太阳磁像仪

测量太阳活动区的磁场和普遍磁场并显示磁图的仪器

太阳磁像仪，是测量太阳活动区的磁场和普遍磁场并显示磁图的一种仪器。它是根据逆塞曼效应设计的。所谓逆塞曼效应，是指在磁场的作用下，光谱中某些对磁场敏感的吸收线发生分裂的现象。

简述

制作原理

磁场平行于视线方向纵向磁场时，谱线分裂成左旋和右旋圆偏振的2条支线；磁场垂直于视线方向横向磁场时，谱线分裂成3条支线，中间的π线是线偏振，旁边2条σ支线是部分线偏振。支线间的距离称为裂距 [Δλ] ，它同磁场强度成正比。对于黑子强磁场 [约数千高斯] ，在太阳摄谱仪入射狭缝前加上适当的分析偏振光的器件，便可在摄有磁场敏感谱线的光谱底片上直接测出裂距，从而获得黑子内的磁场强度。

磁场低于几百高斯的谱线裂距太小，难于直接测量。必须借助于间接的方法，即在磁场敏感谱线轮廓某些固定位置上，测量出具有不同偏振状态的分裂支线间的强度变化，进而计算出磁场强度。太阳磁像仪就是用这种间接方法来测定磁场的。

至于横向磁场的测量就比较复杂，需要提高探测器的灵敏度和精密度，并使探测器对准谱线轮廓中央，才能测定。

磁像仪测量的是太阳辐射的偏振状态。由于光线被倾斜镜面反射和仪器的其它缺陷，会出现附加的仪器偏振。在测量纵向磁场时，通过相减手续可自动消去仪器偏振。但在横向磁场测量中没有相减过程，仪器偏振同横向磁场引起的偏振混淆在一起，这便增加了测量的复杂性。

分类

根据所用探测器类型的不同，太阳磁像仪可以分为3种：太阳光电磁像仪、太阳照相磁像仪、太阳视频磁像仪。它们各具特点，都可用于测量太阳的表面磁场。

太阳光电磁像仪

定义

用光电辐射探测器测量太阳磁场的一种基本仪器，也称向量磁像仪，是美国天文学家H.D.巴布科克于1953年发明的。

工作原理

光电磁像仪一般是由太阳摄谱仪改制的。在图1 太阳光电磁像仪工作原理示意图中，入射狭缝前有一组偏振光分析器，由波片、电光晶体、偏振片组成。电光晶体通光的两个表面上镀有透明电极，加上交变的高压电信号，便成为调制波片,其光学滞后量通常是在±1/4波长范围内变化。这样，偏振光分析器便能对不同的偏振成分进行调制分析。在摄谱仪焦面处有三个紧靠在一起的出射狭缝,正中狭缝对准谱线轮廓中央,用于横向磁场测量。两旁狭缝处于谱线轮廓翼部对称位置，用于纵向磁场测量。出射光进入相应的光电倍增管，输出电流经过放大，再由电子装置和计算机处理成磁场信号。在单独进行纵向磁场测量时，偏振光分析器可以仅由电光晶体和偏振片构成。

太阳自转和日面局部区域的运动，会产生正比于视向速度的谱线位移，破坏谱线轮廓相对于出射狭缝的对称性。在出射狭缝前安置一块可旋转的平面平行玻璃板，便可使谱线回到对称位置。平板的转动是由谱线轮廓翼部两狭缝接收的平均信号强度的差值伺服控制的，平板转角可作为视向速度的量度。因此，光电磁像仪还可测量日面不同地方的视向速度。

光电磁像仪原则上可测量纵向磁场、横向磁场及其方位角，但测量横向磁场是很困难的，因为横向磁场的信号比纵向磁场的弱得多，而且不能在测量过程中自动消除仪器偏振。许多光电磁像仪的前置光学系统中均采用了定天镜那样的装置。这种装置引入的仪器偏振是变化的，难于补偿，而且在数值上往往会大于横向磁场导致的太阳辐射偏振。因此，许多光电磁像仪实际上只用于测量纵向磁场。但是，光电磁像仪测量精度高，在选择谱线上具有较大的灵活性，除了测量磁场外，还可测量日面亮度场和视向速度场。随着多通道探测器的应用，测量速度也不断提高。图2 太阳磁图是用美国基特峰天文台光电磁像仪得到的太阳磁图。

太阳照相磁像仪

用照相的方法获得日面纵向磁场图的太阳磁像仪。1958年，莱顿最先用美国威尔逊山天文台的太阳摄谱仪改装而成。在太阳单色光照相仪入射狭缝前安置光束分离器和偏振光分析器，使分离的左旋和右旋的偏振光在狭缝的不同部位进入单色光照相仪，这样就能在扫描底片上得到一对相反圆偏振的局部太阳单色像。先将其中一张负片翻拍成正片,并使它的反差值精确地等于1；再将它同另一张负片迭合，复制成一张照片，就是日面纵向磁场图。在使用窄带滤光器的太阳望远镜上也可用照相相减法获得磁场图。照相方法的优点是角分辨率较高，记录时间较短，不涉及复杂的电子技术。磁场灵敏度约20高斯。但是用上述相减方法处理磁图，尤其是保证反差□ =1（见天文底片），需要相当细致的工作和较长的时间。虽然有人提出半自动照相相减法，但结果比较粗糙，未被广泛采用。

太阳视频磁像仪

用电视摄像管作为探测器的一种太阳磁像仪。光学系统是采用窄带滤光器的望远镜。测量横向磁场时滤光器透过带调节到磁场敏感谱线的线翼或线心。滤光器前安置偏振光分析器。摄像管接收到的调制信号输入计算机进行处理。测量结果可在荧光屏上实时显示为磁图,也可记录在磁带上。澳大利亚库尔古拉天文台的视频磁像仪采用干涉滤光器，能以0.3秒的曝光时间,拍到一张磁图，其空间分辨率约为2□。视频磁像仪能以较高速度记录和显示磁场，特别适宜于研究日面快速变化的磁场现象，但受摄像管性能限制，测量精度较低。现有的视频磁像仪大都限于测量纵向磁场。

参考书目

叶式编著：《天体的磁场》，科学出版社，北京，1978。

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