Картографирование диска Солнца по наблюдениям на радиотелескопах ИПА РАН в обсерватории «Светлое» (методы и результаты)

Одними из важных этапов астрономических исследований являются выделение отдельных источников из наблюдательных данных и измерение их характеристик: положения, формы, распределения радиояркости и их изменений во времени. Основным исходным материалом для таких исследований являются карты той области, где расположен изучаемый источник.

Главные источники дефектов радиокарт — неоднородное по положению и переменное во времени поглощение радиосигнала в атмосфере Земли и погрешности движения радиотелескопа. Дополнительные ошибки при выделении исследуемого объекта возникают также вследствие искажений его изображения, вызванных сложной формой диаграммы направленности инструмента и влиянием соседних радиоисточников.

Изображение Солнца обычно имеет сложную структуру и содержит кроме «спокойного» Солнца большое число отдельных деталей разных размеров и интенсивности, находящихся как на самом диске Солнца, так и за его лимбом. Особые проблемы вызывает прилимбовая зона, где из-за геометрических эффектов угловое расстояние между источниками радиоизлучения сильно уменьшается и существует большой градиент яркости в районе лимба. Поэтому картографирование Солнца требует разработки и использования различных методик наблюдения для разных зон.

Для картографирования центральной зоны солнечного диска достаточно используемого в астрономии растрового сканирования. Для наблюдения прилимбовой зоны более эффективно использование метода кругового сканирования, разработанного в 80-е годы прошло века [1]. За счет больших различий в характерном размере прилимбовых источников и масштабе фоновой компоненты данный метод позволяет их разделить и успешно измерить характеристики прилимбовых источников, даже в условиях сильного изменения атмосферного поглощения и значительных неточностей в движении телескопа. Наблюдения в длинноволновой части миллиметрового диапазона показали возможность измерения характеристик источников радиоизлучения, нормированных к уровню спокойного Солнца, с точностью ~1 % в интенсивности и 0.01 % в круговой поляризации [2].

Пробные наблюдения с использованием этого метода проводятся на радиотелескопе РТ-32 на волне 3.5 см в обсерватории «Светлое» с апреля 2024 г. [3]. Показано, что при ширине диаграммы направленности РТ-32 в 4 угл. мин отдельные детали активных областей на диске Солнца легко идентифицируются во всей лимбовой зоне, включая слабые источники достаточно крупного размера над его лимбом.

Поскольку в используемом на телескопе варианте программного обеспечения Mark IV «Field System» изначально не были предусмотрены расширенные способы сканирования, для наблюдений был выбран дискретный вариант кругового сканирования — квазикруговое сканирование, когда телескоп последовательно отслеживает ряд точек, расположенных по кругу относительно центра диска Солнца. Математически это соответствует замене непрерывной функции набором небольшого числа точек. Данный метод может быть так же легко реализован при любой другой системе управления. Основные недостатки квазикругового сканирования — потеря времени на перемещение телескопа с точки на точку и дополнительные нагрузки на двигатели при большом числе смен быстрой перестановки телескопа и последующего его замедления. В настоящее время на данном программном обеспечении разрабатывается и тестируется метод обычного кругового сканирования, лишенного этих недостатков.

Литература

1) Топчило Н. А. Автоматизированные наблюдения Солнца. II. Методы наблюдений // Вестник ЛГУ. 1983. № 1. С. 99-110.

2) Топчило Н. А., Нагнибеда В. Г., Петерова Н. Г. Опыт исследований прилимбовой зоны Солнца по наблюдениям на крупных полнопово-ротных радиотелескопах // Труды ИПА РАН. 2023. Вып. 65. С. 42–53.

3) Топчило Н. А., Рахимов И. А., Андреева Т. C., Петерова Н. Г. Результаты тестовых наблюдений прилимбовой зоны Солнца на волне 3.5 см на РТ-32 ИПА РАН // Труды XXVII Всероссийской ежегодной конференций по физике Солнца “Солнечная и солнечно-земная физика – 2024”. ГАО РАН, Санкт-Петербург, 2024. 2024. С. 315-318.