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日冕和日冕仪

2015-6-1 02:02| 发布者: admin| 查看: 4340| 评论: 2|原作者: PBS

日冕发光的能力比太阳色球发光的能力差一百万倍,以前要看到日冕,一般得等到日全食,即月亮把太阳光盘给挡住了,把太阳光球光线的干扰排除了,太阳周边的一些现象如日冕,日珥才能清楚地观察到了。


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上面是2006年日全食发生时拍摄的太阳图,可以看到日冕。


这样看来要通过自然界来看到日冕,就得等到日全食的时候,要是那天正好是下雨天,不就多年的准备都黄了吗?天文学靠天吃饭的特点在这里暴露无遗。


法国默东天文台的李奥(BernardLyot)不信这个邪,他突发灵想:一般的时候,因为太阳本身太亮了,我们很难观测到相对较暗(与太阳相比约是一百万分之一亮度)的日冕部分;但在日全蚀,月亮挡住了太阳圆盘大部份的面积,使得周围黯淡的日冕及色球层可以显现出来,就可以进行观测。那这样的话,何不做一个人工“月亮”,挡在望远镜和太阳中间,把太阳光遮掉,不就可以观测到日冕了?这就是最初的日冕仪构想,使用档板遮掉太阳光球光,就可以观测到太阳周围的日冕等区域。


李奥在1930年发明的日冕仪原理如下:一个挡光圆盘,不大不小,正好把第一个物镜后的太阳光球影像给“切掉”,只让太阳周边的影像通过。

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Voilà,人造月亮造好了。


实际上,要做一个好的日冕仪是非常困难的:天空会呈现蓝色的原因,是因为太阳光中蓝色的波段发生严重的瑞利散射(RayleighScattering),使得天空整片都变亮;相似的,如果我们挡掉中间的太阳光,射到别处的太阳光仍然会散射到望远镜里面,这样子就算把太阳盘面挡住了,望远镜还是一样亮,跟本无法观测日冕。


怎么办呢?只好拿到大气散射程度比较小地方,像是高山,甚或外太空(例如SOHO卫星),如此一来日冕仪的效果就非常好。在制造工艺上望远镜的内筒壁必须做到无反射,最大限度消除散射。


那么还有没有把这个散射解决地更彻底些呢?有个美国人纽科克(Newkirk)看到李奥日冕仪的第一个物镜让整个太阳光球的光线都进来了,可能这也是个主要散射源,要是在第一个物镜前就安装一个挡光盘,会不会效果更好呢?


基于这个想法,另一种日冕仪给设计出来了,下面是原理图:

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这种日冕仪进一步减少了散射光干扰,所以从此以后地面使用的日冕仪就很少再使用李奥型了。


第一个发明不一定是最好的发明的原则在日冕仪上再次显示出来了。


可以看见,在第一个物镜前面再安装了一个挡光圆盘是这种日冕仪的特点,由于要安装这个圆盘,就要用一个支架,结果在目镜观察上留下了一条黑线,在SOHO卫星上的C3日冕仪上,这条黑线正好在7-8点钟位置。


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那么卫星在外空间,空气极其稀薄,散射不是大问题,为什么不用李奥型日冕仪而用纽柯克型日冕仪呢?


其实两种日冕仪在卫星上目前是同时使用的,比如SOHO卫星采用了3台日冕仪,C1, C2和C3。


C1是李奥型, C2和C3是纽柯克型,后2者是用于短波长光谱观察,可能散射情况仍然严重,所以要再加一个遮阳篷。


C1是德国人造的,C2和C3是法国人美国人共同设计,法国人造C2,美国人造C3,哥俩好,一人造一台,经验利益均沾。但2台的结构还有不同之处。所有3台望远镜的筒壁都是英国人包干了。别看一个直筒子,要干在里面不许有散射这样的活计,老大帝国还是有几把刷子的。


我手头上没有SOHO日冕仪的图解,就把美国的其它卫星上的2种型号的日冕仪拿来充数(所有的美国太阳卫星都带两种型号的日冕仪):


李奥型:

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纽柯克型:

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你看到李奥型日冕仪的第一个物镜就在望远镜的端口上而纽柯克型日冕仪的第一个物镜已经在望远镜总长一半的地方,而第一个挡光盘就在端口上,那个造成7-8点钟位置阴影的支架可以看得到。


中国的夸父计划无法实施的原因之一可能同没有趁手的观察仪器有关,也许日冕仪就是一个瓶颈。



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引用 PBS 2015-6-3 01:33
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谢谢。
引用 网站编辑 2015-6-2 04:28

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