Struktura a dynamika sluneční atmosféry

Webové stránky astronomické pracovní skupiny

Rekonstrukce spektroheliografu v Coimbře

Pozorováni spektroheliogramů na Astronomické observatoři university v Coimbře (Portugalsko) má dlouholetou tradici. Na základě úzké spolupráce s observatoří v Meudonu byl zde v roce 1926 uveden do provozu klasický spektroheliograf, umožňující registrovat na fotografickou emulzi kvalitní spektroheliogramy celého slunečního disku ve spektrálních čarách H-alfa, CaII-K3 a CaII-K1. Tento přístroj provádí systematická pozorování bez přerušení od doby svého vzniku.

Optický systém spektroheliografu. Čočkový objektiv horizontálního dalekohledu má ohniskovou vzdálenost F = 4060 mm a průměr 250 mm. Dalekohled je napájen dvěma zrcadly coelostatu o průměru 320 mm. Maximální průměr slunečního disku na vstupní štěrbině spektrografu je 38,5 mm. Spektrograf je sestaven z čočkového kolimátoru s ohniskem 1300 mm a průměrem 150 mm, čočkového kamerového objektivu s ohniskem 3000 mm a průměrem 132 mm a reflexní difrakční mřížky se 300 vrypy na mm. Na obrázku je optický systém dalekohledu a spektrografu s nově nainstalovaným CCD systémem.

Vlastnosti spektroheliografu. Spektroheliograf je proveden velmi precizně. Jsou zde kompenzovány všechny faktory, související se zobrazením celého slunečního disku. Beze změny polohy spektrální mřížky můžeme exponovat spektroheliogramy v čáře H-alfa nebo po záměně rámcovacího filtru ve vlnových délkách CaII K3 a CaII K1. Pohyb slunečního disku po vstupní štěrbině spektrografu zajišťuje pohyblivý objektiv dalekohledu (na obrázku).

Na obrázku je pohyblivá výstupní štěrbina spektroheliografu (vlevo), používaná pro klasická fotografická měření. Vpravo nahoře, nad mechanismem ovládajícím pohyb štěrbiny, je v pozadí vidět nová CCD kamera.

V současné době vznikla potřeba nahradit fotografickou emulzi CCD prvkem. Hlavním důvodem je přímá digitalizace měření, umožňující dokonalejší zpracování získaných údajů. Původní optický systém spektroheliografu byl doplněn novou optickou cestou s předřadnými filtry, optickým systémem s nastavitelnou ohniskovou vzdáleností v rozmezí 200-240 mm a CCD kamerou CCD-1300LN firmy VDS Vosskühler GmbH (na obrázku). Toto řešení zachovává beze změny funkce původního spektroheliografu a umožnilo přestavbu přístroje bez přerušení jeho provozu.

Aplikace CCD čipů v astronomických přístrojích, konstruovaných původně pro záznam měření na fotografickou emulzi, přináší s sebou jisté problémy. Problémy se stupňují, pokud zobrazujeme a digitalizujeme celý sluneční disk. Silné zakřivení spektrálních čar vedlo při konstrukci původního spektroheliografu k nutnosti použití zakřivené vstupní i výstupní štěrbiny spektrografu. Na obrázku je ukázka zakřivení spektrálních čar v oblasti kalciových čar CaII-K a CaII-H.

Záznam spektroheliogramu probíhá ve dvou krocích. Nejdříve, během pohybu slunečního disku po vstupní štěrbině spektrografu, probíhá v reálném čase digitalizace spekter (software CAMAC). Jednotlivá spektra se liší polohou vstupní štěrbiny na slunečním disku. Ve druhém kroku tato spektra zpracováváme do výsledné formy spektroheliogramů. Při zpracování provádíme korekce spekter na flat field, dark current, zakřivení spektrální čáry a zakřivení vstupní štěrbiny. Z korigovaných spekter vybíráme vertikální sloupec zvolené vlnové délky a postupným sesazováním sloupců vytváříme spektroheliogram (software ADRIAN30). Vidíme, že postup konstrukce spektroheliogramu je stejný jako v případě klasického spektroheliografu s fotografickou emulzí. Rozdíl spočívá v možnosti volby libovolné vlnové délky, spadající do rozsahu digitalizovaného spektra. Této vlastnosti je možno využít pro měření dopplerovských rychlostí, což původní spektroheliograf neumožňoval (software ADRIDL04). Z důvodu optimální vizualizace výsledků jsou použity různé převodní křivky.

Získané výsledky jsou pro vizualizaci ukládány ve formátu JPG a pro další zpracování archivovány ve formátu FITS. Na obrázku je sluneční disk pozorovaný 17. 6. 2008 v centru čáry H-alfa.

Reference:
Klvaňa, M., García, A., Bumba, V., 2007, The modernized spectroheliograph at Coimbra, in The Physics of Chromospheric Plasmas (P. Heinzel, I. Dorotovič, and R. Rutten, eds.), ASP Conference Series, Vol. 368, 549-558.