Содержание к диссертации
Введение
2. Этапы исследований по рентгеновской астрономии Солнца 11
2.1. Первые фотографии рентгеновских изображений и спектров Солнца, полученные с геофизических ракет 11
2.2. Фотоэлектрические регистрации рентгеновских изображений Солнца со спутников методом сканирования 13
2.3. Получение рентгеновских спектров высокого разрешения методом брэгговской спектроскопии 14
2.4. Эксперимент с долговременно работающим рентгеновским телескопом ТЕРЕК на космической станции "Фобос-1" 15
2.5. Исследования Солнца методом рентгеновской изображающей спектроскопии на солнечных станциях "КОРОНАС-И" и "КОРОНАС-Ф" 15
3. Разработка бортовой рентгеновской аппаратуры для исследования изображений и спектров Солнца 17
3.1. Камеры-обскуры, гелиометры и зеркальные телескопы для исследования пространственной структуры солнечной короны 17
3.2. Спектрографы, спектрометры и поляриметры для исследования линейчатых спектров 20
3.3. Комплекс приборов телескоп-коронограф/спектрогелиометр для изображающей спектроскопии полного Солнца 22
3.4. Элементы рентгеновской аппаратуры 27
4 Результаты исследовании по рентгеновской спектроскопии Солнца 27
4.1. Широкополосные изображения Солнца и характеристики рентгеновски активных областей "спокойного" Солнца и областей вспышек 27
4.2. Обзорные линейчатые спектры. Электронная и ионная температуры и химический состав "горячей" корональнои плазмы 29
4.3. Линейчатые спектры высокого разрешения в интервалах резонансных линий Н- и He-подобных ионов Ne, Mg, Al, Si и Fe. Сателлитные линии, поляризация излучения в линиях, надтепловые электроны 31
4.4. Спектрогелиограммы полного Солнца высокого пространственного разрешения в отдельных узких интервалах длин волн и в монохроматических линиях в диапазоне 8-335А 37
Выводы н заключение 54
Список литературы 56
- Фотоэлектрические регистрации рентгеновских изображений Солнца со спутников методом сканирования
- Исследования Солнца методом рентгеновской изображающей спектроскопии на солнечных станциях "КОРОНАС-И" и "КОРОНАС-Ф"
- Комплекс приборов телескоп-коронограф/спектрогелиометр для изображающей спектроскопии полного Солнца
- Линейчатые спектры высокого разрешения в интервалах резонансных линий Н- и He-подобных ионов Ne, Mg, Al, Si и Fe. Сателлитные линии, поляризация излучения в линиях, надтепловые электроны
Введение к работе
1.1. Актуальность проблемы и направление работы
Исследования рентгеновского излучения Солнца принадлежат к числу основных направлений космической физики, развитие которых стало возможным после появления ракет и спутников. Эти исследования дают важные сведения о физике солнечной короны и хромосферы, о воздействии Солнца на ионосферу и атмосферу Земли и межпланетное пространство. Они также существенны для обеспечения радиационной безопасности космических полетов и ряда вопросов космической технологии. На рентгеновскую область приходится основная часть энергии электромагнитного излучения солнечной короны и сюда попадают резонансные линии высокоионизованных ионов наиболее обильных химических элементов на Солнце. Это обеспечивает высокую чувствительность метода рентгеновской спектроскопии Солнца и позволяет проводить детальные наблюдения полной короны, включая солнечный диск, дополняющие возможности оптических и радиоастрономических методов и существенно углубляющие наши знания о Солнце.
Еще в начале 40-х годов при исследовании ионосферы во время солнечных затмений было установлено, что источники ионизирующего электромагнитного излучения на Солнце имеют локальный харакгер и распределены на Солнце неравномерно [96]. Вскоре после экспериментального обнаружения рентгеновского излучения Солнца с помощью ракетных экспериментов было установлено, что имеется сравнительно слабое рентгеновское излучение невозмущенных областей короны и более жесткое интенсивное излучение локальных участков. Это было непосредственно обнаружено Фридманом в США, измерившим поток рентгеновского излучения с помощью счетчиков во время солнечного затмения в 1958 г. [97]; аналогичный эксперимент был проведен в ФИАНе С.Л.Мандельштамом, Ю.К.Воронько и др. во время затмения 15.02.1961 г. [98]. Первая же фотография солнечной короны, полученная Фридманом в 1960 г., показала, что эти области расположены над кальциевыми флоккулами и совпадают с областями интенсивного радиоизлучения в 10 см-диапазоне [97]. Естественно было ассоциировать области повышенного рентгеновского излучения с конденсациями в солнечной короне, характеризующимися большей электронной плотностью (в оптической области спектра они изучались в работах Вальдмаера и др. [99-102]).
Исследование тонкой пространственной структуры солнечной короны и линейчатых спектров рентгеновски активных областей явилось направлением работ автора, обобщенных в диссертации. Цель исследований заключалась в том, чтобы установить локализацию и виды рентгеновских источников в короне, изучить динамику их образования и развития и получить новые данные для расчетов физических параметров корональной плазмы. Задачей работы было также развитие элементной базы рентгеновской оптики, создание на ее основе новых типов бортовых инструментов и участие в создании специальных космических аппаратов для проведения рентгеноспектральных исследований Солнца.
Работы, обобщенные в данной диссертации, были выполнены в Физическом институте им. П.Н.Лебедева РАН в период 1960-2003г. Эксперименты были проведены на 11-ти высотных геофизических ракетах, специальных солнечных спутниках "Космос-166" и "-230", "Интеркосмос-1", "-4", "-7", "-11" и "-16", межпланетной космической станции "Фобос-1", орбитальных солнечных станциях "КОРОНАС-И" и "КОРОНАС-Ф" (рис. 1).
Общая направленность работы сохранялась на протяжении всего времени исследовании. При этом конкретные цели и задачи последующих экспериментов существенно модернизировались с учетом достигнутых результатов наших и зарубежных исследований Солнца, возможностей создания новых типов космических аппаратов и развития новых технологий в области рентгеновской оптики. Условно в наших исследованиях можно выделить 5 этапов:
1. Получение первых фотографий рентгеновских изображении и спектров Солнца с геофизических ракет (1961-1965 гг.).
2. Исследования рентгеновски активных областей и вспышек методом сканирования с солнечных спутников "Космос-166" и "Космос-230" (1963— 1968 гг.).
3. Исследования рентгеновских спектров методом брэгговской спектроскопии (1969-1983 гг.).
4. Эксперимент с XUV-зеркальным телескопом ТЕРЕК на станции "Фобос-1" (1984-1988 гг.).
5. Мультиспектральные исследования Солнца методом рентгеновской изображающей спектроскопии на солнечных станциях "КОРОНАС-И" и "КОРОНАС-Ф" (1975-2003 гг.).
Детальное описание этапов дано в разделе 2.
1.2. Научная новизна и практическая ценность
1. Разработан широкий класс оригинальных приборов для исследования рентгеновского излучения Солнца со спутников и ракет. Из них принципиально новыми являются:
• рентгеногелиометры, использующие метод программного линейного сканирования Солнца осью спутника;
• узкополосные брэгговские спектрометры высокого спектрального разрешения;
• телескоп ТЕРЕК для станции "Фобос-1", позволивший впервые провести длительные наблюдения Солнца фотоэлектрическим методом;
• комплекс приборов для станции "КОРОНАС-Ф", состоящий из телескопов-коронографов и спектрогелиометров, для реализации метода изображающей спектроскопии полного Солнца.
2. Новые данные получены при исследовании рентгеновского излучения активных областей и вспышек на Солнце. С рекордно высоким разрешением получены линейчатые спектры наиболее "горячих" многозарядных ионов, зарегистрированы "сателлитные" спектральные линии, впервые непосредственно показавшие существенную роль процесса диэлектронной рекомбинации в солнечной короне.
3. Впервые получена фотография рентгеновской вспышки, сопровождающейся хромосферной вспышкой; обнаружены рентгеновские вспышки над невозмущенной хромосферой; обнаружена тонкая волокнистая структура областей рентгеновских вспышек, аналогичная структуре оптических вспышек.
4. Впервые обнаружена поляризация в линейчатых спектрах ионов FeXXIII-FeXXV во время вспышек.
5. С помощью рентгеновского телескопа ТЕРЕК, установленного на станции "Фобос-1" (1988 г.), впервые проведены длительные фотоэлектрические наблюдения Солнца в трех диапазонах длин волн: 290-320А, 170—180А и 5-25А. Впервые выявлена тонкая структура корональных дыр на уровне температурных слоев-10 К и 10 К; зарегистрирован сгусток (выброс) плазмы размером 0.3RC в линии 304А на расстоянии двух солнечных радиусов над диском; измерено отношение потоков от полного Солнца для двух наиболее интенсивных линий SiXI - 303.91 А и Hell -303.57А. Это отношение составляет 1:3, что существенно для интерпретации эффектов резонансного рассеяния в верхней атмосфере Солнца и Земли.
6. На станции "КОРОНАС-Ф" впервые выполнены длительные непрерывные наблюдения солнечной атмосферы в широком диапазоне высот(104-3-106км) и температур (104 —2-Ю7К). Зарегистрировано несколько сотен тысяч снимков с рекордным на сегодняшний день временным и спектральным разрешением. Впервые получены ряды спектрогелиограмм полного Солнца в компонентах дублета резонансной линии MgXII (8.418 и 8.423А): длительные непрерывные ряды в период высокой солнечной активности и ряды высокого временного разрешения, синхронизованные с развитием вспышек. Получены спектрогелиограммы полного диска и надлимбовой короны в диапазонах 180-210А и 284-ЗЗОА (в 150 линиях одновременно), позволяющие выделить спектры корональных дыр, "спокойного" Солнца, активных областей и вспышек и проводить их температурную, плотностную и композиционную диагностику.
Научная значимость работы заключается в том, что проведенные исследования позволили глубже понять природу рентгеновского излучения Солнца, определить физические условия в "спокойной" короне и выяснить основные характеристики тепловых и нетепловых процессов во время вспышек. Полученные данные об энергетической структуре ионов и характеристиках элементарных процессов с их участием позволили разработать новые рентгеноспектральные методы диагностики солнечной "горячей" плазмы.
Практическая ценность работы заключается в том, что результаты выполненных исследований широко используются в гелиофизике, в первую очередь, для изучения механизма нагрева солнечной короны как "спокойного" Солнца, так и при различных нестационарных явлениях. Они необходимы также для понимания природы источников генерации солнечного ветра и выхода "холодной" корональной плазмы в межпланетное пространство. Эти результаты важны для проблемы солнечно-земных связей, так как они позволяют отслеживать в реальном времени зависимость плотности и состава верхней атмосферы Земли (250-500км) от потоков рентгеновского излучения Солнца. Данные, полученные в наших экспериментах, важны также для космонавтики при расчетах траекторий космических аппаратов и их радиационной стойкости.
1.3. Апробация работы
Основные результаты работы докладывались и обсуждались на Всесоюзных и Международных конференциях по исследованию космического пространства и солнечной физике, на семинарах Отделения общей физики и астрономии АН СССР и РАН. Доклады были представлены на 8 конференциях COSPAR (1967 г., 1972 г., 1974 г., 1975 г., 1983 г., 1984 г., 1991 г., 2002 г.). Работы докладывались на семинарах ведущих научно-исследовательских центров США (Naval Research laboratory, Washington, Goddart Space Flight Center, Washington), Франции (Институт космической астрофизики, Париж), Англии (Mullord Laboratory, London), на международных рабочих совещаниях по программе "Интеркосмос" (Варшава, Прага, Бухарест, Варна, Берлин, Будапешт), на Всероссийских конференциях.
По теме диссертации опубликовано 95 работ в отечественных и зарубежных журналах: Космические исследования, Астрономический журнал, УФН, Solar Physics, Space Research, Monthly Notices, SPIE и других.
1.4. Личный вклад автора
Все работы, положенные в основу диссертации, выполнялись но инициативе и под руководством автора. Им были проведены систематические исследования локализации, структуры и линейных спектров рентгеновски активных областей и вспышек на Солнце. Он руководил созданием оригинальных бортовых приборов — рентгеновских гелиографов и спектрометров. В первых экспериментах на спутниках автору принадлежит новая для того времени идея линейного сканирования Солнца осью спутника. В дальнейшем автором были выдвин}ты идеи по разработке новых базовых элементов рентгеновской оптики. На их основе были созданы многоканальные телескопы и гелиометры для межпланетной станции "Фобос-1" и солнечных станций "КОРОНАС-И" и "КОРОНАС-Ф". Автор непосредственно участвовал в осуществлении экспериментов на 20-тн космических аппаратах (1963-2003гг), осуществляя также согласование работ с многочисленными российскими и зарубежными научными институтами по проектам в целом. Автор принимал активное участие в обработке полученных результатов и их интерпретации. По инициативе автора был развит перспективный метод спектроскопии высокого пространственного разрешения полного солнечного диска. Работы автора послужили основой для создания нового научного направления - изображающей рентгеновской спектроскопии.
1.5. Структура диссертации
Диссертация в форме научного доклада состоит из пяти разделов и списка литературы. В разделе 1 дана обшая характеристика работы, в разделе 2 описаны основные этапы исследовании, в разделе 3 содержится описание созданной бортовой аппаратуры, в разделе 4 приведены результаты экспериментов и дана их интерпретация и в разделе 5 сформулированы основные выводы диссертационной работы. Общий объем диссертации — 65 страниц, включая 15 рисунков, список публикаций автора по теме диссертации включает 95 работ.
Фотоэлектрические регистрации рентгеновских изображений Солнца со спутников методом сканирования
Исследования рентгеновского излучения Солнца с помощью ракет дали ценную информацию о величине потоков, распределении источников по солнечному диску и их спектре [1, 3, 4]. Однако было ясно, что для более глубокого и полного понимания природы солнечных рентгеновских источников необходимо прослеживание их развития в связи с другими индексами солнечной активности. Это возможно только при проведении длительных непрерывных исследовании локальных источников и накапливании систематического материала с помощью аппаратуры, помещаемой на спутниках. Особенно явно видна необходимость проведения наблюдений со спутников при исследовании солнечных вспышек, т.к. синхронизация старта ракеты с началом вспышки очень трудно достижима. Кроме того, при этом пропадает начальная фаза вспышки. Следующим существенным этапом наших исследований явился запуск первых советских "солнечных" спутников "Космос-166" и "Космос-230", разработанных по инициативе и при непосредственном участии ФИЛНа. Эти спутники имели систему ориентации и стабилизации, обеспечивающую постоянное наведение научных приборов на Солнце. Ориентированная на Солнце ось автоматически в течение каждого витка, а также по команде с Земли осуществляла одномерное сканирование диска Солнца. Принцип программного сканирования был для того времени новым и позже был осуществлен в американских станциях OSO. Этот же принцип использовался и в дальнейших наших экспериментах на спутниках серии "Интеркосмос", что позволило, не предъявляя жестких требований к системе ориентации, производить измерения с высоким пространственным разрешением. На спутниках "Космос-166" (1967 г.) и "Космос-230" (1968 г.) были установлены приборы орнгиналь-ной конструкции — рентгеновские гелиографы [5]. Гелиографы с щелевыми коллиматорами дают два взаимно перпендикулярных одномерных изображения Солнца в рентгеновских лучах.
Усовершенствование конструкции коллиматора позволило довести пространственное разрешение до 15-20 угловых секунд. На каждом из спутников систематические наблюдения продолжались несколько месяцев, непрерывно патрулировалась интенсивность рентгеновского излучения Солнца в пяти спектральных диапазонах, было получено более тысячи рентгеновских изображений Солнца. Анализ этих данных впервые позволил изучить локализацию и структуру корональных конденсаций, а также динамику их развития [7]. Было показано, что основной вклад в поток рентгеновского излучения "спокойного" Солнца при длинах волн короче 10А дают перманентные конденсации над группами пятен. Рентгеновская яркость этих областей более чем на порядок превосходила яркость конденсаций над флоккулами и на 3-4 порядка — яркость невозмущенной короны. Была также обнаружена компактная волоконная структура рентгеновских вспышек ( 20" х 60"). Целью наших дальнейших работ, продолженных на спутниках "Интеркосмос" н ракетах "Вертикаль" по программе международного сотрудничества "Интеркосмос" в период 1969-1983 гг., стало исследование тонкой структуры спектров вблизи резонансных линий Н- и Не-подобных ионов Ne, Mg, Al, Si и Fe с примерно на порядок более высоким спектральным и временным разрешением. Решение этой задачи особенно важно для развития новых методов диагностики плазмы активных областей и. вспышек. Для получения результата используемые спектрометры должны были удовлетворять следующим требованиям: обладать высоким пространственным (10" - 60") и спектральным (103 - 5І04) разрешением, высокой чувствительностью и достаточно большим динамическим диапазоном для регистрации излучения как "спокойной" короны, так и вспышек. Одновременное выполнение всех перечисленных требований невозможно в реальных условиях космического эксперимента.
Поэтому для каждого эксперимента были разработаны спектрометры с плоскими и вогнутыми кристаллами для конкретных диапазонов длин волн [48, 55]. Принципиально новым подходом в этих исследованиях явилось сужение рабочего интервала длин волн вплоть до 0.1 - 0.01 А по сравнению с предыдущими экспериментами (5-20А). Это позволило удовлетворить перечисленным выше требованиям. Описанные спектрометры успешно работали в экспериментах на пяти геофизических ракетах "Вертикаль" (1970-1983 гг.) и спутниках серии "Интеркосмос" (1969-1976 гг.). С их помощью удалось зарегистрировать спектр до длины волны 1.7А. Достигнутое спектральное разрешение на тот момент явилось рекордным и было повторено в 80-е годы на американском (SMM) и японском (Hinotory) спутниках, где был использован тот же принцип регистрации спектров вблизи резонансных линий.
Исследования Солнца методом рентгеновской изображающей спектроскопии на солнечных станциях "КОРОНАС-И" и "КОРОНАС-Ф"
С середины 70-х годов по инициативе ФИ АН были начаты работы по созданию нового поколения космических солнечных обсерваторий, обеспечивающих проведение комплексных исследований Солнца, в первую очередь, с помощью мультнспектральных рентгеновских телескопов. Станции должны были осуществлять постоянную высокоточную ориентацию приборов на Солнце и передачу большого объема информации. Основной целью эксперимента являлось исследование тонкой структуры и динамики верхней атмосферы Солнца в широком диапазоне высот — от хромосферы до дальней короны, и температур — от 10 тысяч до 30 миллионов градусов. Для решения этих задач был развит метод изображающей спектроскопии Солнца в XUV-области. Он заключается в одновременном получении изображений и спектров Солнца с высоким угловым и спектральным разрешением в узких участках XUV-диапазона, характеризующих различные температурные слои солнечной плазмы. Приборный комплекс представлял собой телескоп/спектрогелиометр и включал 9 спектральных каналов, фиксированных на "квазимонотемпературные" участки спектра и монохроматические линии в области 8.4-304А. Этот комплекс позволил впервые получить изображения полного Солнца с высоким временным, спектральным и пространственным разрешением одновременно в нескольких спектральных каналах. Запуски первых двух станций "КОРОНАС-И" (1994 г.) и "КОРОНАС-Ф" (2001 г.) [75, 89] позволили получить большой объем новых данных по структуре и динамике солнечной короны, по влиянию нестационарных процессов в солнечной атмосфере на межпланетную среду и верхнюю атмосферу Земли. Особенно продуктивным оказался эксперимент ФИАН с комплексом рентгеновских телескопов на станции "КОРОНАС-Ф", начатый в августе 2001 г. в период максимума солнечной активности и продолжающийся в настоящее время на фазе спада активности.
Получен большой объем информации: зарегистрировано несколько сотен тысяч снимков полного Солнца в интервале температур от 104 до 2107 К с рекордным на сегодняшний день временным и спектральным разрешением. Уникальность возможностей эксперимента ФИАН (расширенный энергетический диапазон, высокое временное и спектральное разрешение) вызвали широкий международный резонанс. С конца 2002 г. осуществляется сотрудничество с научными организациями США, Франции, Бельгии и Англии по координации научных программ действующих космических солнечных станций SOHO, TRACE, RHESSI и GOES с экспериментом ФИ А И. Уже проведен большой объем совместных наблюдений. В разделе 2 были перечислены основные этапы исследований, охватывающие длительный период и включающие запуски 20-ти космических аппаратов. По мере движения но этапам создаваемая нами аппаратура постоянно развивалась и прошла путь от простейших камер-обскур до сложнейшего комплекса мультиспектральных телескопов и гелиометров, обладающих рекордным пространственным, спектральным и временным разрешением, и работающего на станции "КОРОНАС-Ф" с августа 2001г. по настоящее время [89,91]. Созданные нами бортовые приборы условно можно разделить на следующие классы: приборы с широкой спектральной полосой для исследования пространственной структуры областей генерации рентгеновского излучения при различных условиях солнечной активности; приборы для регистрации линейчатых спектров активных областей и областей вспышек; приборы для получения изображений всего Солнца в монохроматических линиях.
В пусках четырех высотных геофизических ракет в 1963 г. и 1965 г. для получения изображений Солнца использовались камеры-обскуры [4]. Блок состоял из 18 камер длиной 300 мм с полем зрения каждой камеры 14 мм. Диаметр отверстий ("объективов") варьировался в пределах от 0.1 до 0.5 мм, что соответствовало с учетом геометрических размеров камеры и дифракции на объективе угловому разрешению 1-6 угл. минут. В качестве фильтров использовались алюминиевая и бериллиевая фольга и органические пленки, выделявшие 6 спектральных интервалов в полосе 5-200А. Изображения регистрировались на фотопленку. Для наведения камер на Солнце использовалась специально разработанная следящая система. Гелиометры были разработаны для экспериментов на спутниках "Космос-166" (1967 г.) и "Космос-230" (1968 г.) [5, 11, 21, 44]. Цель этих экспериментов состояла в изучении локализации и структуры областей генерации рентгеновского излучения как в условиях "спокойного" Солнца, так и при вспышках. Отдельный гелиометр состоял из щелевого пластинчатого коллиматора с ножевым полем зрения (3.3 х5 на спутнике "Космос-166" и 15"х5 на спутнике "Космос-230") и детектора - счетчика рентгеновских фотонов. В моменты, когда по программе ориентированная ось спутника линейно сканировала Солнце, гелиометр давал одномерную развертку распределения рентгеновского излучения по солнечному диску. Для получения двумерного изооражения Солнца использовались два гелиометра со взаимно-перпендикулярными полями зрения. Гелиометры регистрировали изображения в двух спектральных каналах: 2-8А и 8-14А. Зеркальные телескопы были разработаны для экспериментов на межпланетной станции "Фобос-1" (прибор ТЕРЕК, 1988 г.) [56, 60, 68]. Телескоп ТЕРЕК включал три измерительных канала-телескопа (рис 2): в длинах волн 5-25А (линии высоко ионизованных атомов О, Ne, Mg, Si, Fe); 170-180A (175A) - FeIX-XI и 290-320A (304A) - Hell. В канале 5-25A изображение Солнца строилось с помощью объектива скользящего падения типа "параболоид-гиперболоид". Сменные фильтры выделяли четыре более узких спектральных интервала. Угловое разрешение в этом канале составляло 60 угл. секунд. В каналах 175А и 304А использовались четыре сферических зеркала нормального падения с многослойным интерференционным покрытием, дающие узкополосное отражение. Эффективная площадь каналов составляла 0.6 см2, угловое разрешение - 15 угл. секунд. Изображения в каждом канале регистрировались одинаковыми по конструкции приемниками на основе охлаждаемых ПЗС-матриц с преобразованием рентгеновского изображения в видимое и последующим усилением его яркости с помощью электронно-оптического преобразователя. С учетом динамического диапазона ПЗС-матрицы возможности изменения коэффициента усиления ЭОПа и набора экспозиций динамический диапазон регистрируемых освещенностей составлял более 105. Защита оптики и приемника от мощного видимого излучения Солнца обеспечивалась установкой тонкопленочных предфильтров на входных окнах каналов и дополнительных фильтров на входе приемников.
Комплекс приборов телескоп-коронограф/спектрогелиометр для изображающей спектроскопии полного Солнца
Для эксперимента на станции "КОРОНАС-И" (март-июль 1994 г.) был разработан комплекс рентгеновских приборов, включавший телескоп ТЕРЕК-К и спектрогелиометр РЕС-К для диапазона длин волн 8.4-320А [75, 79]. Телескоп ТЕРЕК-К являлся модернизированным вариантом телескопа ТЕРЕК станции "Фобос-1" и включал три спектральных канала: (304 ±10) А, (175 ±5) А и (132 ±3) А. Каналы были собраны по схеме Гершеля на сферическігх и асферических (тороидальных) зеркалах с многослойными покрытиями. Пространственное разрешение составляло 5—10 угл. секунд. Спектрогелиометр РЕС-К предназначался для получения полного изображения Солнца в монохроматических линиях в диапазоне 180-209А (линии FeVIII-XIII, FeXXIV, SiX, OVI) и в диапазоне 8.41-8.43 А (линии MgXII). Канал 180-209 А был построен по схеме с объективной решеткой, установленной в скользящем падении при угле около Г , и с фокусирующим сферическим зеркалом с многослойным покрытием. В канале 8.41-8.43 А были использованы кристаллические сферические зеркала. Детектор отдельного канала включал электронно-оптический преобразователь и ПЗС-матрицу. Комплекс приборов СРТ-К и РЕС-К для солнечной станции "КОРОНАС-Ф" [88, 89] был предназначен для получения изображений Солнца в спектральном диапазоне 8-320А, в широкой области высот — от хромосферы до дальней короны, и температур — от 10 тысяч до 30 миллионов градусов. Задачей эксперимента было получение одновременного изображения всего Солнца в пяти спектральных интервалах и в более чем 100 резонансных линиях различных элементов. По совокупности заложенных параметров (спектральное, временное и пространственное разрешение) этот комплекс превосходит ранее используемые инструменты. Станция "КОРОНАС-Ф" была запущена в июле 2001 г. и продолжает работать в настоящее время. С помощью указанного комплекса уже получено несколько сотен тысяч изображений Солнца (см. ниже, раздел 4). Комплекс СРТ-К и РЕС-К является принципиально новым инструментом, использующим более качественную и светосильную оптику (объектив Ричи-Кретьена и внеосевые параболические зеркала), детекторы изображения с более высоким разрешением и новые типы спектральных фильтров. Электронная система обеспечивала гибкое программное управление режимами работы прибора, накопление, обработку и передачу большого объема телеметрических данных. Монохроматизация и фокусировка излучения осуществлялась с помощью многослойных зеркал, брэгговских кристаллических зеркал и голографическнх дифракционных решеток косого падения. Детекторы построены на основе усилителей изображений с открытыми микроканальными пластинами, охлаждаемых оптических и открытых рентгеновских ПЗС-матриц и спектральных фильтров на основе тонких алюминиевых и лавсановых пленок и микропористых мембран. Управление телескопом осуществляется с помощью двух главных процессоров, работающих в режиме удаленных компьютеров.
Как уже отмечалось, создание приборов, описанных в п.п. 3.1-3.3, основывалось на разработанных нами новых базовых элементах. В области рентгеновской оптики такими элементами являлись щелевые коллиматоры высокого разрешения, кристалл-анализаторы, сферические и асферические зеркала с многослойными покрытиями, объективы скользящего падения, фокусирующие зеркала на брэгговском отражении, топографические и нарезные дифракционные решетки косого падения [49, 54, 69-72, 79, 83, 86, 90]. В части приемников применялись безжелатиновые XUV-фотопленки, специальные гейгеровские счетчики, ПЗС-матрицы в сочетании с ЭОПами открытого и закрытого типа, люминесцентные экраны и открытые ПЗС-матрицы [57, 58, 62, 78, 85]. В качестве спектральных фильтров использовались тонкие алюминиевые, бериллиевые и лавсановые пленки и микропористые мебраны [73, 82, 84]. Вопросы разработки элементов рентгеновской аппаратуры рассмотрены также в работах [21, 48]. Широкополосные изображения Солнца были нами получены в нескольких диапазонах длин волн короче 200А с геофизических ракет и солнечных спутников [3, 4]. Большой интерес представляют фотографии Солнца, полученные 1.10.1965 г. Изображения в участках спектра Я 10Е , Я = 8-15Е, А 20Е, Я 25Е, А = 44-60Е и Я = 170-200Е
Линейчатые спектры высокого разрешения в интервалах резонансных линий Н- и He-подобных ионов Ne, Mg, Al, Si и Fe. Сателлитные линии, поляризация излучения в линиях, надтепловые электроны
Как видно из вышесказанного, к 80-м годам в области рентгеновской спектроскопии Солнца был накоплен большой объем экспериментальных данных, позволивший определить основные физические параметры и построить модели излучающей плазмы активных областей и областей вспышек. Эти результаты позволили сформулировать главные задачи исследований стационарных областей и активных явлений в солнечной атмосфере методом рентгеновской спектроскопии на ближайший цикл солнечной активности. К этим задачам относятся [59, 65]: получение изображений "монотемпературных" слоев (срезов) в широком диапазоне температур— 10 —5-10 К, от хромосферы до короны; одновременные наблюдения полного Солнца: диска и дальней короны; получение изображений всего Солнца в отдельных резонансных линиях ионов обильных элементов (Hell, MgXII, FeVIII-FeXXV и др., более 100 линий); обеспечение высокого спектрального, пространственного и временного разрешения на регистрируемых изображениях Солнца. Решение перечисленных задач потребовало развития принципиально нового метода исследований — Х- и XUV-изображающей спектроскопии, разработки соответствующей научной аппаратуры — телескопов, телескопов/коронографов и спеїорогелиометров. Потребовалось также создание солнечного спутника следующего поколения (АУОС-С), обладающего более точной системой ориентации, конструктивной платформой для размещения и юстировки крупногабаритных приборов, мощной командной радиолинией и системой телеметрии. Работы по созданию космического комплекса были начаты по инициативе ФИАНа С.Л.Мандельштамом и автором диссертации в 1975 г. с целью произвести запуск первого аппарата в период максимума солнечной активности (80-81 г.г.). Однако, несмотря на существенный прогресс в развитии этих работ и активную поддержку со стороны АН СССР, запуск был перенесен на следующий максимум 90-91 г.г. [44]. XUV-телескоп ТЕРЕК станции "Фобос".
Появившуюся задержку запуска АУОС-С и накопленный опыт по созданию XUV-зеркальных телескопов мы использовали для участия в программе "Фобос". Представлялось крайне важным произвести с помощью XUV-телескопа станции "Фобос" первые наблюдения невидимой с Земли стороны Солнца, обеспечив совместно с околоземными наблюдениями "круговой патруль" солнечной активности. С помощью рентгеновского телескопа ТЕРЕК, установленного на межпланетной станции "Фобос-1", впервые в июле-августе 1988 г. были проведены длительные (более одного солнечного оборота) эксперименты по XUV-изображающей спектроскопии в диапазонах длин волн 290-320А и 170— 180А. Было зарегистрировано 140 изображений Солнца [56, 60, 63,64, 66-68]. Расчеты спектрального состава, регистрируемого в каждом канале прибора, показали, что в канале 290--320А 50% потока приходится на резонансную линию Hell (303.8А), генерируемую при температуре (2 + 8)-104К; 17% приходится на резонансную линию SiXI (303.32А), генерируемую при температуре около 1.6-106 К. Остаток потока распределен по широкому температурному интервалу от 10 до 3-10 К. Канал 170—180А можно назвать "чисто железным", так как поток на 92% состотт из излучения в линиях FeVIII-FeXII, генерируемых при температуре (1.1+ 1.3)-106 К. В области 5-25А эмиссия формируется при температурах (2+ 7)-106 К. С использованием распределения интенсивности в изображениях 175А были получены "очищенные" НеІІ-изображения.
Таким образом, полученные спектрогелиограммы показали структур} солнечной плазмы на трех уровнях солнечной атмосферы: нижней части переходного слоя (Hell - 304А), границе переходного слоя - короны (Fe - 175А) и корональных конденсаций ( 25А). Впервые были зарегистрированы компактные корональные "квазидыры" в районе солнечного экватора и была выявлена тонкая структура корональных дыр на уровне температурных слоев -105К (304А) и 106К (175А)..Был зарегистрирован сгусток (выброс) плазмы размером 03RC в линии 304А на расстоянии двух солнечных радиусов над диском. Также было измерено отношение потоков от полного Солнца для двух наиболее интенсивных линий: SiXI (303.91 А) и Hell (303.57А). Это отношение составило 1:3, что существенно для интерпретации эффектов резонансного рассеяния в верхней атмосфере Солнца и Земли. Анализ вариаций отношения интенсивностей в изображениях 304А и 175А позволил предположить, что эти вариации связаны с изменением относительных обилий Hell/SiXI и Hell/FeX за счет эффекта снижения относительной концентрации в короне элементов с высоким первым потенциалом ионизации. Наши следующие исследования верхней атмосферы Солнца методом X-и XUV-нзображаіоіцей спектроскопии в диапазоне 8.4-304А были выполнены на солнечной станции "КОРОНАС-И" с помощью телескопа ТЕРЕК-К и спектрогелиометра РЕС-К в период спада солнечной активности. С 12 марта по 5 июня 1994 г. было зарегистрировано более 2000 изображений Солнца, на которых было прослежено развитие солнечных структур в диапазонах 304 ± 10А, 175 ±5А и 132 ± ЗА на протяжении трех солнечных