光纖陣列太陽光學望遠鏡獲科學和技術關鍵進展

通過對光纖陣列太陽光學望遠鏡（FASOT）原理樣機在2013年加蓬日全食期間取得的觀測資料處理和分析，中國科學院云南天文臺FASOT團組在弱偏振信號測量方面取得了科學和技術兩項關鍵性進展，為正在研制的第一和第二代FASOT以及未來的大型日冕儀COMPASS打下了堅實的基礎。

常規獲取太陽大氣中磁場矢量三維結構精確信息的成功與否很大程度上取決于儀器對弱磁場產生的弱偏振信號的感知（靈敏度）和精確測量（準確度）能力。因此弱偏振信號的靈敏且精準探測成為FASOT的關鍵技術。

法國天文學家Donati等人于1990年(Astronomy and Astrophysics，1990，232，L1)首創了偏振光學開關技術來降低偏振測量噪聲。這項技術通過交換由偏振分析器出射的雙光束偏振態來最大程度降低影響偏振測量靈敏度和精確度的因素。屈中權等人在2017年（Solar Physics, 2017,292:37）提出了簡化偏振光學開關（RPOS）技術方法。它不再需要在常規偏振觀測時在每個偏振調制態都進行雙光束偏振態互換，只需進行一組可以將望遠鏡各光路以及此時視寧度等消光信息精確傳遞下去的偏振光學開關模式的測量，將其與常規偏振觀測數據進行交叉對比就可提高偏振測量的靈敏度和準確度。這也確定了新的觀測模式以及簡化了偏振分析器結構。在12月1日發表的題目為“由日食偏振光譜測量揭示的太陽高層大氣的復雜性”論文（the Astrophysical Journal, 2022, 940:150）中，研究人員對5種實現RPOS的方法產生的結果進行了精確度的檢驗。這一技術不僅克服了傳統偏振光學開關的三大缺點（時間分辨率低，存儲空間大，結構復雜），還提高了測量的靈敏度和工作效率。

通過2013年加蓬日全食觀測，FASOT原理樣機在國際上首次同時獲得同一視場內516-532nm波段中日冕、過渡區和色球發射譜線的輻射強度I和歸一化的線偏振光譜Q/I觀測資料（見附圖）。應用以上技術，分析了這些形成于不同高度的譜線I和Q/I空間和色散方向的分布特征，發現不同譜線線偏振面旋轉速率不一致，在不同空間點會產生超過一個量級的偏振大小變化，日冕禁線與其他譜線的偏振存在很大的差別，Q/I輪廓呈現多樣性。在對這些現象做出相應的解釋之后得出結論：高光譜分辨率和對兩條或者以上的譜線同時進行全斯托克斯光譜測量成為日冕磁場矢量測量儀器如COMPASS必備的功能。

該工作得到國家基金委國家重大科研儀器研制項目11527804與國家基金委和中國科學院天文聯合基金重點項目U1931206支持。

論文鏈接

圖1.譜線強度和歸一化線偏振強度隨高度的變化