Введение к работе
Аьту.ччышси.
Солнце, являясь єдине іменним исючником ліеріни и солнечной епсіе.мс. опрелс.іяеі основные физические процессы, происходящие на -Чемле Чслонечес іво с моменіа своего во шикноиения пытается познан, природу ею н!1\чснин и шкономерностей происходящих на нем ii])oueccuu. Досшгнуты значительные успехи к понимании глобальною строения нашего светила, статистических законов вариаций его ітучения. рафаботлны меюды и измерены спектральные харакіерисінки практически но всей области волнового и корпускулярної о и пучения
Однако, достижения в понимании локальных проявлений солнечной активности более ограничены Интерес к исследованию природы и .амшомерностей солнечной активности вьпвап практической необходимое п.к> наушо обоснованного прогноза нестационарных явлений, определяющих мноіпе геофизические процессы и состояние око.нмемною просірансіва Микроволновое шлучепне генерируется в нижней коропе Солнца, наблюдение коїороіі в оптическом диапазоне ограничены и попюжны только на лимбе, что значительно повышает іііперес к радиоастрономическим исследованиям.
В последние десягилеіия сделан значительный шаг в повышении разрешающей способности радиоастрономических инструментов Введены а строй І'АТ.М 1-600. системы апертурного синтеза YLA и \\ SKI', радної с іиоіраф и Японии NR1I. Наблюдения на этих крупнейших радиоіе.іеекопах покаіали большое разнообразие структур активных об.і.кісіі. па urine и них исючнпко» повышенного излучения с узловыми раімерами оі нескольких секунд до нескольких минут. Однако. паб полепит ил универсальных радноіе.іескопах аперіурното синтеза пронодяїся нпно.пгіески. а на І'А'І'АІ 1-000 реї нстрируется подробный спсыр н:і\ченпя юка и.ні.іх исючнпков с одномерным разрешением, но наб полеипя ироводяїся. как правило, в пассажном режиме одни раз в е\ 1кн I аких наблюдении явно недостаточно для исследования динамики раииния акшвпых областей и нестационарных процессов Это обе іояіс н.1. ню поіреоова.ю еоідаиия епецпа.тп іированного солнечного пік і ps мен I.I
Сіремтение к созданию специализированного солнечного ралиоіелескопа было продиктовано необходимостью комплексного исследования солнечной активности и вызвано тем. что достаточно ранніп.і'е к том\ времени оптические наблюдения практически не моїли лам, информацию о нижних областях короны, областях наиболее ипформ.инииы.ч при исследованиях вспышечных процессов. В 3UU нерпо і pa июле фоиомы расио.іаіати нпсіруменіами с разрешением
порядка 3 угловых минут12 , которое позволяло выделить отдельные активные области, но не давало возможности получать данные об их внутреннем строении.
На основании полученных к тому времени результатов по изучению солнечных явлений задачами предстоящих исследований являлись [1]:
-
Исследование структуры активных областей (АО) в короне и их связи с активными образованиями на уровнях фотосферы и хромосферы.
-
Исследование динамических процессов и физических условий в АО.
-
Изучение закономерностей выхода магнитного поля в атмосферу Солнца.
4. Исследования механизмов разогрева областей повышенного
радиоизлучения, накопления энергии и ее реализации во время солнечных
вспышек.
Идеологами выбора типа инструмента и определения его основных параметров явились в то время сотрудники ГАО в Пулкове Д.В. Корольков и Г.Б. Гельфрейх. Они имели большой опыт в проектировании БПР (Большой пулковский радиотелескоп) и РАТАН-600 и проведении солнечных наблюдений на БПР. В качестве наиболее приемлемого типа инструмента была выбрана крестообразная схема многоэлементного интерферометра и определены его основные параметры' [1]. При этом учитывалось, что крупнейшие в России радиотелескопы будут давать дополняющую друг друга информацию - РАТАН-600 спектр наблюдаемых источников, ССРТ динамику источников на одной частоте. Основной параметр - разрешение порядка 20 угловых секунд был выбран в качестве компромисса между желанием получать как можно более подробную карту распределения радиояркости и техническими возможностями реализации проекта. Такое разрешение на порядок превосходило разрешение имеющихся солнечных радиотелескопов. Не говоря даже о больших трудностях управления ДН и фазирования такой не имеющей аналогов многоэлементной решетки, очень серьезной для того времени проблемой являлась регистрация получаемого потока информации и обработка регистрируемых
' R.N. Bracewell. G. Swanip. The Stanford microwave speciroheliograph antenna. A microsteradian pencil beam interferometer. !EE Trans And Prop., 1961, v. AP-9, p 22-30.
: H. Tanaka, S. Enome et a!. 3-cm radioheliograpli. Proc. Res. Inst. Atmosph. Nagoya Univ., 1970, v. 17. p. 57
1 Г.Б. Гельфрейх Радпогслнографі.і с предельно высоким разрешением. Ученые записки ЛГУ. Труды астрономической обсерватории Т 25. вым 42. стр 87-97. JNakajima et al. The Nobeyama ladioheliouiapli. Pmeeediiijjs of UKE, vol. 82. no. 5. may 1994. pp 705-713.
:>
двухмерных изображений. Как выяснилось в дальнейшем принципиально разрешение можно было увеличить не более, чем в 2-3 раза .
С вводом в строй радиогелиографа в Японии4 и началом регулярных наблюдений космических рентгеновких телескопов значимость наблюдений на ССРТ только возросла из-за открывшейся возможности совместного использования данных близких по своим параметрам инструментов.
Цель работы заключается в решении следующих основных задач:
-
Разработка метода регистрации двухмерного изображения Солнца на кресгообраншм интерферометре с аппаратным формированием ДН и высоким разрешением, обеспечивающего получения двухмерных изображений Солнца за время, необходимое для исследования динамических характеристик активных областей и всплесков.
-
Iеоретнческое обоснование и расчет чувствительности корреляционные интерферометров, анализ схемы и параметров ашенно-фндерного тракта, определяющих чувствительность.
л Разработки методов наблюдений, обеспечивающих решение
конкретных задач солнечной радиоастрономии. 4. Метлы относительной и абсолютной калибровки солнечных
интерферометров. 5 Получение новых результатов по строению нижней короны и
динамики развития активных областей. (> Получение новых данных по пространственно-временным
ч.ірлі, u-pik пікам нестационарных явлений (квазипериодические
колебания с секундными периодами и всплески). Нем. пое іе.тнич двух пунктов заключается и в том. чтобы проп ілмсірироваїь применимость и эффективность разработанных меmaou п.іб потений
ll;i\ 'oi.i'.i іиіічпііа
Ношнпа полученных результатов определяется уникальностью принципов работы Сибирского солнечного радиотелескопа и иепои.зусмыч меіодон наблюдений Впервые для получения двухмерного июбражеиня про неженного обьекта использован метод частотного сканирования. Использование этого метода при наблюдениях на линейных интерферометрах открывает большие возможности для увеличения временного разрешения, повышения чувствительности II шмерения спектральных характеристик источников в рабочей полосе ра інше пин рафа Разработан и использован метод совмещения и.іб полений г, двчхмерном и одномерном режимах наблюдений, который ііояіолясі исключим, необходимое її, использования фазового модулятора при рабоіе в ппчмерном режиме
Разработаны новые методы калибровки солнечных интерферометрических систем, позволяющие использовать как космические источники, так и специальную эталонную антенну в виде двухантенного интерферометра с малой базой. Показана необходимость учета коэффициента заполнения апертуры (коэффициента избыточного разрешения) при количественных исследованиях энергетических параметров наблюдаемых источников, в зависимости от их угловых размеров.
Получены новые и порой неожиданные результаты по пространственно-временным характеристикам активных областей и всплесков солнечного радиоизлучения.
На защиту выносятся; Основные результаты, представляемые к защите:
I. Разработанные и в основном реализованные методы исследований радиоизлучения Солнца с помощью интерферометрических систем:
-
Метод получения двухмерных изображений на крестообразном радиогелиографе с аппаратным формированием ДН и высоким разрешением, использующий зависимость положения ДН от частоты.
-
Методы наблюдений в одномерном режиме для решения различных задач солнечной радиоастрономии.
-
Метод повышения чувствительности многоэлементного интерферометра за счет использования полной полосы рабочих частот, позволяющий проводить абсолютные калибровки по космическим источникам.
-
Аддитивно-корреляционный метод наблюдений, позволяющий на одном приемном устройстве проводить регистрацию нестационарных процессов с высоким временным разрешением и двухмерное картографирование без использования фазовых модуляторов.
5 Метод абсолютном калибровки с помощью эталонной антенны и виде интерферометра с малой баіой.
II. Результаты исследования активных областей в нижней короие Солнца, полученные с использованием разработанных методов радиоинтерферометрических наблюдений:
-
Подтверждена пространственная неоднородность короны в области генерации микроволнового излучения и вышележащих слоях, обнаружены слабоконтрастные образования в приполярном районе и на значительном удалении от диска Солнца.
-
Обнаружена немонотонная динамика развития активных областей в нижней короне Солнца.
5. 'Зарегистрированы неожиданно большие видимые размеры
спайкоподобных исплесков в микроволновом диапаюне. которые
возможно определяются эффектами рассеяния на неоднородностях короны «области всплеска. 4 Обнаружены квазнпериодические колебания в активных областях с
периодами 0 1 единиц до десятков секунд. __ .
5. За _время с 1985 года накоплен большой архив регулярных наблюдений, доступным для всех заинтересованных исследователей. Два m раірабопніньїх метода защищены патентами на изобретения ГФ.
Научное и практическое значение работы.
І'а іраГниап меюд получения двухмерного изображения с высоким рлфеніепием для крестообразного радиогелиофафа с аппаратным формированием диаграммы направленности. Определены основные требовании к системам инструмента и проведен анализ чувствительности корреляционных иніерферометров с учетом шумов, определяемых и мучением "спокойного" Солнца, которые соизмеримы и даже превышаю і инструментальные шумы. Показано, что использование час ни ною сканирования для линейных интерферометров обеспечивает решение рашообразных задач солнечной радиоастрономии, в том числе и реї ис грацию нестационарных процессов с высоким временным разрешением.
С исполыованпем проведенных исследований создан и полностью введен в сipoi't Сибирский солнечный радиотелескоп. Разработанные метлы проведения наблюдений позволили за период более II-летнего цикла солнечной активности накопить обширный наблюдательный маїериал. на основе которого выполнены разнообразные научные исследования, опубликованные более чем в 100 статьях и докладах со (рудниками нашею института и их российскими и иностранными коллегами.
Апробации паиоты.
Основные вопросы, наложенные в диссертации, докладывались на многих
всесоюзных конференциях но радиоастрономии, российских и
«е.кдународных симпозіумах но наблюдательной радиоастрономии и фишке Солнца, на сессии Научною совета по комплексной проблеме "І'.і ню.ісірономпм" и І'ДіХ юлу па научной сессии оїделеїшя общей фишки и асіроиомпн All СССР в 1985 году (30 докладов с опубликованными тезисами).
Практической апробацией разработанных методов исследований являемся успешное проведение регулярных ежедневных наблюдений на ССІМ в имение более чем цикла солнечной активности и выпо шени» па их основе еоірудкикамн института большого количества научных исследований, опубликованных в десятках статей в российских и ииосіраіпп.іх журналах
Публикации.
І Іо іеме лисссріации опубликовано 6е) работ.
Структура и объем работы.
