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红外摄像机拍摄日冕的新“面貌”

发布:HPLSElaser    |    2017-09-14 23:07    阅读:111
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在今年8月21日的日食期间,湾流飞机上搭载的“AIR-Spec”成像器将增加科学家对太阳风现象的认识。


日冕只在日全食期间可见,表现为图中于2017年8月21日在太阳表面出现的白色“皇冠”。该照片拍摄于飞行在俄勒冈海岸25000英尺以上的美国航空航天局湾流飞机(NASA Gulfstream III)上。在另一架飞行于肯塔基州50000英尺以上的湾流飞机上,由美国国家科学基金会(NSF)资助的团队首次拍摄到日冕的红外辐射。在这张照片中,日光照射在月球表面的陨石坑和山谷中时出现的红斑,又被称为贝利珠。照片来源:美国航空航天局/Carla Thomas

湾流飞机上搭载了专为观测日冕而设计的红外摄像机,能够获得日食期间的数据。

该相机的焦平面由锑化铟(InSb)形成,用于获得日冕的红外谱线,由位于圣芭芭拉市海高(Heico)公司的子公司IRCameras设计,

该相机是由史密森天体物理观测站(SAO)和美国国家大气研究中心(NCAR)高空观测站(HAO)的科学家们和工程师们合作制造的机载红外光谱仪(AIR-Spec)中的关键部分。

飞行于水蒸气之上

AIR-Spec以接近50000英尺的高度飞越肯塔基州,以避免由大气中的水蒸气引起的吸收干扰。AIR-Spec还搭载了图像稳定系统,用于抵消450节航速飞行的影响。飞机“追逐”日食,将日全食期间在飞机上的时间延长至四分钟,以提供更长的时间来获取数据。

据IRCameras报道称:“这是AIR-Spec第一次测量日冕的红外光谱,从而加深了我们对各种天文现象的理解,包括太阳风和等离子体加热和加速现象。”

研究人员们希望AIR-Spec捕获的图像和数据能够揭示许多日冕的奥秘,例如为什么日冕似乎比太阳本身更热,巨型等离子体喷发的本质,以及与磁效应之间的关系。

形成焦平面阵列的锑化铟传感器能够检测波长在1~5.3µm范围内的光子,包括日冕发射谱线,从而更好地了解太阳的运行情况。

该团队在一篇发表于美国国家科学基金会(NSF)网站上的项目摘要中如此解释道:“虽然高分辨率、高灵敏度的日冕成像光谱仪从未在1.4~4µm之间运行,但是该光谱区域对于日冕等离子体的诊断、冕洞光谱学以及探测日冕磁场的研究具有巨大的潜力。”

“2017年的日食为这些谱线的研究提供了一个独特的机会,而AIR-Spec的观测能够为以后的地面红外观测提供指导。”


图为用于观测8月21日日食的机载高空观测台中的红外摄像机,由IRCameras生产。照片来源:海高公司/商业资讯。

陀螺仪的稳定性

在去年于英国爱丁堡举行的国际光学工程学会(SPIE)天文望远镜和仪器仪表会议上,该团队进行了研究进展报告,并表明AIR-Spec在以下两个方面取得了重大突破:“AIR-Spec能够对从未被测量过的日冕红外谱线进行高分辨率成像,并将成像发送至一架用于环境研究的湾流飞机(GV HIAPER)。”

除了图像稳定系统,搭载AIR-Spec的飞机的设计还充分利用了蓝宝石窗口,并使用卡塞格伦望远镜与相机折叠镜组合、带通滤光片以及能够将红外光折射到1280×1024像素的锑化铟传感器中的光栅。

图像稳定系统基于一种快速控制反射镜,根据从三轴光纤陀螺仪中接收到的反馈来切换位置,将日冕的光线反射到望远镜上并进入狭缝相机。

曾经研究的成功与否还有待观察,但是完成发展计划意味着美国国家大气研究中心现在已经有了一个稳定的仪器,经过认证,可供其他队伍使用并进行未来的研究任务,例如2019年日食将穿过南太平洋。

最初的回应似乎是积极的。海高公司的首席执行官(CEO)Laurans Mendelson和该公司的“联合总裁”Victor Mendelson共同表示:“海高祝贺AIR-Spec团队取得成功以及他们的前沿研究。我们也同样祝贺IRCameras团队在整个项目中扮演的重要角色。”

来源: http://optics.org/news/8/8/36

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