Äîêóìåíò âçÿò èç êýøà ïîèñêîâîé ìàøèíû. Àäðåñ îðèãèíàëüíîãî äîêóìåíòà : http://www.uafo.ru/publ/iszf/2013ISZFconf___266M.doc Äàòà èçìåíåíèÿ: Fri Jan 22 14:19:50 2016 Äàòà èíäåêñèðîâàíèÿ: Sat Apr 9 23:19:01 2016 Êîäèðîâêà: koi8-r Ïîèñêîâûå ñëîâà: ôëóîðåñöåíöèÿ

ÓÄÊ 523.982-355


Îá èíôîðìàòèâíîé öåííîñòè ëèíèé öèðêîíèÿ ZrI ? 6127, 6143, 6134 å äëÿ
èçìåðåíèé íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ â ñîëíå÷íûõ ïÿòíàõ

Ñ.Ã. Ìîæàðîâñêèé

on the informative importance of zirconium lines ZrI ? 6127, 6143, 6134 å


for magnetic field measurements in sunspots


S.G. Mozharovsky

Ïîêàçàíî, ÷òî ôîòîýëåêòðè÷åñêàÿ ðåãèñòðàöèÿ ïðîôèëåé èíòåíñèâíîñòè ëèíèé
öèðêîíèÿ ZrI ? 6127, 6143, 6134 å ìîæåò áûòü èñïîëüçîâàíà äëÿ ñîçäàíèÿ
ïðèáîðà, ïîçâîëÿþùåãî îïåðàòèâíî ïîëó÷àòü êàðòû íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî
ïîëÿ â òåíè ñîëíå÷íûõ ïÿòåí. Áëàãîäàðÿ îñîáåííîñòÿì òåìïåðàòóðíîé
÷óâñòâèòåëüíîñòè ëèíèé, èçìåðåíèÿ äîëæíû áûòü îòíîñèòåëüíî ñâîáîäíû îò
èçìåíåíèé êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ è òåìïåðàòóðû òåíè. Ýòî äåëàåò ïðåäëàãàåìóþ
â ðàáîòå ñõåìó èçìåðåíèé ïåðñïåêòèâíîé äëÿ íàáëþäåíèé êîëåáàíèé
íàïðÿæåííîñòåé ïîëÿ â òåíè.

The photoelectric registration of intensity profiles of ZrI ? 6127, 6143,
6134 å lines can be used for developing the instrument which allows us to
map the magnetic field in sunspot umbra. Due to peculiarities of line
temperature sensitivity, measurements should be rather free from changes in
an image quality and umbra temperature. This makes the suggested
measurement method promising for observation of magnetic field oscillations
in umbra.


Ââåäåíèå

Íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíûõ ïîëåé â ïÿòíàõ äî íàñòîÿùåãî âðåìåíè îñòàþòñÿ
ïðåäìåòîì ïðèñòàëüíîãî èçó÷åíèÿ [Borrero, Ichimoto, 2011], ïîýòîìó
ïðèìåíåíèå èíûõ îòíîñèòåëüíî ñóùåñòâóþùåé ïðàêòèêè êîìáèíàöèé ëèíèé è
ïðèíöèïîâ èçìåðåíèé ìîæåò áûòü àêòóàëüíûì. Âèçóàëüíûå èçìåðåíèÿ ïîëÿ ïî
ðàñùåïëåíèþ çååìàíîâñêèõ êîìïîíåíò â ðàçíûõ îáñåðâàòîðèÿõ [Ëîçèöêàÿ è äð.,
2007] äàþò äîñòàòî÷íî ìàëûé ðàçáðîñ çíà÷åíèé - îò 100 äî 300 Ãñ. È äëÿ
èçìåðåíèé â ïÿòíàõ íåò òîé ïðîáëåìû çàâèñèìîñòè ðåçóëüòàòîâ îò ìåòîäîâ
îáðàáîòêè, êîòîðàÿ âîçíèêàåò ïðè ñðàâíåíèè ñïåêòðîïîëÿðèìåòðè÷åñêèõ
íàáëþäåíèé ìàãíèòíîãî ïîëÿ ñ õîðîøèì ïðîñòðàíñòâåííûì ðàçðåøåíèåì ñ
ðåçóëüòàòàìè ìàãíèòîãðàôè÷åñêèõ íàáëþäåíèé [Demidov, Balthasar, 2009].
Îäíàêî äëÿ ïÿòåí àêòóàëüíî íàáëþäåíèå êîëåáàíèé íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî
ïîëÿ [Smirnova et al., 2013]. Ïðè ýòîì æåëàòåëüíî, ÷òîáû ìåòîäû èçìåðåíèé
áûëè îòíîñèòåëüíî ñâîáîäíû îò âëèÿíèÿ èçìåíåíèé êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ è
êîëåáàíèé ëó÷åâûõ ñêîðîñòåé.  äàííîé ðàáîòå ïðåäëàãàåòñÿ èçìåðÿòü
àáñîëþòíîå çíà÷åíèå (íå âåêòîð) íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ â ïÿòíàõ
ìåòîäîì ñðàâíåíèÿ øèðèí ëèíèé öèðêîíèÿ ìóëüòèïëåòà ? 2 ZrI ? 6127, 6143 è
6134 å. Ýòè ëèíèè èìåþò áëèçêèå çíà÷åíèÿ ïîòåíöèàëîâ âîçáóæäåíèÿ, ñèë
îñöèëëÿòîðîâ è îòëè÷àþòñÿ òîëüêî ôàêòîðàìè Ëàíäå.  ðàáîòå ïîêàçàíî, ÷òî â
ôîòîñôåðå òåíè âàðèàöèè òåìïåðàòóðû, ïîëÿ ñêîðîñòåé (ïðè ñêîðîñòÿõ ˜1.5
êì/ñ), óãëîâ íàêëîíà ìàãíèòíîãî ïîëÿ ê ëó÷ó çðåíèÿ ïðàêòè÷åñêè íå ìåíÿþò
ñîîòíîøåíèå àáñîëþòíûõ øèðèí ïðîôèëåé èíòåíñèâíîñòè RI ýòèõ ëèíèé, õîòÿ ïðè
ýòîì ñàìè ïðîôèëè ìîãóò ñóùåñòâåííî ìåíÿòüñÿ. Ñâÿçü ìåæäó ðàçíîñòüþ øèðèí è
íàïðÿæåííîñòüþ ïîëÿ ïðèáëèæàåòñÿ ê ëèíåéíîé, ïîýòîìó äëÿ èçìåðåíèÿ ïîëÿ íå
òðåáóåòñÿ ñëîæíûõ íåëèíåéíûõ êàëèáðîâîê è ïîïðàâîê.
Ïðè òåìïåðàòóðàõ ñïîêîéíîé ôîòîñôåðû ëèíèè 2-ãî ìóëüòèïëåòà öèðêîíèÿ
çíà÷èòåëüíî îñëàáåâàþò. Ýòî èñêëþ÷àåò âëèÿíèå ðàññåÿííîãî èç ôîòîñôåðû
ñâåòà, à òàêæå ïîçâîëÿåò èçìåðÿòü íàïðÿæåííîñòü, îòíîñÿùóþñÿ èìåííî ê
õîëîäíîé êîìïîíåíòå òåíè, êîãäà àòìîñôåðà ñîñòîèò èç ñìåñè õîëîäíîé è
ãîðÿ÷åé êîìïîíåíò.
Äëÿ èçìåðåíèé àáñîëþòíûõ çíà÷åíèé øèðèí RI-ïðîôèëåé íå îáÿçàòåëüíà
ïîëÿðèçàöèîííàÿ îïòèêà. Ýòî ïîçâîëèò çíà÷èòåëüíî óïðîñòèòü êàê îïòè÷åñêóþ
ñõåìó, òàê è ïîñëåäóþùóþ îáðàáîòêó, óìåíüøèòü àïïàðàòíûå îøèáêè è ïîâûñèòü
îòíîøåíèå ñèãíàë/øóì. Îäíàêî öåííîñòü ïðåäëàãàåìîãî ìåòîäà ñîñòîèò íå â
óïðîùåíèè ñõåìû, à â âîçìîæíîñòè ïðîâåðèòü è äîïîëíèòü îáû÷íûå
ìàãíèòîãðàôè÷åñêèå è ñïåêòðîïîëÿðèìåòðè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ. Ïðèìåíåíèå ëèíèé
öèðêîíèÿ è èíîé ñõåìû èçìåðåíèé îïðàâäàíî òåì, ÷òî ïðèâîäèò ê ïîëó÷åíèþ
èíôîðìàöèè èç íåñêîëüêî èíûõ îáëàñòåé, îò èíûõ ýôôåêòèâíûõ ãëóáèí. Êðîìå
òîãî, ïî ëèíèÿì öèðêîíèÿ óäîáíåå îïðåäåëÿòü ëó÷åâûå ñêîðîñòè, òàê êàê
öèðêîíèé òÿæåëåå æåëåçà è òåïëîâàÿ äîïëåðîâñêàÿ øèðèíà åãî ëèíèé ??D
ñîñòàâëÿåò 0.78 øèðèíû ëèíèé æåëåçà.
 ðàáîòå ñ ïîìîùüþ àíàëèçà ôîòîãðàôè÷åñêèõ íàáëþäåíèé ïîêàçàíî, ÷òî
òî÷íîñòü èçìåðåíèé ïîëÿ ïî ðàçíîñòè àáñîëþòíûõ øèðèí ïðîôèëåé áóäåò ñèëüíî
çàâèñåòü îò òî÷íîñòè îïðåäåëåíèÿ óðîâíÿ íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà. Òàê, äëÿ
îáåñïå÷åíèÿ óðîâíÿ îøèáêè 10 Ãñ è ìåíüøå òðåáóåòñÿ ôèêñèðîâàòü óðîâåíü
íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà ñ òî÷íîñòüþ 14-áèòíîãî ÀÖÏ.
Òàêèì îáðàçîì, ðàçìåñòèâ â ôîêóñå ñîëíå÷íîãî ñïåêòðîãðàôà ôîòîïðèåìíóþ
ìàòðèöó, ìîæíî ïîëó÷èòü ñâîåîáðàçíûé ìàãíèòîãðàô, ïðåäíàçíà÷åííûé äëÿ
çàïèñè âðåìåííûõ èçìåíåíèé ìîäóëÿ íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ â òåíè ïÿòåí. Ðàñ÷åòû
äàþò îñíîâàíèÿ ïîëàãàòü, ÷òî ñèãíàë òàêîãî ìàãíèòîãðàôà áóäåò ñëàáî
çàâèñåòü îò âàðèàöèé ôèçè÷åñêèõ óñëîâèé â òåíè.
×òîáû äîêàçàòü ïðåäëîæåííóþ èäåþ, áûëî èñïîëüçîâàíî äâà ïîäõîäà:
- ÷èñëåííûé ðàñ÷åò îáðàçîâàíèÿ ïðîôèëåé Ñòîêñà äëÿ çàäàííûõ ôîòîñôåðíûõ
ìîäåëåé;
- àíàëèç ôîòîãðàôè÷åñêèõ íàáëþäåíèé ñïåêòðà êðóïíîãî ñîëíå÷íîãî ïÿòíà.




1. Ìàòåðèàëû è ìåòîäû


Èñïîëüçóåìûå ëèíèè

 ðàñ÷åòàõ è íàáëþäåíèÿõ èñïîëüçîâàëèñü òðè ëèíèè öèðêîíèÿ ìóëüòèïëåòà ?
2 [Moore, 1945].
Äàííûå î ëèíèÿõ ïðèâåäåíû â òàáëèöå. Ëèíèè öèðêîíèÿ ïîäîáíû èçâåñòíîé
ïàðå ëèíèé FeI ìóëüòèïëåòà ? 1 ? 5250 è 5247 å, íî èìåþò òî ïðåèìóùåñòâî,
÷òî îíè çíà÷èòåëüíî îñëàáåâàþò ïðè òåìïåðàòóðàõ ñïîêîéíîé ôîòîñôåðû è
ïîëóòåíè, òàê ÷òî ðàññåÿííûì ñâåòîì èç ýòèõ îáëàñòåé ïðè íàáëþäåíèÿõ â òåíè
ìîæíî ïðåíåáðå÷ü.

Äàííûå î ëèíèÿõ ìóëüòèïëåòà ? 2 íåéòðàëüíîãî öèðêîíèÿ.
ëèíèÿ |äëèíà âîëíû,
å |ïåðåõîä
J-J |Elow, ýÂ |Glow |Ghigh |Weqv,
ìå |D0,
% |lg(gf)
(G-K) |?lg(gf) |lg(gf)calc | |Zr 6127 |6127.475 |4-4 |0.1538 |1.24 |1.23
|2.00 |1.8 |-1.06 |0.11 |-1.18 | |Zr 6143 |6143.183 |3-3 |0.0707 |1.06
|1.08 |1.70 |1.6 |-1.20 |0.15 |-1.24 | |Zr 6134 |6134.570 |2-2 |0.00 |0.67
|0.67 |1.97 |1.6 |-1.24 |0.09 |-1.28 | |
 êîëîíêàõ òàáëèöû äëÿ ëèíèé ZrI ? 6127 è 6143 å äàíû ëàáîðàòîðíûå
çíà÷åíèÿ ôàêòîðîâ Ëàíäå G âåðõíåãî è íèæíåãî óðîâíåé, äëÿ ëèíèè ZrI ? 6134
å äàíû òåîðåòè÷åñêèå çíà÷åíèÿ. Ñèëû îñöèëëÿòîðîâ lg(gf)(G-K) ðàññ÷èòàíû
Ãóðòîâåíêî, Êîñòûêîì [Ãóðòîâåíêî, Êîñòûê, 1989] ñîãëàñíî èõ äàííûõ îá
ýêâèâàëåíòíûõ øèðèíàõ Weqv è öåíòðàëüíûõ ãëóáèíàõ D0 äëÿ öåíòðà ñîëíå÷íîãî
äèñêà. Ðàçëè÷èÿ ñèë îñöèëëÿòîðîâ, íàéäåííûõ ïî Weqv è D0, äàíû â êîëîíêå
?lg(gf).  êîëîíêå lg(gf)calc ïðèâåäåí óñðåäíåííûé ðåçóëüòàò íàøåãî ðàñ÷åòà
lg(gf), âûïîëíåííîãî ïðè òåõ æå íà÷àëüíûõ óñëîâèÿõ. Ðàçíèöà ðåçóëüòàòîâ,
ïîëó÷åííûõ ñ ïîìîùüþ íåçàâèñèìî ñîçäàííûõ ïðîãðàììíûõ êîäîâ, îêàçàëàñü
ìåíüøå, ÷åì ðàçíèöà ìåæäó îïðåäåëåíèÿìè lg(gf) ïî Weqv è D0. Ýòî ãîâîðèò î
äîñòàòî÷íîé íàäåæíîñòè ïðîãðàìì.

Íàáëþäåíèÿ è ôîòîìåòðèÿ

Äëÿ àíàëèçà âûáðàíà ñåðèÿ íàáëþäåíèé îò 13.05.1985 ã. (UT 22 h) äëÿ ïÿòíà
? 26 ñîãëàñíî áþëëåòåíþ «Ñîëíå÷íûå äàííûå». Ïëîùàäü ïÿòíà S=425 ì.ä.ï.,
ðàññòîÿíèå îò öåíòðà äèñêà r/R=0.19, ïîëÿðíîñòü S ñîãëàñíî ïàòðóëüíûì
íàáëþäåíèÿì â ëèíèè FeI ? 6302 å, íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ 3100 Ãñ. Íàáëþäåíèÿ
ïðîâîäèëèñü â Óññóðèéñêîé àñòðîôèçè÷åñêîé îáñåðâàòîðèè (ÓÀÔÎ ÄÂÎ ÐÀÍ) íà
òåëåñêîïå ÀÖÓ-5 ñî ñïåêòðîãðàôîì ÀÑÏ-20 â 4-ì ïîðÿäêå äèôðàêöèîííîé ðåøåòêè
ñ ïëîòíîñòüþ 600 øòðèõîâ/ìì. Ùåëü ñïåêòðîãðàôà ñîñòàâëÿëà 0.040 ìì,
îáðàòíàÿ äèñïåðñèÿ 2.5 ìì/å. Ðàçìåð èçîáðàæåíèÿ íà ùåëè 11.7 "/ìì.
Ïîëóøèðèíà èíñòðóìåíòàëüíîãî ïðîôèëÿ ~25 ìå. Íàáëþäåíèÿ ïðîâîäèëèñü
ôîòîãðàôè÷åñêè áåç èñïîëüçîâàíèÿ àíàëèçàòîðîâ ïîëÿðèçàöèè.  ñåðèè
13.05.1985 ã. ïîëó÷åíî øåñòü ñïåêòðîâ â äèàïàçîíå ? 6056-6173 å ñ
ýêñïîçèöèåé 1 ñ. Äëÿ ôîòîìåòðèè îòîáðàíû òðè ñïåêòðîãðàììû ñ íàèëó÷øèì
èçîáðàæåíèåì. Ôîòîìåòðèÿ ïðîâåäåíà íà ìèêðîäåíñèòîìåòðå ÀÌÄ-1 ÈÑÇÔ ÑÎ ÐÀÍ â
1986 ã. Ðåçóëüòàòû ñîõðàíåíû â âèäå íîðìèðîâàííûõ ãðàôèêîâ ïðîôèëåé ëèíèé.
Íà ðèñ. 1 ïðåäñòàâëåí ïðèìåð ôîòîìåòðè÷åñêîé çàïèñè ëèíèè ZrI ? 6127 å.
Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, ïðîáëåìó ñîñòàâëÿþò êîððåêòíîå îïðåäåëåíèå óðîâíÿ
íåïðåðûâíîãî ñïåêòðà, à òàêæå ñëó÷àéíûé øóì.  õîäå äàëüíåéøåé îáðàáîòêè
äëÿ ïðîôèëåé íàõîäèëèñü øèðèíû ëèíèé öèðêîíèÿ, êîòîðûå çàòåì ñðàâíèâàëèñü
äëÿ ïàð ëèíèé ZrI ? 6127-6134, 6143-6134 è 6127-6143 å.

×èñëåííûå ðàñ÷åòû

Ðàñ÷åòû ïðîâîäèëèñü ñ ïîìîùüþ ïðîãðàììíîãî êîìïëåêñà SunWorld
[Ìîæàðîâñêèé, 2013].  ðàñ÷åòàõ ó÷èòûâàëèñü ìàãíèòíîå ïîëå è àíîìàëüíàÿ
äèñïåðñèÿ, íå ó÷èòûâàëèñü ðàññåÿíèå â ëèíèè è îòêëîíåíèÿ îò ËÒÐ.
Èñïîëüçîâàëèñü îäíîìåðíûå ìîäåëè ôîòîñôåðû ñ âîçìîæíîñòüþ çàäàíèÿ
ïðîèçâîëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ âñåõ ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ïî ãëóáèíå.
Ïðè ðàñ÷åòàõ èñïîëüçîâàíû ñëåäóþùèå îáùèå ïàðàìåòðû, ïîäîáðàííûå òàêèì
îáðàçîì, ÷òîáû ñîîòâåòñòâîâàòü ôèçè÷åñêèì óñëîâèÿì â íàáëþäàåìîì ïÿòíå:
ìîäåëü ôîòîñôåðû SW75 [Stellmacher, Wiehr, 1975]; óãîë íàêëîíà ïîëÿ ê ëó÷ó
çðåíèÿ ?=15œ èëè 30œ; êîñèíóñ ãåëèîöåíòðè÷åñêîãî óãëà cos(?)=1.0;
ìèêðîòóðáóëåíòíûå ñêîðîñòè Vmi=0.0 êì/ñ.




2. Ðåçóëüòàòû ìîäåëüíûõ ðàñ÷åòîâ


Çàâèñèìîñòü ïðîôèëåé îò âåëè÷èíû è íàïðàâëåíèÿ ìàãíèòíîãî ïîëÿ

Èç ãðàôèêîâ íà ðèñ. 2 ìîæíî âèäåòü, ÷òî ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ ïîäòâåðæäàþò
ïðåäëîæåííóþ èäåþ - ñîîòíîøåíèå àáñîëþòíûõ øèðèí ïðîôèëåé èíòåíñèâíîñòè
ìåíÿåòñÿ ïðîïîðöèîíàëüíî íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ. Òàêèå æå õîðîøèå ðåçóëüòàòû
ïîëó÷àþòñÿ ïðè âàðüèðîâàíèè óãëà íàêëîíà ñèëîâûõ ëèíèé ê ëó÷ó çðåíèÿ.

Çàâèñèìîñòü îò òî÷íîñòè îïðåäåëåíèÿ ñèë îñöèëëÿòîðîâ lg(gf)

Êàê âèäíî èç òàáëèöû, ëèíèè ZrI ? 6127, 6143 è 6134 å èìåþò îïðåäåëåííûé
ðàçáðîñ â ñèëàõ îñöèëëÿòîðîâ, ÷òî ïðèâîäèò ê ðàçíèöå ðàññ÷èòàííûõ
ýêâèâàëåíòíûõ øèðèí. Êðîìå òîãî, êàê ïîêàçûâàþò ðàñ÷åòû, ðàçëè÷èå
ïîòåíöèàëîâ âîçáóæäåíèÿ íèæíåãî óðîâíÿ íóæíî êîìïåíñèðîâàòü èçìåíåíèåì
lg(gf) îò ëèíèè ? 6134 å ê ëèíèÿì 6143 è 6127 å íà 0.12-0.14 dex, ÷òîáû
ýêâèâàëåíòíûå øèðèíû âñåõ òðåõ ëèíèé îêàçàëèñü ðàâíûìè. Èìåííî òàêîå
ñîîòíîøåíèå áðàëîñü â ïîñëåäóþùèõ ðàñ÷åòàõ, ÷òîáû îáåñïå÷èòü íàãëÿäíóþ
êàðòèíó. Ïðè ñîçäàíèè ðåàëüíîãî ìàãíèòîãðàôà çíà÷åíèÿ lg(gf) ïðèäåòñÿ
óòî÷íÿòü, òàê êàê ïîïðàâêà â 0.1 dex ïðèâîäèò ê ïîïðàâêå â çíà÷åíèè ïîëÿ îò
250 äî 900 Ãñ â çàâèñèìîñòè îò âûáðàííîé ïàðû ëèíèé. Èëëþñòðàöèþ
çàâèñèìîñòè ðåçóëüòàòîâ îïðåäåëåíèÿ ïîëÿ îò âûáîðà lg(gf) ìîæíî âèäåòü íà
ðèñ. 3.

Çàâèñèìîñòü îò òåìïåðàòóðû ôîòîñôåðíîé ìîäåëè

Ïðåäñòàâëÿåò èíòåðåñ çàâèñèìîñòü ïðîôèëåé îò òåìïåðàòóðû. ×òîáû åå
ïîñìîòðåòü, èç ìîäåëè SW75 áûë ñäåëàí íàáîð ìîäåëåé - ê òåìïåðàòóðíîìó
ðàñïðåäåëåíèþ SW75 íà êàæäîé îïòè÷åñêîé ãëóáèíå áûëà äîáàâëåíà âåëè÷èíà ??
îò -0.2 äî +0.3 ñ øàãîì 0.1. Çäåñü ?=5040/T. Ãàçîâîå è ýëåêòðîííîå äàâëåíèÿ
áûëè ïåðåñ÷èòàíû äëÿ ýòèõ èñêóññòâåííûõ ìîäåëåé ïî ôîðìóëàì èîíèçàöèîííîãî
è ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèé. Òðåòüÿ ñëåâà ìîäåëü íà ðèñ. 4 - ýòî ìîäåëü
SW75, ÷åòâåðòàÿ ñîîòâåòñòâóåò íàáëþäàåìîìó íàìè ïÿòíó. Ìîäåëè ?? +0.2 è
+0.3 ïîñ÷èòàíû äëÿ îöåíêè òåíäåíöèé, â ðåàëüíûõ ïÿòíàõ îíè íåâåðîÿòíû.
Îòìåòèì, ÷òî èññëåäóåìûå ëèíèè öèðêîíèÿ ïðè òåìïåðàòóðàõ òåíè îêàçûâàþòñÿ
íà ïëîñêîì ó÷àñòêå (íà âåðøèíå) êðèâîé òåìïåðàòóðíîé ÷óâñòâèòåëüíîñòè.
Èç ðèñ. 4 âèäíî, ÷òî íà êðûëüÿ ëèíèé öèðêîíèÿ äëÿ ìîäåëåé, êîòîðûå
õîëîäíåå SW75, íàêëàäûâàåòñÿ ïðîôèëü Ëîðåíöà. Èç-çà ýòîãî âîçíèêàåò
ïåðåêðûòèå
[pic]

Ðèñ. 1. Ïðèìåð îðèãèíàëüíîé ôîòîìåòðè÷åñêîé çàïèñè (1986 ã.) ëèíèè ZrI ?
6127 å. Âåðõíèå ðàçðåçû ñîîòâåòñòâóþò îäíîé è òîé æå òî÷êå â öåíòðå ïÿòíà,
îòñêàíèðîâàííîé äâàæäû â öåëÿõ êîíòðîëÿ òî÷íîñòè ïîçèöèîíèðîâàíèÿ
äåíñèòîìåòðà. Ïîñëåäóþùèå ðàçðåçû ñäåëàíû ïðè ñìåùåíèè âäîëü ùåëè ñ øàãîì
ïî 2" â ñòîðîíó îáåèõ (I è II) ïîëóòåíåé. Øàã ôîòîìåòðèè ñîîòâåòñòâóåò 4
ìå, ðàçìåð ùåëè ôîòîìåòðà è øàã ñåòêè îñè ïî x - 20 ìå. Øàã ñåòêè îñè ïî y
- 1 % â øêàëå îñòàòî÷íûõ èíòåíñèâíîñòåé.

[pic]

Ðèñ. 2. Èëëþñòðàöèÿ ñîõðàíåíèÿ ïðîïîðöèîíàëüíîñòè øèðèí ïðîôèëåé
èíòåíñèâíîñòè ëèíèé ZrI ïðè èçìåíåíèè íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ.

[pic] [pic]

Ðèñ. 3. Êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå B-?Wabs äëÿ äâóõ âàðèàíòîâ ñîîòíîøåíèé
lg(gf). Âõîäíîå çíà÷åíèå êàëèáðîâêè îòëîæåíî ïî îñè Y, âûõîäíîå - ïî îñè X:
à - âåëè÷èíû lg(gf) ïîäîáðàíû òàêèì îáðàçîì, ÷òîáû ýêâèâàëåíòíûå øèðèíû
òðåõ ëèíèé áûëè ðàâíû; á - âàðèàíò ðàñ÷åòà, êîãäà ðàâíû ñèëû îñöèëëÿòîðîâ.
Øòðèõîâûìè ëèíèÿìè ïîêàçàíû òåîðåòè÷åñêèå ÊÊ, ïîëó÷åííûå ïî ôîðìóëàì (2).
(íàëîæåíèå) ?-êîìïîíåíò, îíî ñìåùàåò òî÷êè ïðîôèëÿ òåì áîëüøå, ÷åì ìåíüøå
ðàññòîÿíèå ìåæäó ?-êîì-ïîíåíòàìè, íàðóøàÿ ïðîïîðöèîíàëüíîñòü øèðèí è
ôàêòîðîâ Ëàíäå. Ïîýòîìó â õîëîäíûõ ìîäåëÿõ íàäî îòñòóïàòü îò êðûëüåâ ïðè
èçìåðåíèè íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ.

Êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå

 èäåàëüíîì ñëó÷àå êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå îáðàòèëèñü áû â ïðÿìûå ëèíèè (ñì.
øòðèõîâûå ëèíèè íà ðèñ. 3) ñ êîýôôèöèåíòàìè íàêëîíà, îïðåäåëÿåìûìè èç
ñîîòíîøåíèÿ
Wline1-Wline2=4.67ž10-5B?2(Geff1-Geff2) [ñì], (1)
ãäå Geff - ýôôåêòèâíûå ôàêòîðû Ëàíäå ëèíèé, Wline - àáñîëþòíûå (íå
ýêâèâàëåíòíûå!) øèðèíû ëèíèé, èçìåðåííûå íà îäíèõ è òåõ æå óðîâíÿõ
îñòàòî÷íûõ èíòåíñèâíîñòåé. ×èñëåííûå çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ïðèâåäåíû â
ñîîòíîøåíèÿõ
B=49.07•(W6127-W6134),
B=67.93•(W6143-W6134), (2)
B=176.68•(W6127-W6143).
Êàëèáðîâî÷íûå êðèâûå (äàëåå - ÊÊ) äëÿ ðåàëüíîãî ðàñ÷åòà ïîêàçàíû íà ðèñ.
3. Ìîæíî âèäåòü, ÷òî ïðè íàïðÿæåííîñòÿõ ìàãíèòíîãî ïîëÿ, ñîîòâåòñòâóþùèõ
òåíè (B>1000 Ãñ), ÊÊ îñòàþòñÿ ïðÿìûìè, ñìåùåííûìè îòíîñèòåëüíî èäåàëüíûõ
ÊÊ. Èçìåðåíèÿ øèðèí ñäåëàíû íà óðîâíå ãëóáèíû ëèíèè d=25 % (îñòàòî÷íàÿ
èíòåíñèâíîñòü RI=75 %). Ýòî äîñòàòî÷íî äàëåêî è îò êðûëüåâ, èñêàæåííûõ
ïðîôèëåì Ëîðåíöà, è îò èñêàæåíèé â âåðøèíàõ ëèíèé.
Êàê ïîêàçàëè ðàñ÷åòû, âàðèàöèè ôèçè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ, òàêèõ êàê óãîë
íàêëîíà âåêòîðà ìàãíèòíîãî ïîëÿ ê ëó÷ó çðåíèÿ ? è òåìïåðàòóðà ìîäåëè
ôîòîñôåðû (ìîäåëüíûé ïàðàìåòð ??), íå ïðèâîäÿò ê çàìåòíîìó ñìåùåíèþ
êàëèáðîâî÷íûõ êðèâûõ èëè èçìåíåíèþ èõ íàêëîíà. Ñóùåñòâåííîå èñêàæåíèå ìîãóò
âûçâàòü òîëüêî ìèêðî- è ìàêðîòóðáóëåíòíûå ñêîðîñòè, åñëè èõ âåëè÷èíà
ïðåâûøàåò 1.5 êì/ñ. Ïðè ýòîì â îáëàñòè B>1000 Ãñ ÊÊ ñîõðàíÿþò ëèíåéíûé âèä,
íî äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïðàâèëüíûõ ÷èñëåííûõ çíà÷åíèé ïîëÿ íàäî äåëàòü îöåíêó
ñêîðîñòåé è ââîäèòü ñîîòâåòñòâóþùóþ ïîïðàâêó.




3. Ðåçóëüòàòû àíàëèçà íàáëþäåíèé


Ìåòîäèêà èçìåðåíèÿ àáñîëþòíûõ øèðèí ïðîôèëåé íà ðàçíûõ óðîâíÿõ d=1-R (ãäå
R - îñòàòî÷íàÿ èíòåíñèâíîñòü) âêëþ÷àåò: çåðêàëüíîå îòðàæåíèå êàæäîãî
ïðîôèëÿ (ðèñ. 1); íàëîæåíèå åãî íà èñõîäíûé; ñäâèã ïðîôèëåé äðóã
îòíîñèòåëüíî äðóãà äî ñîâìåùåíèÿ ó÷àñòêîâ êðûëüåâ ïîñëåäîâàòåëüíî â ðàçíûõ
òî÷êàõ ãëóáèíû d ëèíèè. Áëàãîäàðÿ òîìó, ÷òî ñîâìåùåíèå ïðîôèëåé ïðîâîäèëîñü
ïî äîñòàòî÷íî áîëüøèì èõ ôðàãìåíòàì, îêàçàëîñü âîçìîæíûì óìåíüøèòü øàã
âçàèìíîãî ñäâèãà äî 1/10 øàãà èñõîäíîé îöèôðîâêè, ò. å. äî 0.4 ìå.
Ïîëó÷åííûå òàêèì ñïîñîáîì àáñîëþòíûå øèðèíû W(d) íàêëàäûâàëèñü íà îáùèé
ãðàôèê, è íà íåì èçìåðÿëèñü ðàçíîñòè øèðèí (ðèñ. 5).


Ïðèìåð îïðåäåëåíèÿ ïîëÿ

Íà ðèñ. 5 ïðåäñòàâëåí ïðèìåð îïðåäåëåíèÿ ïîëÿ ïî ýêñïåðèìåíòàëüíûì
äàííûì. Êàê âèäíî èç ðèñóíêà, èçìåðåíèå ïîëÿ âîçìîæíî, íî òî÷íîñòü
îñòàâëÿåò æåëàòü ëó÷øåãî. Åñòü äâå ïðè÷èíû òàêîãî áîëüøîãî ðàçáðîñà
èçìåðåíèé.
Âî-ïåðâûõ, åñëè ñäâèíóòü êðèâóþ äëÿ øèðèíû ëèíèè ZrI ? 6143 å âïðàâî íà
5.4 ìå, òî íàïðÿæåííîñòè, îïðåäåëåííûå ïî âñåì òðåì ïàðàì ëèíèé, ñòàíóò
ðàâíûìè 2492 Ãñ. Èñïðàâèòü çíà÷åíèå øèðèíû ëèíèè ZrI ? 6143 å íà 5.4 ìå
ìîæíî, óâåëè÷èâ äëÿ íåå çíà÷åíèå lg(gf) íà 0.09 dex. (Íàïîìíèì, ÷òî â
ñîîòâåòñòâèè ñ òàáëèöåé íåîïðåäåëåííîñòü â èçìåðåíèè lg(gf) êàæäîé èç òðåõ
ëèíèé ~0.1 dex.)
Âî-âòîðûõ, òîò æå ñäâèã ìîæíî ïîëó÷èòü, ñìåñòèâ êðèâóþ ZrI ? 6143 å âíèç,
ò. å. èçìåíèâ (èñïðàâèâ) åå óðîâåíü êîíòèíóóìà. Êàê ïîêàçàë àíàëèç âñåãî
îòôîòîìåòðèðîâàííîãî ìàòåðèàëà, çíà÷èòåëüíóþ ÷àñòü â ðàçíîñòÿõ èçìåðåííûõ
íàïðÿæåííîñòåé ñîñòàâëÿåò èìåííî íåîïðåäåëåííîñòü óðîâíÿ êîíòèíóóìà.
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ óðîâíÿ êîíòèíóóìà ïðè ïðîâåäåíèè ôîòîìåòðèè íà êàæäîì
ôîòîìåòðè÷åñêîì ðàçðåçå âûáèðàëàñü òî÷êà ñ ìàêñèìàëüíûì îòñ÷åòîì, è ýòîò
óðîâåíü ïðèíèìàëñÿ çà 105 %. Êîëåáàíèÿ ïëîòíîñòè ôîòîãðàôè÷åñêîãî
ïî÷åðíåíèÿ èç-çà çåðíà ôîòîýìóëüñèè ïðèâîäèëè ê ðåãóëÿðíûì ñëó÷àéíûì
èçìåíåíèÿì óðîâíÿ êîíòèíóóìà ðàçíûõ ôîòîìåòðè÷åñêèõ ðàçðåçîâ.
Áûëà ñäåëàíà îöåíêà âëèÿíèÿ ñìåùåíèÿ óðîâíÿ êîíòèíóóìà íà èçìåðÿåìûé
ðåçóëüòàò. Îíà îêàçàëàñü ðàâíîé 220, 300 è 850 Ãñ íà ïðîöåíò äëÿ ïàð ëèíèé
? 6127-6134, 6143-6134 è 6127-6143 å, ñîîòâåòñòâåííî. Òàêèì îáðàçîì, ïðè
õàðàêòåðíîé òî÷íîñòè ôîòîãðàôè÷åñêèõ íàáëþäåíèÿ â 2 % íåëüçÿ èçìåðÿòü
íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ ïðåäëîæåííûì ñïîñîáîì ñ ðàçóìíîé òî÷íîñòüþ. Äëÿ
äîñòèæåíèÿ îøèáêè èçìåðåíèÿ ïîëÿ 10 Ãñ è ìåíåå íåîáõîäèìû ôîòîýëåêòðè÷åñêèå
íàáëþäåíèÿ ñ òî÷íîñòüþ ôîòîìåòðèè 0.05-0.01 % îò óðîâíÿ êîíòèíóóìà ëèíèè,
èëè 12-14 áèò â ðàçðÿäàõ ÀÖÏ.




Âûâîäû

Íà îñíîâå ñðàâíåíèÿ àáñîëþòíûõ øèðèí ëèíèé ZrI ? 6127, 6143 è 6134 å ìîæíî
ïî äîñòàòî÷íî ïðîñòîé ñõåìå ïîñòðîèòü ïðèáîð, çàïèñûâàþùèé àáñîëþòíîå
çíà÷åíèå íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ â òåíè ñîëíå÷íûõ ïÿòåí. Íàçíà÷åíèå òàêîãî
ïðèáîðà - äîïîëíåíèå íàáëþäåíèé íà îáû÷íîì ìàãíèòîãðàôå èëè ñòîêñ-
ïîëÿðèìåòðå ëèáî çàïèñü êîëåáàíèé íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ è ëó÷åâîé ñêîðîñòè â
õîëîäíîé êîìïîíåíòå òåíè ïÿòåí ñ õîðîøèì âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì, õîðîøåé
ëèíåéíîñòüþ è äîñòàòî÷íîé íåçàâèñèìîñòüþ îò èçìåíåíèé êà÷åñòâà èçîáðàæåíèÿ
è êîëåáàíèé òåìïåðàòóðû â òåíè. Äëÿ ïàðàëëåëüíûõ íàáëþäåíèé ïî ñõåìå
ìàãíèòîãðàôà èëè ñòîêñìåòðà ìîæíî èñïîëüçîâàòü áëèçëåæàùèå ê äàííîìó
äèàïàçîíó ëèíèè FeI ? 6173 å èëè TiI ? 6064 å ëèáî âõîäÿùóþ â ýòîò äèàïàçîí
ëèíèþ FeI ? 6137 å.
×òîáû ïîñòðîèòü òàêîé ïðèáîð, íåîáõîäèìû áàøåííûé èëè ãîðèçîíòàëüíûé
ñîëíå÷íûé òåëåñêîï è ñïåêòðîãðàô ñ ìàêñèìàëüíûì ñïåêòðàëüíûì ðàçðåøåíèåì.
Íåîáõîäèìî îáåñïå÷èòü ñèíõðîííóþ çàïèñü ïðîôèëåé èíòåíñèâíîñòè òðåõ ëèíèé â
äèàïàçîíå äëèí âîëí ? 6127-6144 å íà ìàòðèöó. Ïðè äèñïåðñèè 0.4 å/ìì
ïîòðåáóåòñÿ ìàòðèöà ðàçìåðîì 45 ìì è ðàçðåøåíèåì íå ìåíåå 4000 ïèêñåëåé.
(Êàê âàðèàíò, ìîæíî âçÿòü äâå èëè òðè ìàòðèöû, ó÷èòûâàÿ, ÷òî òàêàÿ ñõåìà
ìîæåò áûòü ïåðåñòðîåíà äëÿ äðóãèõ íàáëþäàòåëüíûõ çàäà÷ íà äðóãèå êîìáèíàöèè
ëèíèé.)








[pic]

Ðèñ. 4. Ïðîôèëè èíòåíñèâíîñòè ëèíèé ZrI â çàâèñèìîñòè îò ìîäåëüíîãî
ïàðàìåòðà ??. Ïðèâåäåíû èíòåíñèâíîñòè êîíòèíóóìà I â îòíîøåíèè ê êîíòèíóóìó
íåâîçìóùåííîé ôîòîñôåðû

[pic]

Ðèñ. 5. Ïðèìåð îïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåííîñòè ïîëÿ ìåòîäîì ñðàâíåíèÿ øèðèí
ëèíèé ZrI. Àáñîëþòíûå øèðèíû Wabs(d) òðåõ ïðîôèëåé, îòíîñÿùèõñÿ ê îäíîìó è
òîìó æå ïîëîæåíèþ â òåíè ïÿòíà, íàíåñåíû íà îäèí ãðàôèê. Çàòåì íàéäåíû
ðàçíîñòè øèðèí ?W(d) è óìíîæåíû íà êàëèáðîâî÷íûå êîýôôèöèåíòû èç ôîðìóë
(2). Çàìåòèì, ÷òî ñìåùåíèå êðèâîé WZr6143(d) âïðàâî íà 5.4 ìå ïðèâåäåò ê
âûðàâíèâàíèþ íàïðÿæåííîñòåé.

Íåîáõîäèìî ñèíõðîííî çàïèñûâàòü ïðîôèëè òðåõ ëèíèé, âû÷èñëÿòü øèðèíû ýòèõ
ïðîôèëåé è âû÷èòàòü èõ ïîïàðíî. Çàòåì ïî ðàññ÷èòàííûì çàðàíåå êàëèáðîâî÷íûì
êðèâûì ïîëó÷àòü íàïðÿæåííîñòü ïîëÿ.
Äëÿ îáåñïå÷åíèÿ íóæíîãî óðîâíÿ òî÷íîñòè èçìåðåíèé íåîáõîäèìî âûïîëíÿòü
äâà óñëîâèÿ:
1. Òî÷íîñòü ôîòîìåòðèè äîëæíà ñîîòâåòñòâîâàòü 12-14 áèò ÀÖÏ èëè ëó÷øå,
òàê êàê ðàçáðîñ óðîâíåé êîíòèíóóìà íà 0.05-0.01 % ïðèâîäèò ê îøèáêå â
èçìåðåíèè ïîëÿ â 10 Ãñ.
2. Òî÷íîñòü â îïðåäåëåíèÿ øèðèí äîëæíà äîñòèãàòü 0.1 ìå, ÷òîáû ïîëó÷èòü
òî÷íîñòü â îïðåäåëåíèè ïîëÿ îò 5 äî 20 Ãñ â çàâèñèìîñòè îò ïàðû ëèíèé.
Ýòîãî êàæåòñÿ ïðîáëåìàòè÷íûì ïðè øèðèíå èíñòðóìåíòàëüíîãî ïðîôèëÿ ïîðÿäêà
25 ìå è øàãå ìàòðèöû äàæå â 1 ìå. Îäíàêî ìû ñðàâíèâàåì íå îòäåëüíûå òî÷êè
íà ïðîôèëå, à çíà÷èòåëüíûå ôðàãìåíòû ïðîôèëåé öåëèêîì. Ýòî ïîçâîëÿåò
ïîâûñèòü òî÷íîñòü äî íóæíîãî óðîâíÿ, â ÷åì óáåæäàåò íàñ ïðèìåð îáðàáîòêè
ôîòîãðàôè÷åñêèõ íàáëþäåíèé.
Íåäîñòàòîê ìåòîäà îïðåäåëåíèÿ íàïðÿæåííîñòè ìàãíèòíîãî ïîëÿ ïî ðàçíèöå
àáñîëþòíûõ øèðèí ïðîôèëåé èíòåíñèâíîñòè ñîñòîèò â òîì, ÷òî îñòàåòñÿ
íåèçâåñòíûì óãîë ïîëÿ ê ëó÷ó çðåíèÿ.
Èçìåðåíèÿ ïîòðåáóþò òùàòåëüíîãî ó÷åòà òóðáóëåíòíûõ ñêîðîñòåé è ââåäåíèÿ
çàìåòíûõ ïîïðàâîê ïðè âåëè÷èíå ýòèõ ñêîðîñòåé îò 1.5 êì/ñ è âûøå.




Ñïèñîê Ëèòåðàòóðû


Ãóðòîâåíêî Ý.À., Êîñòûê Ð.È. Ôðàóíãîôåðîâ ñïåêòð è ñèñòåìà ñîëíå÷íûõ ñèë
îñöèëëÿòîðîâ. Êèåâ: Íàóê. äóìêà, 1989. 200 ñ.
Ëîçèöêàÿ Í.È., Ëÿìîâà Ã.Â., Ìàëàùóê Â.Ì. Ñðàâíåíèå ðåçóëüòàòîâ èçìåðåíèé
ìàãíèòíûõ ïîëåé êðóïíûõ ñîëíå÷íûõ ïÿòåí, âûïîëíåííûõ â ðàçíûõ îáñåðâàòîðèÿõ
â 23 öèêëå ñîëíå÷íîé àêòèâíîñòè // Èçâåñòèÿ Êðûìñêîé àñòðîôèçè÷åñêîé
îáñåðâàòîðèè. 2007. Ò. 103, ? 4. Ñ. 59-67.
Ìîæàðîâñêèé Ñ.Ã. Ðàçâèòèå ïðîãðàììíîãî êîìïëåêñà SunWorld. Îáçîð ñâîéñòâ
è ìåòîäîâ SunWorld îò âåðñèè 1990 ã. äî ñîâðåìåííîé // Ñîëíå÷íàÿ àêòèâíîñòü
è åå âëèÿíèå íà Çåìëþ: Åæåãîäíèê ÓÀÔÎ ÄÂÎ ÐÀÍ. 2013. Âûï. 15. Ñ. 76-110.
Borrero J.M., Ichimoto K. Magnetic Structure of Sunspots // Liv. Rev.
Solar Phys. 2011. V. 8. doi: 10.12942/lrsp-2011-4.
Moore C.E., A multiplet Table of Astrophysical Interest: Revised Edition.
Part I - Table of Multiplets // Contributions from the Princeton University
Observatory. 1945. V. 20. p. 1-110.
Demidov M.L., Balthasar H. Spectropolarimetric observations of Solar
magnetic fields and the SOHO/MDI calibration issue // Solar Phys. 2009. V.
260, N 2. p. 261-270.
Smirnova V., Riehokainen A., Solov'ev A., et al. Long quasi-periodic
oscillations of sunspots and nearby magnetic structures // Astron. &
Astrophys. 2013. V. 552. A23.
Stellmacher G., Wiehr E. The deep layers of sunspot umbrae // Astron. &
Astrophys. 1975. V. 45, N 1. p. 69-76.

Óññóðèéñêàÿ àñòðîôèçè÷åñêàÿ îáñåðâàòîðèÿ ÄÂÎ ÐÀÍ, Óññóðèéñê, Ðîññèÿ

-----------------------
RI

ZrI ? 6127 å

100 ìå

lg(gf)6127=-1.10
lg(gf)6143=-1.10
lg(gf)6134=-1.10

Zr 6127

40 ìå

Zr 6143

Zr 6134

?W, ìå

à

á

lg(gf)6127=-1.06
lg(gf)6143=-1.18
lg(gf)6134=-1.32

Model SW75
Vmi=0
?=15œ

Model SW75
Vmi=0
?=15œ

?W, ìå

W6127-W6134

W6143-W6134

W6127-W6143

W6127-W6134

W6143-W6134

W6127-W6143

40 ìå

Model SW75
Vmi=0
Í=2900 G

50.8 ìå

Àáñîëþòíàÿ øèðèíà ïðîôèëåé èíòåíñèâíîñòè W, ìå

31.3 ìå

19.5 ìå