Ondřejovský magnetograf II. generace

V roce 1990 byl uveden do provozu nový magnetograf pro měření magnetických, rychlostních a jasových polí sluneční fotosféry. Pracuje v součinnosti s horizontálním dalekohledem a spektrografem HSFA 1 [1], umístěným v areálu observatoře.
Magnetograf je koncipován jako stokesmetr, pro fotoelektrické měření úplné polarizace světla v libovolném bodě spektrální čáry.
Zařízení může pracovat v těchto základních režimech:
I. magnetograf - měření podélné složky magnetického pole, dopplerovských rychlostí a jasů ve spektrální čáře a kontinuu.
II. Vektormagnetograf - měření celého vektrou magnetického pole a dopplerovských rychlostí.
III. Stokesmeter - měření Stokesových parametrů V, U, Q a I polarizace světla podél profilu spektrální čáry.
Vzhledem k současným potřebám našeho oddělení je přístroj využíván jako magnetograf v režimu měření aktivní oblasti, případně v režimu měření oscilací.

Princip činnosti:

Horizontální dalekohled s objektivem o průměru 500 mm a ohniskovou vzdáleností 35 m vytváří v rovině vstupní štěrbiny spektrografu (obr. 1) obraz Slunce o průměru 32 cm. Automatický skanovací a pointační systém dalekohledu umožňuje měřit libovolnou pravoúhlou oblast slunečního povrchu metodou postupného skanování po řadách s přesností pointačního systému (podle kvality obrazu 1 - 3 obl. sec).

Světlo, procházející vstupní štěrbinou spektrografu je v elektrooptickém modulátoru jasově modulováno v závislosti na jeho vstupní polarizaci. Kódově-impulsní jasová modulace spektrální čáry, rozštěpené Zeemanovým efektem, je v bloku výstupních štěrbin s fotonásobiči (obr. 2) převedena na elektrické signály. Tyto jsou elektronikou bloku stokesmetru dešifrovány s převodem na analogové napětí Stokesových parametrů V, U, Q a I. Všechny analogové signály jsou digitalizovány A/D převodníkem a po předběžném zpracování v počítači ukládány jako měřená data na disketu. Pro oddělení vlivu dopplerovského posuvu spektrální čáry na Stokesovy parametry je posuv čáry kompenzován planparalelní skleněnou destičkou, umístěnou před blokem výstupních štěrbin s fotonásobiči. Kompenzátor s planparalelní destičkou je řízen singály fotonásobičů v klídlech spektrální čáry. Úhel natočení této destičky, který je rovněž digitalizován, slouží pro výpočet dopplerovských rychlostí.

1. Spektrální čára

Pro tato měření používáme spektrální čáru 525,347 nm, která je výhodná tím, že se štěpí do jednoduchého tripletu a má faktor rozštěpu 1,5. To znamená, že je méně citlivá na magnetické pole než např. čára 525,0 nm (faktor rozštěpu 3), ovšem na druhé straně zde nedochází k inverzi hodnot pro velká magnetická pole. Pracujeme v pátém řádu s disperzí 56 mm/nm. Šířky výstupních štěrbin pro fotonásobiče jsou uvedeny u obr. 2. Pro tuto čáru jsou k dispozici vztahy mezi Stokesovými parametry a vektorem magnetického pole [2], které používáme při jeho výpočtu.

2. Velikost vstupní štěrbiny

Vzhledem ke kalibračním křivkám je šířka vstupní štěrbiny konstantní - 3 obl. sec. Výšku štěrbiny používáme buď 3" nebo 6", podle množství světla, režimu skenování a kvality obrazu.

3. Skanovací režim

Z rozlišovací schopnosti dalekohledu (0,3"), reálné velikosti vstupní štěrbiny (3×3 obl. sec) a kvality obrazu (rozlišení 1 - 3 obl. sec) byly odvozeny tři základní skanovací režimy, které se pro jednoduchou manipulaci a snadné porovnání výsledků převážně používají. Jsou to jmený,normální a rychlý režim (viz tab. 1).

Režim	Šířka pixlu	Výška pixlu	Dělič D	Posuv řádku	Skan. rychlost	Doba měření
jemný	1,6"	2,4"	16	24	60"/sec	2T
normální	3,2"	4,8"	32	48	60"/sec	T
rychlý	6,4"	9,6"	64	96	60"/sec	T/2
speciální	volitelné

Skanovací rychlost je ve všech případech 60"/sec a je limitována možnostmi coelostatu. Protože se skanovací režimy mezi sebou liší dvojnásobným počtem řádků, je rychlý řežim dvakrát rychlejší a jemný režim dvakrát pomalejší než normální. To je také jeden z faktorů, ovlivňující výběr režimu. Dalšími hledisky jsou velikost oblasti, kvalita obrazu a požadované rozlišení. Kromě těchto základních režimů existuje speciální režim, v němž se šířka pixlu, výška pixlu, skanovací rychlost, hustota integrace a synchronizace vzorkování mohou nastavit na požadované hodnoty, což činí přístroj zcela univerzálním.

4. Digitalizace analogových signálů

Pro digitalizaci je použit přepínač osmi analogových kanálů v napěťovém rozsahu 0 - 10 V s osmibitovým A/D převodníkem. Synchronizace převodu je odvozena od geometrického posuvu měření oblasti po vstupní štěrbnině spektrografu a vzorkování každého z osmi analogových kanálů se provádí pro 0,1" posuvu obrazu Slunce. To prakticky znamená, že existuje pevná vzorkovací síť, v níž se během roku průměr Slunce mění zhruba o 3%. Integrační faktor D udává, kolik těchto osmibitových vzorků se integruje v jednom údaji měřených dat.

5. Měřené fyzikální veličiny

kanál 1 : stokesův parametr V v červeném křídle čáry
kanál 2 : stokesův parametr V v modrém křídle čáry
kanál 3 : stokesův parametr I v modrém křídle čáry
kanál 4 : stokesův parametr I v červeném křídle čáry
kanál 5 : intenzita záření v kontinuu
kanál 6 : intenzita záření ve středu slunečního disku
kanál 7 : intenzita záření ve středu spektrální čáry
kanál 8 : dopplerovský posuv (úhel pootočení planparalelní destičky s kompenzátorem)

Data kanálů 1 - 6 se používají pro vyhodnocení podélné složky magnetického pole, kanály 3, 4, 5 a 8 jsou potřebné pro výpočet dopplerovských rychlostí a kanály 3 - 7 poskytují informaci o rozložení jasů.

6. Uložení dat na disketě

Data každého z osmi měřených kanálů jsou dvoubyteově uložena do samostatného souboru proměnné délky. Max. délka souboru je 45 kB. Kromě toho jsou na disketu zapsány dva další soubory konstantní délky, z nichž jeden obsahuje protokol o měření a má délku 3990, druhý obsahuje důležité konstanty a má délku 1000. Jméno souboru obsahuje datum, číslo kanálu a číslo měření, uspořádané následovně:

MMDDRRAK.N
MM - měsíce 01 - 12
DD - den 01 - 31
RR - rok 00 - 99
A - atribut, označující typ souboru. Pro původní nezpracovaná data magnetografu A = M
K - číslo kanálu 1 - 8 podle výše uvedeného seznamu
P - soubor, obsahující protokol o měření
K - soubor důležitých konstant daného měření
N - číslo měření 1 - 999

Tento způsob označení dovoluje přehlednou orientaci v datech a rychlý přístup v případě jejich zpracování.

7. Výsledné parametry magnetografu

Z magnetografický měření vyhodnocujeme v současné době tyto fyzikální veličiny:

podélná složka magnetického pole v mT
dopplerovská rychlost v m/s
ztmavnují fotosféry v promile vztaženo k normovanému jasu okolní fotosféry

Na základě rozboru 357 zpracovaných měření odhadujeme reálné vlastnosti magnetografu následovně:

a)	Rozlišovací schopnost časová při měření aktivních oblastí je dána zvoleným pracovním režimem a velikostí oblasti. Při použití standardních režimů a max. rychlosti měření bude doba měření T oblasti o rozměrech 300"×200" tato: jemný režim T = 15'12" normální režim T=7'40" rychlý režim T=3'54"
b)	Rozlišovací schopnost prostorová je dána kvalitou pozorovacích podmínek, vybraným režimem měření a velikostí vstupní štěrbiny spektrografu. Praktické výsledky ukazují, že můžeme rozlišit reálné detaily o rozměrech 5 - 10 obl. sec.
c)	Rozlišovací schopnost funkční je dána osmibitovým A/D převodníkem a integračním faktorem daného režimu měření, který původní rozlišovací schopnost převodníku zvyšuje. podélná složka mag. pole 10 - 20 Gauss dopplerovská rychlost 20 m/s ztmavnutí fotosféry 1%
d)	Citlivost přístroje ve standardních režimech odpovídá funkční rozlišovací schopnosti v bodu c) a použitím speciálního režimu měření je ji možno dále zvyšovat.
e)	Průběh pozorování a důležité činnosti operátora jsou řízeny a kontrolovýny počítačem. Obsluha je snadná a může ji provádět i pracovních bez technických znalostí, postačuje pouze seznámení s přístrojem. Na konci měření je na tiskárně vypsán protokol, obsahující všechny důležité údaje o měření.

Zpracování dat je prováděno na počítači PC. K tomu účelu bylo vybudováno zvláštní programové vybavení, dovolující jak přepočet signálů na jednotky fyzikálních veličin, tak i další činnosti, potřebné pro jejich další fyzikální interpretaci.

LITERATURA

Ambrož, P.; Bumba, V.; Klvaňa, M; Macák, P.: 1980, Phys. Sollariterr., Potsdam, No. 14, 107-111
Bachman, G.; Jäger, F. W.; Künzel, H.; Pflug, K.; Staude, J.: 1975, HHI-STP-Report No. 4, Berlin
Klvaňa, M.; Bumba, V.: 1993, Ondřejovský magnetograf druhé generace, Zborník referátov z 11. celoštátného slnečného seminára, B. Lukáč (ed), SÚH Hurbanovo, 12-14