AIMS望远镜 - 图片展示 - 中国科学院国家天文台怀柔观测基地

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2024-07-20 21:20:16

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AIMS望远镜

 

        用于太阳磁场精确测量的中红外观测系统(简称AIMS望远镜)为国家自然基金委重大仪器专项(部委推荐)支持项目,放置于青海省海西州赛什腾山冷湖天文基地,开展长期、系统的中红外太阳磁场观测,弥补国际太阳磁场观测设备在这一波段的缺失,抢占中红外太阳磁场测量的前沿阵地。

        项目在科学层面上,期望解决太阳磁场测量百年历史中两个瓶颈问题,即偏振测量反演到磁场过程中对太阳大气模型的依赖问题和横向分量测量精度远低于纵向分量的问题。通过这些问题的解决,实现太阳磁场从“间接测量”到“直接测量”的跨越,首次以优于10高斯量级的精度开展太阳矢量磁场测量,将横场测量水平提高一个量级,提供更精确的磁场测量数据,推动太阳物理研究的发展。同时,望远镜还将探索中红外波段这一目前太阳物理知之甚少的波段所蕴含的新的科学研究机遇,揭开太阳在中红外波段的神秘面纱。技术层面上,通过本项目,极大提升了我国在中红外探测器、高分辨光谱获取能力、大口径红外太阳望远镜成像与偏振协同优化、中红外偏振测量等方面的技术水平。

 

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        仪器设备的技术指标如下:
        主光路
                矢量磁场测量精度:优于10高斯
                光谱分辨率:0.6Å (波数0.004cm-1)
                光谱扫描时间分辨率:30s
                观测谱线:Mg I 12.32μm
                有效口径:1m 
                视场:192″×192″
                探测器像元数:64×2(像元分辨率:1.5″)
        成像光路: 
                工作波段:8-10μm
                视场:384″×384″
                探测器:256×256 (像元分辨率:1.5″)
 
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        望远镜系统由引导光学、偏振分析器、光谱仪、探测器、数据分析处理单元五个大的部分组成。此外,为了引导光谱仪对观测目标的选择、定位,以及方便观测数据与其它设备资料的联合分析研究,还设计了一个8~10μm中波红外成像系统,协同主系统的观测。
 
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 太阳中红外偏振测量系统框图

 
        引导光学由主镜、主次镜、折轴系统、两维转台、后光学系统和指向跟踪控制系统构成。抛物主镜和副镜构成离轴格里高利系统将太阳成像于系统焦点,经折轴反射镜和消旋镜进入库德房,经后光学中中继镜和准直镜组合形成准直光束将太阳成像于傅里叶光谱仪中间位置,光束从FTIR出射后经冷光学系统聚焦在红外探测器靶面,形成干涉图数据,经过图像反演得到光谱图,完成一次观测。观测数据存入分析处理系统,经数据预处理后形成可供使用的科学数据。为获得稳定和优质的光束,后光学系统还配备了远近场监视光路、摆镜稳像光路和波前传感光路。 
        在光路中利用分光片(透射8~10μm波段的光,反射12~12.5μm波段的光)将8~10μm波段的光从望远镜主光路分离,会聚至256×256中红外面阵探测器,获取太阳局部图像。为消除太阳的周视日运动造成图像旋转,在光路中加入消旋镜。在光路中留有偏振定标单元和偏振分析器位置。
 
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引导光学系统结构示意图
 
        偏振分析器利用不同的偏振态选择不同的Zeeman子线进入光谱仪,从而获取各Zeeman子线的光谱轮廓。 
        光谱仪获取高分辨率光谱轮廓,在中红外波段,传统的光栅光谱仪等分光设备的光谱分辨率和信噪比无法满足项目需求,FTIR是唯一选择。
 
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中红外傅里叶光谱仪工作原理及信号流程图

 
        探测器记录通过系统后的光子信息。
        数据分析处理单元分为两部分,一部分是将探测器记录的FTIR采样信息进行解算,从而获得光谱信息;另一部分是对所获得的光谱数据进行处理,例如数据定标等,最终获得用户可开展研究的科学数据。 

 
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