Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Сравнительный анализ методов измерения лучевых скоростей с фотоэлектрической регистрацией 9
1.1. Вводные замечания . 9
1.2. Доплеровские компенсаторы солнечных магнитографов 10
1.3. Измерение лучевых скоростей со спектро метром резонансного рассеяния 18
1.4. Интерференционно-фазовый метод измерения 21
1.5. Измерение доплеровских смещений с много канальными фотоприемниками 24
1.6. О шумах спектрографа 25
1.7. Дифференциальные методы измерения 27
1.8. Выводы 30
Глава 2. Анализатор на основе диссектора. совершенствование и развитие методов измерения 33
2.1. Обоснование применения диссектора для измерения лучевых скоростей 33
2.2. Доплеровский анализатор на основе диссектора 36
2.3. О влиянии неравенства постоянных времени, и коэффициентов обратной связи измерительных каналов на дифференциальные измерения 45
2.4. Оценка влияния неравномерности чувствительности фотокатода на точность измерения лучевых скоростей 47
2.5. Совершенствование и развитие дифференциальных методов измерения лучевых скоростей 53
2.5.1. Измерение лучевой скорости относительно опорной линии 53
2.5.2. Измерение лучевой скорости с помощью двух дифракционных решеток 54
2.5.3. Дифференциальные измерения на двух участках контура линии 60
2.5.4. Измерение лучевой скорости с избирательностью по волновому числу 61
2.6. Обсуждение точности измерений лучевых-скоростей с доплеровским анализатором на основе диссектора 65
Глава 3. Результаты наблюдений колебательных движений в спокойной фотосфере и тени солнечных пятен 73
3.1. Краткий обзор исследований колебаний и волн в спокойной атмосфере Солнца и тени солнечных пятен в диапазоне периодов пяти и трех минут 73
3.2. Результаты наблюдений лучевых скоростей в спокойной фотосфере 86
3.3. Результаты наблюдений лучевых скоростей в тени солнечных пятен 104
Заключение 126
Литература 130
- Измерение лучевых скоростей со спектро метром резонансного рассеяния
- Оценка влияния неравномерности чувствительности фотокатода на точность измерения лучевых скоростей
- Обсуждение точности измерений лучевых-скоростей с доплеровским анализатором на основе диссектора
- Краткий обзор исследований колебаний и волн в спокойной атмосфере Солнца и тени солнечных пятен в диапазоне периодов пяти и трех минут
Введение к работе
Колебания и волны являются одним из механизмов переноса энергии в солнечной атмосфере. Они несут информацию о динамике и струк туре внутренних слоев Солнца, знания о которых необходимы для понимания механизмов солнечной активности.
Среди различных типов колебаний на Солнце наилучшим образом наблюдаются пятиминутные колебания в фотосфере. Существует несколько гипотез, объясняющих их происхождение. В многочисленных экспериментальных исследованиях изучались свойства волновых процессов в разнообразных аспектах. Рассматривались амплитудно-фазовые соотношения колебаний в разных по высоте слоях атмосферы Солнца, фазовая пространственная когерентность, фазовые скорости и поверхностные длины волн, дисперсионные соотношения и др. В настоящее время обнаружены изменения спектра 5-минутных колебаний от дня ко дню. Однако динамика спектра на более коротких интервалах времени мало изучена.
Колебания в тени солнечных пятен возбуждаются в присутствии сильного магнитного поля. Они являются результатом резонансного отклика хромосферы над пятном на возмущения, возникающие в под-фотосферных слоях. Период наблюдаемых колебаний в хромосфере тени близок к 3 минутам. На фотосферном уровне колебания в скорости имеют периоды 3 и 5 минут. 5-минутные колебания ослаблены, а 3-минутные наблюдаются не во всех тенях пятен. Имеется недостаток надежных наблюдательных данных о соотношении мощностей 5 и 3-минутных колебаний и о свойствах колебаний на разных фотосфер-ных уровнях тени солнечных пятен.
Успехи, достигнутые в изучении колебательных и волновых процессов на Солнце, в значительной степени обусловлены совершенство-
ванием и развитием инструментальной базы и методов измерения лучевых скоростей. Фотоэлектрические дифференциальные методы измерения лучевых скоростей, предложенные советскими астрофизиками, обеспечивают высокую точность измерений и являются наиболее приемлемыми для практического применения на существующих у нас в стране солнечных инструментах. Однако, при исследовании параметров колебаний в тени солнечных пятен из-за технических трудностей достоинства дифференциальных методов не были использованы.
Поэтому целью представляемой работы является: разработка дифференциальных методов измерений лучевых скоростей и создание приборов компенсационного типа, обеспечивающих высокую точность измерений; исследование с их помощью динамики спектра 5-минутных колебаний в спокойной фотосфере и изучение колебаний в тени солнечных пятен.
В работе рассмотрены фотоэлектрические методы измерения лучевых скоростей, большинство из которых основано на сравнении ин-тенсивностей в крыльях линии. Доплеровский компенсатор солнечного магнитографа, используемый для измерения лучевых скоростей, одновременно с измерением магнитного поля, является прибором компенсационного типа. При непосредственном участии автора был создан ряд фотоэлектрических следящих устройств, которые по сути явились техническим совершенствованием доплеровского компенсатора (защищены пятью авторскими свидетельствами). Часть из этих устройств нашла применение в магнитографах СибИЗМИР.
Шумы, обусловленные турбулентностью воздуха внутри спектрографа, вибрацией механических конструкций и другими причинами, приводят к ложным доплеровским смещениям спектральных линий.
Основным свойством, определяющим точность измерения того или иного метода, является нечувствительность его к шумам спект-
рографа или ослабление их влияния на результаты измерений. Таким свойством обладают дифференциальные методы.
Автором создан двухканальный доплеровский анализатор на основе телевизионной трубки - диссектор (защищен авторским свидетельством) и предложен ряд модификаций дифференциальных измерений. Впервые, с помощью одного фотоприемника проведены дифференциальные измерения лучевых скоростей: а) относительно опорной атмосферной линии; б) с применением двух дифракционных решеток; в) одновременные измерения в двух участках контура линии. Доплеровский анализатор также позволил проводить качественно новые измерения лучевых скоростей с избирательностью по горизонтальному волновому числу.
С помощью доплеровского анализатора автором самостоятельно проведены наблюдения колебаний и волн в спокойной фотосфере и тени солнечных пятен. Измерения доплеровских смещений осуществлялись по линиям Nil Л 6914,56 к ж Ft і Л 5434,5 А. В исследованиях получены результаты", которые принципиально имеют высокую достоверность, существенно дополняют имеющиеся или не содержатся в литературе.
По наблюдениям дифференциальными методами в спокойной фотосфере отмечены: а) периодичность в изменении спектра 5-минутных колебаний с характерным периодом~60 ; б) рост амплитуды колебаний с высотой уровня образования регистрируемого участка контура линии. При разности высот~300 км отношение амплитуд колебаний в двух участках контура линии/ІІЛ 5434,5А в среднем равно 1,24.
В результате наблюдений лучевых скоростей в тени пятен показано: спектр колебаний в. пятне сложнее, чем в спокойной фотосфере, во времени значительно изменяется. На интервалах времени
более I спектр имеет многопиковуго структуру. 5-минутные колебания в тени ослаблены в 2-3 раза по сравнению со спокойной фотосферой. Их амплитуда растет с увеличением высоты уровня образования регистрируемого участка контура линии. 3-минутные колебания, в основном, свойственны верхнему уровню фотосферы тени. В отдельные интервалы времени преимущественно наблюдаются то 5-минутные, то 3-минутные колебания, хотя полного взаимоисключения не обнаружено. В сигналах лучевой скорости при наблюдениях в тени пятен разными дифференциальными методами зачастую обнаруживаются длиннопериодные изменения (период~30 ), которые, вероятно, являются следствием низкочастотной колебательной конвекции, проявляющейся в ярких точках тени. На защиту автор выносит:
Совокупность устройств и дифференциальных методов измерения лучевых скоростей.
Результаты наблюдений колебательных движений в тени солнечных' пятен с доплеровским анализатором на основе диссектора.
Диссертационная работа состоит из 3 глав, введения и заключения.
В первой главе рассмотрены фотоэлектрические методы измерения лучевых скоростей, отмечены достоинства и недостатки каждого из них, дано описание принципа работы одного из доплеровских компенсаторов, разработанного и созданного с участием диссертанта. В результате сравнительного анализа методов с точки зрения и точностных возможностей, и практической реализации отдано предпочтение дифференциальным методам измерения.
Во второй главе описывается доплеровский анализатор, дано обоснование применения диссектора в качестве фотометра, сделана оценка влияния неравномерности чувствительности фотокатода, не-
равенства постоянных времени и коэффициентов обратной связи измерительных каналов доплеровского анализатора на точность измерения доплеровских смещений спектральных линий. Здесь же описаны дифференциальные методы измерения, предложенные автором, и приведено обсуждение точности измерений лучевых скоростей с помощью этих методов.
В третьей главе подробно излагаются результаты наблюдений колебаний и волн в спокойной фотосфере Солнца и тени пятен.
В заключении представлены основные результаты работы.
Измерение лучевых скоростей со спектро метром резонансного рассеяния
В шкале длин волн сдвиг спектральной линии будет равен: \Л—{,/Ю t 2) - линейная дисперсия спектрографа. Если линия симетрична, то поворот пластинки, который регистрируют, в широких ределах пропорционален сдвигу линии в целом. При сдвигах линии а выходе фотометра появляется сигнал разбаланса, который в . братной связи через электропривод осуществляет компенсацию пово-отом пластинки. Обратная связь работает до тех пор, пока разба-анс не станет равным нулю.
Все последующие варианты компенсаторов лучевых скоростей олнечных магнитографов /7-ІІ/ основаны на том же принципе. Со-ершенствовалась техническая конструкция компенсаторов с целью лучшения их точности и быстродействия.
Наиболее существенные ошибки доплеровского компенсатора маг-итографа связаны [Z]\ I) с методом электрооптической модуляции оляризации в магнитографах полного вектора /7, 10, 12-14/; ) с балансировкой фотоумножителей в фотометрах с двумя фотоумно-ителями /4-7, 9, IQ7; 3) с конструкцией щелей фотометров .магни-ографов Дб, 1б7; 4) с влиянием инструментальной поляризации Ї7, 18/.
Погрешности компенсатора в режиме измерения только лучевых коростей, главным образом, определяются разбалансировкой диференциального фотометра и зависимостью быстродействия от изме-ений яркости спектра.
В дифференциальном фотометре световые потоки от крыльев инии направляют на два отдельных фотоумножителя. Балансировка отоумножителей производится в непрерывном спектре выравниванием ототоков /4/. Однако из-за дифференциальной нелинейности свето-ых характеристик обоих фотоприемников балансировка возможна толь-о для определенного светового потока. При изменении потока баланс арушается,и это приводит к ложному сдвигу спектральной линии. В 4/ была сделана экспериментальная оценка этого эффекта по теллу-ической линии Л 5692,43 А. Фиктивный сдвиг линии при изменении ветового потока с переходом от центра к краю солнечного изобра-ения соответствует изменению скорости на 250 м/с., а легкие про-одящие облака вызывали флуктуации "скорости" до 500 м/с. Переход т фотосферы к пятну показывает сигнал разбаланса, соответствую-ий скорости 300 м/с., когда фотометр находится в непрерывном пектре около А. 5250 А. Аналогичную оценку разбаланса приводят ав-оры /6/. В /5/ отмечено, что при изменении интенсивности в четы-е раза появляются дифференциальные нелинейности 0,1-0,2%, кото-ые приводят к ложному доплеровскому сдвигу 25-50 м/с. Устройства омпенсаторов с применением пространственных дефлекторов и одного отоприемника свободны от ошибок дифференциальных фотометров /9, 9, 20, 21/.
В Степановым и др. / Ю/ разработан электрооптичес-ий дефлектор (рис.1), который последовательно переключает крылья инии. Дефлектор состоит из электрооптического кристалла I и двух ластинок кальцита 2, оси которых взаимно перпендикулярны и совпа-ают с осями кристалла.
Дефлектор расположен перед щелью фотометра 3 в фокальной лоскости спектрографа. Падающий свет линейно поляризован. При на кристалле в щель проходит излучение от одного крыла линии, [ри фазеЛ/2- от другого крыла. Расстояние между участками крыльев пинии, попадающих в щель фотометра, определяется толщиной пласти-гок кальцита. Разность сигналов, измеренных в правом и левом кры-:е линии, пропорциональна величине лучевой скорости. Дефлектор ие-:ользуется в компенсаторах солнечных магнитографов Саянской обеер-атории. Все доплеровские компенсаторы функционально являются втоматическими следящими устройствами, а для следящих устройств войственны динамические ошибки, обусловленные быстродействием омпенсации, т.е. при изменении входного рассогласования в процес-е отработки всегда сохраняется некоторая ошибка. Динамическая очность особенно важна в случаях быстрого сканирования изображе-ия Солнца, когда на щель спектрографа попадают участки с разны-и по поверхности Солнца градиентами скорости. Рассмотрим,от чего ависит быстродействие компенсатора. 1. На выходе фотометра мы имеем электрический сигнал с боль им уровнем шумов, которые, в основном, обусловлены флуктуациями ркости и, в меньшей степени, шумами фотоумножителя. Как правило, игнал о смещении спектральной линии выделяют резонансными усили елями с последующим синхронным детектированием и сглаживанием , 10/ или синхронно-фазовой фильтрацией Ді7. Любые избирательнее устройства, входящие в состав элементов автоматической следя-эй системы, вносят запаздывание в изменение сигнала, что может эиводить при большом коэффициенте усиления к значительному пере-згулированию или даже к колебательному процессу, т.е. существу-р прямая зависимость между постоянной времени избирательного зтройства и скоростью отработки. 2. Динамическая точность зависит от типа исполнительного кектропривода. В разных вариантах компенсаторов использовались: ) электродинамические элементы /Э/; 2) сельсинная пара с привом от сервомотора /IQ/; 3) сервомотор с тахогенератором в об-атной связи по скорости; 4) шаговые двигатели /II, 22/. Наиболее очным является электропривод, в котором обеспечивается постоян-ый механический момент на выходном валу при разных величинах рас-огласования. Это хорошо выполняется при использовании обратной вязи по скорости в процессе отработки рассогласования или при рименении шагового двигателя. 3. Известна пропорциональная зависимость сигнала разбаланса ри смещении спектральной линии от интенсивности спектра J /2.3/. ля автоматического следящего устройства это означает, что общий оэффициент усиления схемы выделения сигнала разбаланса и, сле-овательно, быстродействие будут зависеть от J . На практике та-ая зависимость приводит к следующему. Настроив работу компенса-ора оптимально по быстродействию в центре изображения Солнца, ри наведении на щель спектрографа тени пятна динамическая ошиб-а увеличится пропорционально падению яркости. Учитывая сделанные выше замечания о динамической точности, СибИЗМИР, с участием автора, был разработан ряд устройств, обес-зчивающих стабильность быстродействия компенсаторов при измене-ии яркости спектра и хорошую точность удержания спектральной ли-яи на щели фотометра Д4-28/.
Оценка влияния неравномерности чувствительности фотокатода на точность измерения лучевых скоростей
В становлении и развитии дифференциальные методы измерения лучевых скоростей образовали два направления: спектрально-дифференциальные и пространственно-дифференциальные измерения.
В спектрально-дифференциальных методах измеряются сдвиги солнечной спектральной линии относительно некоторой опорной линии несолнечного происхождения.
Пространственно-дифференциальные измерения заключаются в определении относительных сдвигов между компонентами спектральной линии, сформированными излучением от различных участков солнечной поверхности.
Спектрально-дифференциальный фотоэлектрический метод был [предложен Никулиным H.G., Северным А.Б., Степановым В.Е. в [957 году /52/. В предположении, что солнечная и теллурическая пинии, вследствие шумов спектрографа, смещаются синфазно, было іредложено использовать теллурическую спектральную линию в ка-їестве реперной линии. Предложенное устройство представляет собой ройной компенсатор лучевых скоростей. Световой поток, образую-ций исследуемую и теллурическую спектральные линии, сначала проводит через плоекопараллельную пластинку (ПШІ) первого компенсатора, после которой он разделяется на два: первый строит изображение теллурической линии на фотометре первого компенсатора, а зторой проходит через ПШ1 второго компенсатора и строит изображение солнечной линии на втором фотометре. %нкционально устройство содержит два контура регулирования. Первый контур реагирует на сдвиги теллурической линии (шумы) и стабилизирует спектр на втором фотометре, а второй компенсатор регистрирует "очищенные" от шумов спектрографа солнечные доплеровские смещения. По мнению авторов /52/, таким образом можно регистрировать лучевые скорости с точностью до I м/с. О практическом приложении метода в описанном варианте неизвестно.
В обсерватории Кит-Пик с %рье-епектрометром исследовались сдвиги линий поглощения кислорода,и сделано заключение, что использование атмосферных линий в качестве реперных позволит достичь точности абсолютных измерений длин волн + 3 м/с /53/. Последующие разработки, выполненные по спектрально-дифференциальному методу, отличаются техникой исполнения и использованием других опорных линий /5, 54, 55/. Например, в обсерватории Сакраменто-Пик в качестве реперной линии используется одна из абсорбционных пиний йода, которые получают при пропускании одного из световых пучков в доплеровском анализаторе через ячейку с парами йода. Эптическая схема усложнена дополнительными оптическими элементами, изменяющими направление светового пучка, проходящего через ічейку. Температурные деформации этих элементов могут вызвать медленные дрейфы линии. По наблюдениям с усовершенствованным цоплеровским анализатором, в котором реально воплощены измерения зтносительно реперной линии, изучаются вращение Солнца и меридиональные течения.
Пространственный дифференциальный метод измерений в 1971 го-г/ предложен Калиняком и Васильевой /Ь7/. В основе метода лежит измерение разности между доплеровскими смещениями солнечной зпектральной линии при поочередном освещении щели спектрографа іараллельннм пучком и светом от исследуемого участка изображения. Іоочередное пропускание на спектрограф света от двух оптических їистем обеспечивает дисковый модулятор. Несовершенства техничессой реализации не позволили достигнуть высоких точностей (лучше іем 50 м/с) измерений Д/, потенциальные возможности метода ос-?ались нереализованными.
Возможности пространственно-дифференциального метода были тскрыты в выдающемся эксперименте Северного, Котова, Цаца по ізучению глобальных колебаний Солнца /57/. Подробно метод и ин-;трумент описаны в /6/. Метод состоит в измерении доплеровского ;мещения среднего положения спектральной линии Feljl5124 А от центральной зоны диска (диаметром 0,66 DQ) относительно средне- о положения той же линии для всей краевой зоны изображения Солнца. Поочередное переключение световых потоков от разных областей гсреднения осуществлено электрооптическим модулятором. Измерения дифференциального сдвига производят каналом регистрации продоль-юй составляющей магнитного поля солнечного магнитографа. Допле-ювский компенсатор используется для удержания на щелях магниторафа суммарного контура линии. Чувствительность измерений состав-гяет 3 м/с при времени накопления сигнала около 10 мин., а статистическая точность измерения величины скорости около +0,2 м/с.
В Саянской обсерватории создан двойной солнечный телескоп, соторый позволяет направить в щель спектрографа свет от двух ізображений Солнца. Пространственное разрешение каждого телеско-іа можно изменять таким образом, чтобы дифференциальный сигнал г/чевой скорости соответствовал различным пространственным гармошкам пульсаций низкой степени /58/.
Пространственно-дифференциальный метод был развит также ція исследования локальных параметров квазипериодических движе-шй в солнечной плазме /59/. Предложенная оптическая схема обес-ючивает одновременное освещение входной щели спектрографа све-?ом от двух элементов солнечного изображения, отстоящих друг от пруга на некотором расстоянии. Это осуществляется с помощью призмы кальцита в сочетании с Л/4 пластиной, установленных перед . входной щелью спектрографа. Дифференциальный сдвиг линий от двух элементов изображения измеряется с помощью анализатора поляризации на основе электрооптического дефлектора и фотометра с одним фотоприемником /&Q/. Полезной особенностью метода /59/ является его избирательность к пространственной длине волны. Чувствительность данного варианта дифференциального метода около 0,2 м/с. Можно отметить общее свойство у спектрального и пространственного методов: оба они ослабляют влияние инструментальных погрешностей на результаты измерений. Пространственный метод, кроме того, позволяет исключить влияние вращения Земли и свести цо минимума влияние ее орбитального движения на измерения. Однако, поскольку метод некомпенсационный, то следует учитывать зависимость сигнала скорости от интенсивности спектра.
Обсуждение точности измерений лучевых-скоростей с доплеровским анализатором на основе диссектора
При создании доплеровского анализатора возникают вопросы, сакой принцип измерения принять за основу: компенсационный или компенсационный? Как измерять и сравнивать интенсивности в срыльях линии? Какой фотометр применить?
С точки зрения интерпретации смещений линий компенсационные і некомпенсационные измерения имеют общий недостаток. Оба они годвержены ошибкам вследствие градиента скорости вдоль луча зре-[ия /62, 63/. Однако при.компенсационных измерениях флуктуации [ркости не вносят ошибку и это дает соответствующее преимущество юред некомпенсационными. Важным также является и то, что сдвиги [инии в случае компенсационных измерений определяют по участим контура с равной интенсивностью. Образование излучения в этих частках контура происходит примерно на одной высоте в атмосфере олнца. В связи с этим более предпочтительна реализация в допле-овском анализаторе (ДА) компенсационного принципа. Но в этом лучае оптическая схема ДА должна содержать компенсирующие эле-[енты со всеми необходимыми для этого конструктивными атрибутами налогично доплеровскому компенсатору солнечного магнитографа. Ор-анизация дифференциальных измерений еще более усложнит доплеров-кий анализатор.
Реализовать компенсационный принцип, не применяя сложной лектрооптики, генераторов управления электрооптическими кристаллами, узлов точной механики, электродвигателей, датчиков угловых и линейных перемещений, заменив все это электронными средствами, позволяет простейшая разновидность передающей телевизионной труб-ки - диссектор.
В диссекторе посредством внешнего фотоэффекта световая энергия преобразуется в электрическую. Оптическое изображение, проектируемое на фотокатод, вызывает ЭМИССИЮ фотоэлектронов, которые образуют непосредственно около фотокатода электронное изображение /64, 65/. На рис. 6 приведена принципиальная схема диссектора, на которой изображены: I - фотокатод, 2 - фокусирующая катушка, 3 - отклоняющая катушка, 4 - диафрагма с отверстием, 5 - электронный утмножитель, б - коллектор.
Фотоэлектроны под действием электрического поля фотокатод-диафрагма 4 ускоряются в направлении диафрагмы. Магнитное поле фокусирующей катушки 2 способствует параллельному переносу электронов, т.е. в промежутке фотокатод-диафрагма осуществляется перенос электронного изображения к диафрагме и его фокусировка. Магнитное поле отклоняющей катушки отклоняет электроны в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Действие отклоняющего магнитного поля приводит к смещению электронного изображения относительно отверстия в диафрагме. Электроны, пролетевшие через отверстие на умножитель 5, соответствуют определенному элементу фотокатода. Форма изменений отклоняющего магнитного поля позволяет делать развертку изображения источника излучения по заданному закону.
Диссектор - телевизионная трубка без накопления сигнала. Чувствительность его определяется эффективностью фотокатода, и по сравнению с телевизионными трубками, основанными на накоплении сигнала, она мала /65, 66/. Однако малая чувствительность в данном случае не является определяющим фактором при выборе фотоприемника. Поясним, почему именно диссектору, а не другой телевизионной трубке, отдается предпочтение. Действительно, для обнаружения и регистрации звездных изображений, галактик, туманностей из-за малой величины светового потока необходимо накапливать сигнал. Поэтому телевизионные трубки с накоплением нашли широкое применение в звездной астрономии /65/.
При исследованиях Солнца телевизионная трубка с накоплением была применена в пулковском видеомагнитографе /67, 68/, с помощью которого регистрируют также распределения лучевых скоростей. Шум в канале скорости имеет значение 100 -м«с . Собственные шумы трубки, по мнению авторов, ограничивают чувствительность прибора.
Телевизионные трубки с накоплением, несмотря на высокую чувствительность, дают большой шум при измерении лучевых скоростей и, с точки зрения возможности их применения в доплеровском анализаторе, имеют, кроме того, следующие недостатки: I) малый линейный диапазон световой характеристики; 2) необходимость растрового режима развертки для обязательного считывания потенциального рельефа с накапливающей пластины; 3) инерционность накапливающей «шпени, затрудняющая организацию компенсационного принципа измерения. Диссектор, в отличие от трубок с накоплением, обладает высоким быстродействием, простотой формирования различных разверток я линейностью световой характеристики в широком диапазоне осве-ценностей (более 1000:1). Кроме того, диссектор имеет перспективу использования в режиме счета фотонов благодаря тому, что диафрагма диссектора снижает число термоэлектронов, поступающих с фотокатода на умножитель электронов. В режиме счета фотонов диссекто-т по пороговой чувствительности соперничают с лучшими ФЭУ. В этношении чувствительности диссектора следует отметить, что существует эффективный способ ее повышения предварительным усилени-зм яркости с помощью электронно-оптических преобразователей /657. Первый опыт по применению диссектора для регистрации солнеч- ых спектров в Саянской обсерватории дал удовлетворительный результат /&9/. Опытным путем была установлена возможность его ис-юльзования в токовом режиме при интегральной чувствительности эотокатода 20 мка»лм .
Краткий обзор исследований колебаний и волн в спокойной атмосфере Солнца и тени солнечных пятен в диапазоне периодов пяти и трех минут
Из последнего выражения следует, что? если отношение постоянных времени Z//? равно: 0,9; 0,8; 0,7; 0,5, то отношениеХдШ/ акс/X имеет, соответственно, значения: 2,6; 5,5; 8,9; 17. Эти значения характеризуют величину просачивания в дифференциальный сигнал высокочастотных составляющих из измерительного канала с меньшей постоянной времени. Фактически регистрируемые в дифференциальном сигнале быстрые изменения, сравнимые по длительности с 2Г , следует считать ошибкой измерения из-за разной степени их сглаживания в измерительных каналах. При этом, очевидноv отличие в постоянных времени не влияет на вычитание сигналов, соответствующих постоянным смещениям и длиннопериодным изменениям, когда период сигнала много больше Т" .
Наиболее существенное влияние на качество вычитания в широ-ком диапазоне частот оказывают разница в коэффициентах обратной звязи измерительных каналов и отличие входных делителей дифференциального усилителя. При сдвиге линии и разной величине обратной звязи выходные напряжения интеграторов по-разному реагируют на этот сдвиг, что приводит к появлению соответствующего дифференциального сигнала. Поясним, с чем это связано, для этого обратимся { рис.8. Резисторы определяют величину обратной связи г интеграторов А5, Аб на преобразователь напряжение-ток А9. Токи, протекающие через эти резисторы, в режиме слежения обоих каналов \к за одной линией ( А Л О ) по смыслу обратной связи должна быть равны и пропорциональны смещению линии. При неравенстве юзисторов для обеспечения равенства токов на больший резистор полется большее напряжение с соответствующего интегратора. Для на-гменьшего"4- влияния разницы коэффициентов обратной связи на дифференциальный сигнал необходимо проводить тщательную регулировку чтобы выходные напряжения интеграторов одинаковым об разом изменялись, реагируя на смещения линии. Подобную регулиров ку можно осуществить входными делителями дифференциального уси лителя ), компенсируя разницу в коэффициентах обратной связи разной величиной деления. Но в этом случае для каждого канала нужна будет своя калибровка смещений линии. Возможные неточности, рассмотренные выше, касаются дифференциальных измерений и, в основном, устранимы регулировкой. Эднако существует принципиально неустранимая причина возможных жибок измерений - неравномерность чувствительности фотокатода, соторая может по-разному вносить искажения при регистрации смешений двух линий. Оценим ее влияние на результаты измерений. В режиме дефлектора апертура диссектора периодически пере-іещается по фотокатоду. Участки фотокатода, в которых периоди-іески фиксируется апертура, могут иметь неодинаковую чувствитель-юсть. Вследствие этого, даже при равномерном освещении фотока-юда, на выходе диссектора будет переменный сигнал. Аналогично роисходит образование переменного сигнала при сканировании пектральной линии. Неравномерность чувствительности при одина-овом освещении площади апертуры в крыльях линии вызывает сигал фиктивного сдвига линии. Обратная связь реагирует на этот игнал, изменяя фиксированные положения апертуры, и мы регистри-уем ложное доплеровское смещение ДЛ# . Оценим величину ложного доплеровского смещения в зависимос-и от градиента чувствительности, полуширины спектральной линии и остаточной интенсивности в центре линии. При линейной аппроксимации крыльев контура линии такую оценку можно выполнить из рассмотрения геометрической картины, представленной на рис.10 где изображены два контура линии, регистрируемые при пилообразном сканировании: первый - для случая, когда градиент чувствительности равен нулю (контур йСи ), второй - когда имеет место неравномерность чувствительности (контур Q.Cи ). Поясним обозначения на рис.10. Jj - интенсивность в крыле линии на расстоянии ее полуширины ААот центра. При линейной аппроксимации J1 соответствует интенсивности непрерывного спектра рядом с линией. j - интенсивность в другом крыле линии на расстоянии А «Д. от ее центра при наличии градиента чувствительности. Градиент чувствительности от крыла к крылу можно представить отношением: Л=ил7/ . Jy iJcz " остаточные интенсивности в ядре лижи. Предполагая линейное изменение чувствительности, в точке С ш имеем увеличение чувствительности в лД- раз, 4.b.Jc2_ Jtf l\/2. Точками BJUJRJR отмечены положения центра апертуры диссектора в режиме опроса интенсивности в крыльях. В В ил;А находятся на расстоянии ОЛ АЛ/2. в обе стороны от центра линии. D11 D11 Сочками и к К отмечены смещенные положения апертуры при отслеживании линии по сигналу, возникшему вследствие неравномерности чувствительности фотокатода. Поскольку компенсационная обратная ЇВЯЗЬ в регистрируемом сигнале выравнивает интенсивности в опра-шваемых точках путем смещения апертуры, то и иоЧ В соответ-;твии с обозначением точек на рис.10 указаны регистрируемые І них интенсивности света.
