Введение к работе
Актуальность выполненной работы .обусловлена тем. что накопленных к настоящему времени набпюпатепьных данных о строении фотосферы недостаточно пля понимания и объяснения как в тооратичоском, так и практическом аспектах наблюдаемых мелкомасштабных явлений в неравновесной плазме, типа грануляция. Кмепякеся результаты работ по исследованию Фотосферы с высоким разрешением в картинной плоскости, а также работ по моделированию динамических ппоцессоп , иисгипатнвчого характера в грануляции к настоявему премени но могут дать однозначного описании как механизмов, так и особенностей стро-
ения с глубиной наблюдаемого явления. Сложность представле-НІІЙ. обусловленная трудностью получения наблюдательного материала с высоким пространственно-временным разрешением, усугубляется тем, что наряду с наблюдаемыми процессами нестационарного, конвективного характера грануляции, в фотосфере присутствуют колебания и волнн: Выяснение взаимосвязи и роли от их явлении в высотной структуризации фотосферы пре-допределнет актуальность выполненных исследовании.
Целью работы являлось получение новнх наблюдательных данных о фотосфере ялп исследования на их основе' высотного распределения скорости газовых потоков в грануляции: стратификации амплитудно-фазовых и частотных характеристик колебании скорости по глубине в спокойной фотосфере и линамики этих явлений во времени.
Объектом исследований являласо вертикальная структура и ее эволюция на коротких временных интервалах мелко- и сред-немасштабнах образований атмосферы Солниа, формирующихся-в слое от основания фотосферы до температурного минимума.
Методы исследования и аппаратура. -
Для достижения поставленных целей нами был проведен анализ существующих методов фотоэлектрической регистрации спектра, выполнены оценки их положительных и отрицательны-.: сторон, а также изучена и проанализирована их техническая реализация. В результате этого мы пришли к выводу о необходимости применения методов многоканальной спектроскопии и создания 512-канального спектрофотометра как необходимого и достаточного условия, позволяюиего реализовать одновременно высокое пространственное, временное, спектральное и амплитудное разрешение.
В основу исследований высотного распределения скорости потоков плазмы и ее динамики были положены данные о тонкой структуре профилей фотосферньх линий фраунгоферова спектра и, в частности, использовался метод бнсекторов. широко применяемый для анализа асимметрии профилей линий ' в солнечной спектроскопии.
Обработка и анализ полученных данных осуществлялся с помощью метопов спектрально-временного анализа. В каждом конкретно;.! случае, как правило, использовалась совокупность методов: метод Фурье, метод максимальной энтропии, меточ
- 5 -коррэляцискного периопограмманализа и его модификации. Также выполнялась статистическая оценка достоверности используемых результатов.
Новизна. Теоретические и практические результати.
Поело теоретического анализа метопов гегистрянии спектра выполнены разработка и исследование 512-кянального onevr-рофотометра на базе твердотельной одномерной фотопиоднои матрицы Reticon p.l-1024 (производство С!Ш для Саянской солнечной обсерватории. Ято первый многоканальный спектрофотометр в солнечных обсерваториях страны.
Были предложены и апробированы алгоритми функционирования спектрофотометра как системи работавшей г- совокупности с горизонтальным солнечным телескопом поп управлением ЭВМ типа СМ-2.
Предложены и реализованы алгоритмы программ технической
ПОДГОТОВКА, НаСТройКИ, ПРОВерКИ СИСТеМЫ. ПрОГрГіММН KailHv5])f.B-
ки, регистрации спектра и предварительной обработки данных.
ПолучеіШ и обработаны новые наблюдательные папино о стратификации режима 5-минутннх колебаний вертикальной составляющей скорости в фотосфере и данные о высотном распределении скорости газовых потоков в грануляции с высоким пространственно-временным разрешением.
Рлагодаря анализу новы? дачных было эпоппко обнаружено:
горизонтальный дрейф вертикальных потоков вещества в фотосфере Солнца и. как следствие этого, зкеериментально подтверждено предположение В.А.Крата и А.А.Илитальной ПЗ о наклонном характере траекторий подъема и опускания плазмы грануляции;
смена направления наклона траекторий восхоляиих и нисходящих потоков венества в фотосфепе на высотах с=20О ± г-о км
Над уровнем t(50001-1;
постоянство с высотой пространственного периода грануляции, в то время как распределения вертикальной составляющей скорости в картинной плоскости в ядре гранулы и межг раиульных промежутках имеют с высотой перегнанное сечение;
эффект запаздывания во времени ослабления профиля темпера-турочувствительной линии и ее ушпрения относительно попле-ропского синего смешения в ядре гранулы, что является экс-
перименгалышм доказательством проявлений ь грянулах поры-
- 6 -невого механизма;
наряду с известным повелением амплитуды 5-минутннх колебаний скорости на длине цуга с глубиной в Фотосфере, обнаружен нелинейный характер процесса генерации колебаний V,;
анализ временных серий элементов бисекторов и профилей линий в далеких крыльях на интервале одного среднестатистического периода 5-минутных колебаний позволил обнаружить нелинейный характер повеления лучевой скорости, схоиннИ с поведенном, известиіж в практике наблюдений переменных (пульсирующих) звезд, что является экспериментальным свидетельством 5-минутнн.х колебаний в нижних слоях фотосферы как колебаний разрывного типа и действия на Солние клапанного механизма в попфотосфорном слое, где происходят ионн-ааиионно-рекоибикационныа пронесен аточов водорода;
- наличие особых точек в высотных распределениях амплитуды и
' фазы 5-минутннх колебаний на высотах^200 км,нал уровнем
Tt5000=O), что в совокупности с высотным распределением спечтра мощности свидетельствуют о своеобразной среднестатистической границе, до которой поток в грануляции носит конвективный характер;
- получены свидетельства действия поршневого механизма в яв
лении "сбой фазы" 5-минутных колеоаний, которые основаны
на наблюдаемом перемещении возмуиения из нижних .подфотос-
Фериих слоев к области температурного минимума.
Наряду с новыми данными о строении и динамике фотосферы полученн сведения, такие как наличие значительного градиента вертикальной скорости, высотная, оависимость амплитуды и спектра модности 5-минутннх колебаний и т.п., которые,подтверждают ранее полученчые другими авторами результаты [2-6].
Научная и практический ценность работы. Использование ее результатов.
-
Получены ноша наблюдательные данные о вертикальном строении фотоаферы и ое динамике с высоким временном разрешением .
-
Метопы изучения вксотного распределения амплитудно-фазовых и частотных характеристик колебаний могут бить испольлозаны в качестве своеобразного зонда пля исследования
- 7 -вертикального отроении образования в солнечноп атмосфере.
Э) Результати исследования строения йотосфеші о глубиной могут бнть нспользоьанн для проверки существу»!* их и явиться основой ятя разработки нови/.нестационарна:': трехмер-" них моиелеЯ фотосфер;).
1) Наблвдатольнне Панине, каонкшіеся вариации спектра 5-минутннх колебания во времени, а такхе проявления закономерностей нелинейного характера во временив-.' сериях профилей фотосфорннх линия, позволяют поцуоднть к исследованию колебательных процессов на Полине с позиция теории пепеменчп:-' звезд.
-
Разработанная и изготовленннЯ 5і2-кні;алмшп спектрофотометр показал себя информативноЯ надежном системо'!, которая может использоваться h.-i.i выполнения широкого класса наб-люлнтсльнну. программ нсслеповання Солнца спектроскопическими методами.
-
Разработаннне и апробироьаннне методики ияптроііки и калибровки 512-камалыюго спектрофотометра могут бить не-пользованы ьля аналогичных целен при разработке нових ш/его-каиаяьни/ приборок для спектрометрии, X-мотрии и поляриметри я.
-
Совокупность полуденних результатов может служить основой пля разработки соответствующих физических моделей бне роцинамечннх процессов в фотосфере Солнна, а тек же может бить использована в Г.».п РАН (Пулково) , ГАП АН Укпамнн, ЇЦннісігоП астрофизическое обсерватории. ИЯЧИР РАМ (Москва) и Jipyrnx оточестпенннх и аарубежних учреждениях, вг'иолнярцих исследования в области физики Солнца.
Основино положения, внноснмко на зашиту
1) РазработанннП и впробированннп метоп многоканальной
фотоелоктрическоЯ регистрации спектра с помокыо ТВеГПСТОЛЬ-
ННХ ОЛНОМерННХ матриц Reticcn RL-1024 И RL-102A3 С ВИСОКІМ
пространстневннм и амплитудным разрешением.
-
Разработаннне и апробированные мятопн и алгоритмі! юстировки, калибровки и предварительной обработки .плинну 512-канпльного спектрофотометра.
-
Совокупность нові.'Х. данных о вертикальном строении и динамических процессах спокойной фотосфери, полученных пя
результатов обработки наблюдении тонкой структури профилей избранны:: фотосферних линия =
- амплитуда вертикальной составляющей скорости восходящих
потоков плазмы в грануло у основания фотосферы составляет
2.7 т 3.5 км/с;
вихренодобный, с переменным наклоном характер траектории подъема и опускания вещества в грануляции;
наличие аномалии в высотном распределении скорости подъема воаествь на уровне 200 км нал основанием фотосфери, а также аномалии" в распределениях амплитудно-фазовых и частотних характеристик з-мпнутни/ колебаний вертикальной составляющей скорости;
оценки толііннн слоя атмосфери конвективного характера, об-раэукжего явлениэ фотосферной грануляции и глубины залегания верха предшествующей грануляции конвекции от уровня
Г( 5000)=1.
4) Совокупность выводов, полученных на основании анализа наблюдений фотосферы
в фотосферкоП гранулялил выполняется условие неразрывности вещества в потоке;
грануляция представляет собой явление нестационарной конвекции г среде с большим градиентом вертикальной составляющей скорости;
- в нижних слоях фотосферы обнаружено действие (проявление) поршневого и клапанного механизмов как источников возбуждения локрльных 5-нинутных колебаний, ііозволяюиііх интерпретировать наблюдаемые колебания фотосферы Солнца о позиции переменных (пульсирующих) звезд.
Апробация работы. Результаты работы представлялись на семинарах физики Солниа ИСЗФ СО РАН; на Всесоюзных семинарах рабочей группы "Колебания и волны на Солнце'' (Тбилиси, 19В8, Иркутск-1991 г.); группы "Спокойное Солнце" і<\бастумани -1988); группы "Методы и инструменты"( \1«хабад - 1988); на пленумах секции "Солнце" Астрономического совета АН СССР (Алма-Ата - 3.987 г.; Ашхабад - 1990): на 13-ом консультативном оокешании по Физике Солниа АН соистран (Одесса - 1988); на 28 пчрнарном совещании КОСПАР (Гаага, Нидерланды - 1990); на порвем Сопотско-Китайском семинаре по іітпикп Сопжіа, ИР-ку-ск-199:.) .
Личный вклад диссертанта
Исследования, представленные в диссертационной работе, выполнялись самостоятельно, либо диссертант принимал ччастив в качестве ответственного исполнителя. П публикациях и покладах, выполненных в соавторстве, диссертанту не принадлежит написание программ предварительной обработки и спектрально-временного анализа исходных данных для ЭВМ ОМ-2, ЕС-Юбі, IBM - PC/AT.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит игі введения- трех глав, заключения и списка литературы- Полини
