基于钠原子鉴频的太阳光球、色球观测方法研究

The sun is the source of human survival, however the solar activity is the source of intense space weather disasters. It is useful to observe the photosphere and chromospheres with the high spectral resolution method for solar physics research and space weather forecasting capabilities. A new method for solar photosphere and chromospheres observation based on sodium atomic frequency discriminator (AFD) was proposed in this project. A sodium AFD with a line-center passband will be employed to observe the Fraunhofer D line core for chromosphere observation, a sodium AFD with two wing passband will be employed to observe the two wings of the Fraunhofer D line. Comparing with the conventional method, due to high spectral resolution （R>100000）and stability (~1K) of AFD, this method will observe the chromosphere and photosphere with high spectral resolution and stability simultaneously. The successful implementation of this method will be the theoretical and technical basis for the future application of high spectral resolution astronomical and space borne observations.

太阳是人类生存的源泉，而太阳活动是剧烈空间天气灾害的源头。利用高光谱分辨率方法，对太阳光球、色球等高度层次进行观测，可以促进太阳物理基础研究、提升空间天气灾害的监测预报能力。本项目提出一种基于钠原子鉴频的太阳光球、色球观测方法，拟利用中心峰与双峰透射两种谱型的原子鉴频器分别观测太阳夫琅禾费钠谱线 (D线) 的线芯和线翼，实现基于原子鉴频的色球与光球层顶观测，获得太阳谱斑、黑子等图像。相比于传统滤光鉴频器件，原子鉴频器同时具有高分辨率（R>100000）和高稳定性（温控精度要求约为1K）的优点，使得本方法将成为一种光谱分辨率高、稳定性好的太阳观测方法。本项目方法的成功实施，还可为原子鉴频应用于其他高光谱分辨率天文观测以及星载天文观测奠定理论和技术基础。

原子鉴频太阳观测方法同时具有高光谱分辨率和高稳定性的特点。本项目开展了基于钠原子鉴频的太阳光球、色球观测的方法研究。研究过程中采用中心峰透射与双峰透射两种谱型的原子鉴频器分别测量夫琅禾费钠谱线线芯和线翼，从而实现了基于原子鉴频的太阳光球层顶和色球层的观测，获得太阳谱斑、黑子等图像。完成了如下3项主要研究内容，(1)鉴频器谱型对应钠谱线形成高度的理论研究，(2)中心峰与双峰钠原子鉴频器的理论设计与技术研制(3)钠原子鉴频光球、色球同时观测方法实验验证。通过项目研究促进了原子鉴频太阳观测方法的发展，为下一步开展基于原子鉴频的太阳磁场观测奠定了基础。本项目实验观测中，还获得了从太阳活动区光球层过渡到色球层的多个层次的图像，超出了项目预期，为下一步开展太阳活动区三维结果研究积累了实验基础。