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太阳紫外望远镜

/solar ultraviolet telescope/
条目作者黎辉

黎辉

最后更新 2023-06-13
浏览 137
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工作波长在紫外波段的太阳望远镜,有时也叫紫外太阳望远镜。

英文名称
solar ultraviolet telescope
所属学科
天文学

根据观测模式,大致可以分为成像型、光谱型和光度计型,分别在紫外波段对太阳进行成像观测、光谱观测和辐射流量观测。太阳紫外辐射主要来自色球、过渡区和日冕层,因此,太阳大气的这些层次也是太阳紫外望远镜的主要观测目标。太阳的紫外辐射的大部分被位于距地球表面20-40千米的臭氧层吸收,特别是波长小于300纳米的中紫外光(200~300纳米)、远紫外光(122~200纳米)和极紫外光(10~121纳米)(见太阳紫外辐射)。因此,在这些波段的太阳观测必须借助探空火箭或卫星在高空进行。普通光学玻璃对紫外光具有很强的吸收,石英、氟化锂等紫外光学材料对极紫外光也具有强吸收。即使用这些材料磨制透镜,也很难透过波长100纳米以下的紫外光。这正是在太阳紫外望远镜中多采用反射系统的原因。最常用的反射膜为铝膜,但由于铝膜容易氧化进而降低其反射率,通常在铝膜上再加镀一层氟化镁保护膜。由铝和氟化镁组成的双层膜的反射率在中紫外和远紫外波段通常在80%左右,而在100纳米以下反射率下降到15%左右,甚至更低。通常认为120纳米是使用铝作为反射表面的极限波长。由于各种材料波长在30纳米以下的紫外光的反射率都很低,因此,以前在这些波长的仪器一般采用掠入射光学系统(见掠射X射线望远镜)。随着现代多层膜技术的发展,从20世纪90年代开始,太阳紫外望远镜也广泛采用正入射光学系统。

根据所采用的光学系统,可以将太阳紫外望远镜分成两类:

①正入射太阳紫外望远镜。

正入射太阳紫外望远镜的早期代表是1967年发射的轨道太阳观测台(OSO)4号上的太阳分光光度计。通过地面的遥控指令,它能够在30~140纳米范围内某一波长处取得所期望的太阳单色像,空间分辨率为1角分。在1973年发射的美国第一个空间站天空实验室(SkyLab)上配置了类似的载荷,仪器的口径和性能得到大幅度提升。1995年发射的太阳和日球层天文台(SOHO)卫星上的极紫外成像望远镜(Extreme ultraviolet Imaging Telescope; EIT)是第一个采用正入射多层镀膜光学在极紫外波段对太阳进行长期成像观测的仪器。工作波长为17.1纳米、19.5纳米、28.4纳米和30.4纳米。太阳物理学家通过EIT观测发现了EIT波的存在,其物理本质尚待明确。多层膜技术在EIT上获得成功之后,1998年发射的过渡区与日冕探测器(TRACE)卫星、2006年发射的日地关系观测台(STEREO)卫星上的极紫外成像仪(EUVI)以及2010年发射的太阳动力学天文台(SDO)上的大气成像组合(Atmospheric Imaging Assembly; AIA)采用了多层膜技术。光谱型太阳紫外望远镜的最新代表是2013年发射的界面层成像光谱仪(Interface Region Imaging Spectrograph; IRIS)。其任务是获取色球和过渡区的高空间和光谱分辨率的两维光谱和高时空分辨率的单色图像,进而开展色球和过渡区的相关研究工作。关于这些卫星和仪器的详细信息,可参阅后面给出的外部链接。

②掠入射太阳紫外望远镜。

在20世纪90年代之前的太阳紫外望远镜较多地采用掠射光学结构。其早年的代表是在天空实验室内的太阳紫外及X射线摄影实验用的望远镜。该望远镜的视场为60角分。焦距为1米、集光面积为12平方厘米的离轴抛物面镜收集太阳紫外辐射并聚焦成像。用三块厚度为100纳米的薄铝作为滤光片实现17.1~63纳米的工作波段选择。所得太阳像的空间分辨率为40角秒。通过天空实验室设备对太阳的成像观测,证实了太阳上冕洞的存在。

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