях в Нижнем Новгороде «XXV Радиоастрономическая конференция» (1992), Санкт-Петербурге «XXVI Радиоастрономическая конференция» (1995), Workshop on «The occasion of the 350th anniversary of the Astronomical Institute» Utrecht (1993), Workshop on «Coronal magnetic energy releases» Kaputh (1994), Санкт-Петербурге «XXVII Радиоастрономическая конференция» (1997), на совещании по созданию нового солнечного радиотелескопа (США, 1995) и семинарах Радиоастрофизической обсерватории ИСЗФ СО РАН, Радио Обсерватории Нобеяма и Пекинской обсерватории. На метод регистрации корреляционного сигнала без потерь аддитивных получено авторское свидетельство. Практической апробацией результатов работы было их использование в течение семи лет в наблюдениях на ССРТ и обработке данных.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ.

6.4 Выводы.

Приведенные выше результаты двумерных наблюдений слабоконтрастных образований, позволяют сделать следующие выводы. Угловые размеры радиоволокон превышают оптические и составляют десятки угловых секунд. Пространственная структура радиоволокон бывает двух типов: просто области.

Рис. 6.12 Депрессивное радиоволокно 26 и 30 мая 1998 г. депрессии и области депрессии, ограниченные с обоих краев уярчениями. Яркостные температуры депрессий находятся в пределах6. 10 тыс. К, края с повышенной яркостью имеют яркостные температуры: 20.40 тыс. К, с точностью 2 тыс. К. Данные о пространственной структуре и положении радиоволокон на солнечном диске, а так же соответствие данным других диапазонов, приведены в таблице 6.1. В ней представлены даты наблюдений, яркостные температуры областей депрессии и ярких краев, признак наличия ярких краев, широты радиоволокон, соответствие данных ССРТ магнитограммам и На. Радиоволокна с яркими краями соответствуют, по пространственному положению, волокнам наблюдаемым в Нв. Их яркие края соответствуют, на магнитограммах, магнитным полям разной полярности, расположенных вдоль краев волокна. Т. е. депрессии в радиоволокнах с яркими краями являются хорошим индикатором положения линии раздела магнитных полей различной полярности. Для радиоволокон, представляющих собой просто области депрессии, наблюдается соответствие с волокнами в Ва, но не наблюдается соответствия с магнитограммами. Необходимо отметить, что радиоволокна с яркими краями, преимущественно, расположены на низких широтах, относительно радиоволокон без ярких краев. При выходе на лимб, радиоволокна без ярких краев выглядят как петлеобразные уярчения. В противоположность этому радиоволокна с яркими краями не проявляют такой структуры.

Заключение

.

Использование акустооптического анализатора спектра, наряду с манипулированием сигналами синхронизации ССРТ, позволило создать макет приемника, обладающего достаточными быстродействием (56 мс) и гибкостью как для решения задач наблюдения быстропротекающих процессов на Солнце, так и для получения двумерных изображений. При работе приемника в полном режиме — регистрации аддитивных сигналов обоих плеч интерферометра и, одновременно, суммы обоих плеч, содержащей в себе корреляционную составляющую сигнала, информация о быстрых процессах сохраняется в чистом виде. Но недостаточна чувствительность по корреляционной составляющей. При работе в режиме переключения фазы, чувствительность по корреляционной составляющей выше, но одномерные сигналы (быстрые процессы) сохраняются в виде суммы сигналов от двух линеек. В настоящее время АОП работает в режиме переключения фазы по причине большого интереса к двумерным изображениям.

Разработаны методики проведения двумерных наблюдений и построения двумерных изображений. Эти методики позволяют регистрировать двумерный сигнал без потерь одномерных. Одномерные сигналы содержат информацию о быстрых процессах.

Разработано программное обеспечение наблюдений и первичной обработки данных акустооптического приемника.

Разработана методика определения фазовой характеристики антенно-фидерных трактов интерферометров по анализу двумерного изображения.

В период с февраля 1992 г. по февраль 1995 г. с помощью АОП ССРТ была проведена серия наблюдений, в которой зарегистрировано свыше 150 событий, из них 31 имели тонкую временную структуру. С июня 1993 г. на АОП велась регистрация сигналов с двух линеек одновременно. Результаты наблюдений отражены в ряде статей и докладов. Наиболее интересными из них являются относительно большие видимые размеры областей спайк-подобных событий и зависимость этого размера от положения на диске Солнца. Это можно объяснить влиянием рассеяния сантиметрового излучения в короне на видимые размеры источников.

С ноября 1995 г. начаты регулярные наблюдения в полном режиме. На получаемых двумерных изображениях уверенно наблюдаются активные образования с потоком 0.1 сеп, а также спокойное Солнце. Отмечено хорошее совпадение двумерной картины на рабочей длине волны ССРТ с изображениями в других диапазонах — УФ, мягкий рентген, линия кальция.

В августе 1997 г. АОП был переведен в режим с переключением фазы. Это позволило повысить чувствительность для двумерных изображений. Одновременно с этим была решена задача по коррекции частотной характеристики. Отчасти этому помогло уменьшение числа составляющих (3 для полного режима и 2 для переключения фазы), отчасти изменение методики вычисления корректирующего вектора для разностного сигнала.

В процессе двумерных наблюдений получены характеристики радиоволокон, наблюдаемых на 5,7 ГГц. Отмечено различие высокоширотных и низкоширотных радиоволокон.

На протяжении всего времени работы автор чувствовал поддержку и доброжелательное отношение всех сотрудников обсерватории. Мне хотелось бы выразить особую благодарность В. В. Гречневу, В. Г. Занданову и Т. А. Трескову во многом, благодаря которым эта работа была сделана. Я испытываю признательность к А. Т. Алтынцеву за его поддержку этой работы. Должен отметить, что в части работы, связанной с измерением фазовых характеристик тракта ССРТ, автор многим обязан В. И. Васину. При разработке программного обеспечения были очень плодотворны дискуссии с В В. Башкирцевым.

Показать весь текст

Список литературы

  1. H. А., Корольков Д. В., Парийский Ю. Н., 1973, «Радиотелескопы и радиометры», М. «Наука»
  2. Т.А. «Наблюдения Солнца на линейных интерферометрах с частотным сканированием» //Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. М., «Наука», 1983, в. 64, с. 188−199.
  3. И. Н., Семендяев К. А., «Справочник по математике», М., «Наука», 1981
  4. А.Т., Есепкина H.A., Занданов В. Г., Качев Л. Е., Лесовой C.B., Мансырев М. И., Молодяков С. А., Платонов A.B., Саенко И. И., Смольков Г. Я., Сыч P.A., Тресков Т. А. Препринт ИСЗФ СО РАН 11−92. Иркутск, 1992.
  5. А. Т., Гречнев В. В., Коновалове. К., Лесовой С. В., Лисисянь Е. Г., Смольков Г. Я., Тресков Т. А., Розенраух Ю. М., Магун А. 1995, «XXVI Радиоастрономическая конференция», С.-П. 1995, стр. 176
  6. В. В, «Радиоизлучение Солнца и планет «, М. «Наука», 1964
  7. H. Н., Лесовой С. В., «XXVI Радиоастрономическая конференция», С.-П. 1995, стр. 183
  8. , С. В., «Оптическая обработка радиосигналов в реальном времени», М. «Радио и связь», 1989
  9. Л. Д., Лифшиц Е. М., «Теория поля», М. «Наука», 1988,
  10. . Р., «Теоретические основы радиотехники», М. «Советское радио», 1969
  11. С. В., Лубышев Б. И., Тресков Т. А., 1995, «XXVI Радиоастрномическая конференция С.-П. 1995, стр. 385
  12. С. В., Тресков Т. А., 1997, «XXVII Радиоастрномическая конференция «, С.-П. 1997, т. 2, стр. 133
  13. C.B., Лубышев Б. И., Тресков Т.А. Радиофизика, Том XL № 8
  14. , Л. И., 1972, «Лекции по теории относительности, квантовой механики и избранным вопросам оптики», М. «Наука»
  15. Г. Я., Криссинель Б. Б., С. М. Кузнецова, Тресков Т. А., Лесовой С. В., Кардаполова H. Н., Просовецкий Д. В., Максимов В. П., Гречнев В. В., Уралов А. М. и др. 1997, «XXVII Радиоастрономическая конференция», С.-П. 1997, т. 2, стр. 45
  16. Т. А., Агалаков Б. В., Кардаполова H. H., Криссинель Б. Б., Лесовой С. В., Лубышев Б. И., Просовецкий Д. В., и др. 1997, «XXVII Радиоастрномическая конференция», С.-П. 1997, т. 2, стр. 45
  17. Рихтер Дж., «Windows® для профессионалов», «Microsoft® Press», 1995
  18. , Sh. В., V. M. Bogod, G. В. Gelfreikh, and A. N. Korzhavin, 1982. The measurement of the magnetic fields in the solar atmosphere above sunspots using gyroresonance emission.
  19. Altyntsev A.T., Grechnev V.V., Konovalov S.K., Lesovoi S.V., Lisysian E.G., Rosenraukh Y.M., Treskov T.A.W Препринт ИСЗФ CO PAH 1−95. Иркутск, 1995.
  20. Altyntsev A.T., Grechnev V.V., Konovalov S.K., Lesovoi S.V., Lisysian E.G., Rosenraukh Y.M., Treskov T.A., Magun A. W The Astrophisical Journal, 1996, v.469, p. 976−980
  21. Altyntsev A.T., Kachev L.E., Lesovoi S.V., Mansyrev M.I., Molodyakov S.A., Platonov A.V., Saenko 1.1., Smolkov G.Ya., Sych R.A., Treskov T.A. Zandanov V.G., Nelly A.Yesepkina. Astron.Astrophys., 1994, v.287, p. 256−260.
  22. Altyntsev A.T., Konovalov S.K., Krissinel B.B., Lesovoi S.V., Lisysian E.G., Rosenraukh Y.M., Treskov T.A., Magun A. Workshop on «Coronal magnetic energy releases». Caputh, Germany, May 16−20, 1994, 69.
  23. Bastian T. S., 1994, ApJ426, 774
  24. A. O., 1986, Solar Phys. 104, 99
  25. Benz A. O., Su H., Magun A., Stehling W., 1992, A&A 93, 539
  26. BruggmanG., Benz A. O., Magun A., Stehling W., 1990, A&A 240, 506
  27. Chiuderi Drago F., «Radio observations of prominances», IAU Colloq. No. 117, ed. E. Tandberg-Hanssen, 1989
  28. Gary D.E., Hurford G.J., Flees D.J., 1991, ApJ 369, 255
  29. Gelfreikh, G. B., N. G. Peterova, and В. 1. Ryabov, 1987. Measurements of magnetic fields in the solar corona as based on the radio observations of the inversion of polarization of local sources at microwaves. Solar Physics, 108, 89−97.
  30. Kai K., Nakajima H., 1986, Position Measurements of Rapidly Fluctuating Microwave Bursts. In: Dennis B.R., Kiplinger A.L., Orwig L.E. (eds.) Rapid Fluctuations in Solar Flares. NASA Conference Publication 2449, p. 147
  31. Kattenberg A., Allaart M., 1983, ApJ 265, 535
  32. Uralov A.M., Grechnev V.V., Lesovoi S.V., Sych R.A., Kardapolova N.N., Smolkov G.Ya., Treskov T.A. Solar Physics 178:119−124, 199 834. «The Nobeyama Radioheliograph», Nobeyama radio observatory report № 357, 1994, p. 43
  33. А. Т., Grechnev V. V., Hanaoka Y. On the microwave spike emission of the September 6, 1992 flare. Solar Physics, 1998, 178, 575−589
  34. А. Т., Grechnev V. V., Nakajima H., Fujiki K., Nishio M., Prosovetsky D. V. The limb flare of November 2, 1992: physical conditions and scenario. National Astronomical Observatory. Solar and Plasma Astrophysics Preprint No. 98−6. 1998
  35. С. В., Васин В. И., Занданов В. Г. Определение фазовой характеристики антенно-фидерного тракта ССРТ. Препринт ИСЗФ СО РАН 5−98, Иркутск, 1998
  36. Zandanov V.G., Lesovoi S.V. Filament radio emission observations at the SSRT. В кн.: Proceedings of the Nobeyama International Symposium on Solar Physics with Radio Observations. Kiyosato, Japan, October 27−30, 1998
  37. V. V., Altyntsev А. Т., Konovalov S. K, Lesovoi S. V. Joint proc-essing of radio data produced by the SSRT together with data of other spectral ranges. Eighth Annual Conference on AD ASS, Urbana, USA, November 1−4, 1998
Заполнить форму текущей работой

На отлично!