Наблюдения Солнца в диапазоне H-альфа

стр. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7

Автор: Д. Найзли, по книгам "Астрофизика Солнца" Г. Зирина, "Наблюдения Солнца", П. Тейлора и "Солнечная Астрофизика" П. Фоукэла. Иллюстрации с разрешения Big Bear Observatory и NOAA Space Environment Center. Оригинальная версия находится по адресу http://www.prairieastronomyclub.org/halpha/

Перевод М. Усатова AKA blackhaz, 10/06/2007, с разрешения Д. Найзли.

В отличие от наблюдений Солнца в белом свете (оптич. континууме), для наблюдений хромосферы требуется наличие фильтра с очень узкой полосой пропускания, центрированной на спектральной линии ионизированного водорода H-альфа (6562.8 Ангстрем). Такой фильтр не только уменьшает интенсивность солнечного света до безопасного уровня, но и убирает значительную фотосферную составляющую изображения. Для достижения этой цели применяют, например, спектрогелиоскоп - сканирующий спектроскоп, использующий пару подвижных щелей и пропускающий монохромный свет. Такой инструмент имеет преимущество быстрой настройки во множестве диапазонов, окружающих линию H-альфа и другие спектральные линии в которых может наблюдаться солнечная эмиссия, например K-линия кальция. Спектрогелиоскоп - достаточно громоздкий прибор и, в следствие этого, используется больше в горизонтальных солнечных телескопах с гелиостатами. Те, кто интересуется постройкой спектрогелиоскопа, могут обратиться к статье в Sky & Telescope, январь 1969.

Другой метод наблюдений Солнца в H-альфа подразумевает использование специального узкополосного фильтра. Один из вариантов - протуберанцевый фильтр от Lumicon (2111 Research Drive, #5S, Livermore, California  94550), с полосой пропускания в 1.5 Ангстрем FWHM (FWHM - Full Width at Half Maximum, полная ширина на половине максимума) и многослойными диэлектрическими покрытиями нанесенными на стеклянную поверхность, как это сделано у остальных фильтров Lumicon, предназначенных для наблюдений за туманностями. Такой фильтр применим только для наблюдения протуберанцев на лимбе, солнечных пятен и очень ярких вспышек, т.к. его кривая пропускания далека от суб-ангстремной кривой с "острыми" срезами по краям, необходимой для обнаружения большинства деталей на хромосферном диске. Кстати, для еще больше успешного наблюдения за протуберанцами, на рынке доступны намного более дорогие коронографы, которые используют технику экранирования солнечного диска, узкополосные фильтры и высококачественную оптику.

Для наблюдения за тонкими деталями хромосферного диска, обычно требуется более сложный и высококачественный суб-ангстремный фильтр. Один из дизайнов такого фильтра предложен калифорнийской DayStar Filters: многокомпонентный интерференционный фильтр на основе эталона Фабри-Перо. Эталон представляет собой пару пластин - плоскопараллельных оптических поверхностей, которые частично отражают и пропускают свет. При правильном положении пластинок - поверхностей эталона, проходящий свет интерферирует, в результате чего появляется целая серия крайне узких полос пропускания, одна из которой соответствует водородной линии H-альфа. Далее, такая система подразумевает блокирующий фильтр, пропуская только пригодную линию H-альфа и отсекая все остальные. Фильтры подобного устройства имеют полосу пропускания с острыми краями, а суб-ангстремная версия позволяет наблюдать детали как на диске, так и на лимбе. Стандартный стэк таких фильтров состоит из узкополосного блокирующего фильтра, эталона Фабри-Перо с твердым кристаллом и широкополосного отсекающего фильтра. Интерференционные противоотражательные покрытия наносятся с двух сторон объектива телескопа для остаточной фильтрации в целях защиты фильтра от перегрева. Следует отметить, что фильтры с эталоном в основе очень чувствительны к рабочей температуре и зачастую поставляются упакованными в специальные подогревающие оправы-духовки, рассчитанные на содержание фильтра не более, чем в градусе от его номинальной рабочей температуры. (Во многих случаях такие фильтры правильно работают только при температурах свыше 37 град. по Цельсию.) Без температурного контроля, полоса пропускания фильтра довольно быстро уклонится от центральной линии H-альфа. Фильтры, описанные выше, довольно дороги (свыше $3000) из-за высоких требований к качеству кварцевых элементов и жесткому контролю за температурным режимом. Такие фильтры требуют электропитания для их "духовок", а также телескоп с длинным фокусным расстоянием (f/30 или больше), т.к. "полевые углы" света, падающего на эталон, должны быть очень пологими для правильной работы фильтра. Такие фильтры также невозможно быстро перенастроить для наблюдения за деталями, находящимися вне центральной полосы H-альфа, если, конечно, фильтр не оборудован системой наклона.

Новым вариантом фильтров подобного дизайна стал фильтр T-SCANNER от той же компании DayStar, с полосой пропускания 0.7 Ангстрем. Этот фильтр использует немного менее качественный кварц, работает при температурах от 0 до 40 град. по Цельсию и решает проблему температурного контроля, используя подстройку наклона всего стэка для изменения оптической длины пути фильтра. Изменяемый наклон не только компенсирует побочные эффекты от изменения температуры, но и позволяет наблюдать объекты, подвергнутые доплеровскому сдвигу. Наклоняемый стэк также позволяет избежать потребления электричества и затрат времени на разогрев. Такой дизайн, в совокупности с менее дорогим кварцем, делает стоимость фильтра почти в два раза дешевле. T-SCANNER все еще нуждается в световом пучке f/30, но это можно легко достичь применяя дополнительные линзы или диафрагмируя апертуру. Однако, если в целях достижения пучка f/30 использовать обычную линзу Барлоу или диафрагмировать телескоп Ньютон вне оси, только часть всего поля сможет находиться в одной и той же полосе пропускания - так называемый эффект "кольца", в котором область поля, находящаяся в нужной полосе пропускания, выглядит в виде толстого кольца. При низких температурах (ближе к лимиту рабочей температуры фильтра - около 0 град. по Цельсию), кольцо сжимается в диск деталей линии H-альфа. При высоких температурах, достигающих 40 град. по Цельсию, кольцо расширяется и становится похожим на широкую слабоконтрастную дугу. Используя TeleVue 2x или 2.5x PowerMate (прим. пер.: или другую похожую телецентрическую систему, напр. от Baader) вместо линзы Барлоу, можно достичь необходимого светового пучка f/30 и избежать вышеописанных проблем. Следует отметить, что контраст T-SCANNER выше, чем холоднее фильтр, особенно если температура приближается к 0 град. по Цельсию.

С фильтром T-SCANNER хорошо работает множество телескопов, и апертура не обязательно должна быть большой для визуальных наблюдений (обычно от 50 до 150 мм). Контраст при наблюдениях с таким фильтром меньше, чем с подогреваемыми фильтрами более высокого качества, но все равно приемлем и достаточен для съемки на камеру. Маленькие камкодеры также могут быть полезны при съемке через окуляр, т.к. позволяют "вытягивать" детали, недоступные обычным визуальным наблюдениям. Используя камеры можно поделиться видом с другими наблюдателями, а также записать происходящее, что полезно для обучения. Стоит отметить, что хорошо выбранная, термально-стабильная наблюдательная площадка необходима для плодотворных наблюдений, т.к. дневные температурные колебания могут лишить солнечный диск тонких деталей. В последнее время подогреваемые суб-ангстремные фильтры DayStar также комплектуются системой наклона стэка, что позволяет их быстро настраивать во время эксплуатации, однако они стоят намного дороже, чем T-SCANNER.

Фирма Coronado Instruments (Tucson, Arizona) производит еще одну вариацию фильтра диапазона H-альфа, базирующуюся на эталоне, который устанавливается перед объективом телескопа. Такое размещение фильтра позволяет избегать проблем с "выпадающим из полосы" полем и решает некоторую часть вопроса о температурном контроле, однако такие фильтры еще более дороги из-за требований к размерам самого эталона. Coronado также предлагает H-альфа телескоп в сборе: PST или "Personal Solar Telescope" со встроенным H-альфа фильтром. PST, несмотря на 40мм апертуру, показывает отличные результаты. (прим. пер.: стоит отметить, что у PST эталон Фабри-Перо располагается именно за 40мм объективом телескопа, поэтому PST стоит значительно дешевле апертурных фильтров Coronado SolarMax.)

За более детальной информацией о фильтрах диапазона H-альфа, обращайтесь к книге Г. Зирина "Астрофизика Солнца", стр. 23-29, или "Amateur Telescope Making", книга III, стр. 376-428.

Словарь основных терминов по наблюдениям Солнца в диапазоне H-альфа

стр. 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7