Сатурн
Кiрiспе
Ұсынылған жұмыс, инфрақызыл облысты спектріне жақын (),
планетаның дискі бойынша жарықтылықтың абсолютті спектрлік коэффициентін
және фотомерлік сипаттамаларын бақылау негізінде Сатурн атмосферасыныңа
аэрозольды ортасы мен газының оптикалық қасиеттерін зерттеуіне арналған.
Жұмыстың өзектілігі. Ғасырлардан ғасырларға Сатурн планетасы
бақылаушы астрономдарды қызықтырып жүрді. Бірақ зерттеулердің белсенді
жүргізілуі,20 ғасырда ғана басталды. Ғарыштық аппаратармен Айды, Шолпанды,
Марсты, Меркурийді бақылауының жақсы дамуы, сол уақытта Жер үстінде және
Күн жүйесінде алыс қашықтықтарда орналасқан планеталарды (оның ішінде
Сатурн да бар) бақылауға ынталандырды. Ең әуелі ол, ғарыштық аппаратармен
алып гиганттарды зерттеу әдісімен және есепті (міндетті) дайындау қажет
екендігімен түсіндірілді.
20 ғасырдың ортасында АН КазССР астрофизикалық институтында
В.Г.Тейфельдің басқаруымен көрінетін облыс спектрінде Сатурнды бақылау
жұмысы жүйелі түрде басталды. Осындай зерттеулер немесе бақылаулар біздің
елдің басқа обсерваторияларында және шет елдердің де обсерваторияларында
жүргізілді. Фотоэлектрлік спектрометрдің көмегімен Дж.Койпер және
В.И.Морозбен диапазонында Сатурнның спектрі алынды. Инфрақызыл
облысына жақын () Сатурнның спектрі аз сәулеленетін болып қала берді.
2000 жылға дейін барлық мәліметтер кіргізілген В.Г.Тейфельдің редакциясымен
“Алып – планеталардың физикалық сипаттамалары” анықтама – шолуында, осы
спектр облысында жұтылу жолағы белгіленбеген. Осы диапазондағы толқын
ұзындығы, әртүрлі қарқындылықты метанның айналмалы – тербелмелі жұтылу
жолағымен сипатталады және олардың әрқайсысы Сатурн атмосферасында әр түрлі
өзгертіліп, бұлтты қабаттың құрылымы туралы мағлұматтарды береді. Осыған
байланысты, әртүрлі қарқындылықты жұтылу сызығын өлшеу нәтижесі
бойынша,спектрдің ИҚ- облысына жақын () Сатурн дискісінде метанның
жұтылуын және планетаның оптикалық параметрлерін салыстыруын зерттеу, үлкен
қызығушылық тудырды.
Осы жұмыстың басты мақсаты болып, метанның жұтылуы және онымен
көршілес үздіксіз спектр учаскесінде спектрдің ИҚ- облысына жақын ()
Сатурнның бұлтты жамылғысына қатысты нақты бақылау мәліметтерін алу болды.
Фотометрлік мәліметтерді талдауы Сатурнның бұлтты қабаты мен бұлттың
жоғарғы қабатындағы атмосферасының кейбір физикалық сипаттамаларын
бағалауға мүмкіндік беру керек.
Осы жұмыстың жаңалығы болып, аз зерттелген толқын ұзындығы
диапазонында Сатурнның бұлтты жамылғысының спектралды және фотометрлік
қасиеттерін мүмкіндігінше толық сипаттайтын, бақылау материалы (мәліметі)
алынды. Ерекше құнды 2000 жылғы бақылаулар болды, өйткені, бірінші рет
жарығырақ сақина жағынан жер атмосферасында планета дискісінің дұрыс
көрінбеуінен тәуеліз, планетаның шын экватор және орталық (центральды)
меридианын бойлай метанның жұтылу жолағында жарықтылықтың таралуы
(үлестірілуі) алынды. (Осы маусым Жер мен Күнге қатысты сақинаның нөлдік
еңкеюімен сипатталады. Ол 15 жылда бір рет кездеседі.). Басқа бақылау
маусымдарында (2002,2004,2006-2009 жж.) жұтылудың төрт жолағында және
көршілес үздіксіз спектр учаскілерінде (күшті жұтылудан тәуелсіз) орталық
(центральды) меридианы мен қарқындылық экваторын бойлаған жарықтылықтың
таралуы (үлестірілуі) да зерттелген. Орталық (центральды) меридианын бойлай
8860А метанның жұтылу жолағында жарықтылықтың таралуының бойлық вариациясын
зерттеуі жүргізілді. Жер атмосферасынан пайда болатын, дұрыс көрінбеу
(кетіру) функциясын ескеріп,атмосфера параметрлерін анықтау әдісі ұсынылды.
Автор өз қорғауына дейін толқын ұзындығы диапазонында Сатурнның
спектралды мен фотометрлік және планета атмосферасында сәулеленуді
тасымалдауда маңызды рөл ойнайтын, газды-аэрозольды ортада төмендегідей
оптикалық параметрлерді бағалауға мүмкіндік беретін, атмосфераның
екіқабатты моделінің (үлгісінің) шегінде олардың түсіндірілуінің
нәтижелерін қорғайды (шығарады):
жұтылу жолағында бұлтты қабаттың жарықтылық коэффициентін;
бұлтты қабаттың шетіне қарай қараю коэффициентін;
бір ретті шашырау альбедосын;
бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосфераның оптикалық қалыңдығын;
аэрозольда шашырау коэффициентінің көлемділігі және бұлтты қабаттың
жоғарғы шекарасында газбен жұтылуы;
бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосферасында метанның болуы(мөлшері);
бұлтты қабатта шашырау актісі мен фотонның тәуелсіз өту орташа
ұзындығының арасына келетін жұтылатын газдың мөлшерін.
Жұмыстың ғылыми және практикалық мәні (маңыздылығы). Жарықтылықтың
таралуы мен атмосфераның оптикалық параметрлерін бағалау бірнеше теориялық
есептерді шешу, жеке түрде қарастырғанда, біртексіз үлгілерді, сонымен
қатар Сатурнды жерде және ғарышта зерттеу жобаларын дайындау үшін
пайдаланылуы мүмкін.
Жеке үлесі. Автормен жеке өзі бақылаған материалдың жартысы алынды,
оларды өңдеп, түсіндірді.
1. Сатурн
1. Шолу
Сатурн атмосферасын зерттеу планетаның кең аралықта толқын
ұзындықтарын фотометрлік, поляриметрлік және спектрлік бақылауларға
негізделген. Бақыланатын жұмыста планеталық атмосфераның сәуле шашуын
тасымалдайтындығын теориялық зерттеулердің дамуымен тығыз байланысты.
Ұзақ тарихи экскурсты талқыламай, Сатурнның фотометрлік зерттеулері
біздің заманымыздың басында Пулковский обсерваториясында Г.А.Тихов [6],
кейіннен Г.А.Шайн [7] жүргізді. Харьков астрономиялық обсерваториясында
Н.П.Барабашовтың басшылығымен ай және планеталар,сонымен қатар Сатурн
фотометриясы кеңінен дамыды [3].
Фотометрлік өлшеуде Сатурн дискісінің интенсивтілігін үлестіргенде
екі фактор қиындатады: планетаның бұрыштық өлшемі ( 20 сек доғаға жуық)
және күн мен жермен салыстырғанда Сатурн экватор жалпақтығы еңкею шегінде
кең өзгеруі [270 жуық]. Сондықтан ерте зерттеулер экватор бойындағы
интенсивтілігі фотометрияның негізі болып сол жылдардан қарастырды. Бірақ
экватор бойындағы интенсивті жарығын өлшеу планетаның әртүрлі кеңістік
белдеуі арқылы өтеді де,бірдей емес оптикалық сипатқа ие, сондықтан
бұлардың интерпретациялық бақылаулары практика жүзінде мүмкін емес. Әр
жылы жұмыс қатарын жасауда осымен қателеседі [11-15].
Бұл қатынаста Сатурнның фотометриялық өлшеуіне үлкен қызығушылық
көрсетіп, экватор жазықтықтың еңкеюі Сатурн эклиптик жазығына фотографиялық
бақылауы Маринмен 2006 ж. интерференольды және шынылы фильтраттар мен
толықты. [14] бақылаудан басқа аңғаратын мәселе фотометрияның кең
сызықтарына, 2006 ж. Тексеро [15] орындаған. Осы жылдың бақылаулары өте
қымбат себебі экватор жазықтығының еңкеюі жерге қатынасын, фотометрия
бойында жүргізіп бөлек кең белдеу және практика жүзінде сақина жақта
кедергілерді туғызды.
2001 ж қазан Мауна-Кеа обсерваториясында (Га) 61 см рефлектор арқылы
интерференциялық жарықсүзгіден көк (λ=0,434мкм), жасыл (λ=0,556мкм) және
қызыл (λ=0,620мкм) доғада алынды,топтама көшірмелерін В.Г.Тейфель [10-
20]өңдеген болатын. Бақылау кезінде сақина жазықтығының еңкеюі эклиптик
жазықтығына 250 шамасын құраса, қараңғылықты Сатурн диск шетіндегі спектр
аймағын көруде жақсы сападағы көріністерді анықтауға мүмкіндік туғызды.
Диск шетіндегі қараңғылықты миннаерт коэфицентін Байлер мен
Маккартидің фотометрия жұмысындағы бақылаулар болып табылады, олар ИК
спектр аймағына (0,6-дан 2,0 мкм) жақын. Бұл өлшеулер бір планетаның
кеңдігінде интерференция жарықсүзгіде орналасқан нүктеге дейін жүргізілді.
Бұл жұмыстың бір кемшілігі сүзгінің арнайы үздіксіз спектр бөлігі және
жұтылу сызықтарының орталығы болу үшін таңдалмаған,сондықтан көп жағдайда
олардың максималды өткізулері жұтылу сызықтарына келіп түседі. Салдарынан
үздіксіз спектр бөлігінде қараю аймағы мен жұтылу сызықтарының шетіндегі
қараю коэффиценті аз айыршалықтары бар, бұл қорытындылар әлбетте
қызығушылық туғызады.
Сатурндағы фотометриялық ізденісті түйіндей келе келесі қорытындылар
жасауға болады:
1) Спектрдің көріну аймағында альбедо бұлты бөлдеуінде нақты
айырмашылықтар байқалмайды.
2) Локализденген бұлттардың түзілуі іс жүзінде болмайды.
3) Сәулелердің көп көрінетін жарық аймағы Сатурн экваторлық
белдеуінде
4) Ең жақсы түсірілімде бұлтты жамылғының зоналық маңы жақсы
бақыланады, бірақ жеке бұлтты белдеулер арасындағы қарама-
қарсы аз және тек экваторлық белдеуде көрші белдеу спектрінің
қызыл бөлімінен шамамен 10% жарықтайды.
5) Диск қараю шетінің миннаерт коэффицент өлшемі жоғарыда аталған
авторлармен өзара жақсы сәйкес.
Сатурн дискі центрінің жарықтылығының абсолютті спектралды
коэффициентін өлшеу фотометрлік бақылауларды калибрлеу(жазып отыру) үшін
қажет. Бірақ мұндай жұмыстар аз жүргізілген. Өйткені тек қана Л.А.Бугаенко
[21] және В.Г.Тейфель [20] ғана жарықтылықтың абсолютті коэффициентін
өлшеуін жүргізген. Ал Байндер мен Маккарти [48], ұзынтолқынды облыс
спектрінде (0.6-2.0 мкм) Сатурнның бөлек аймақтарында(зоналарында)
геометриялық альбедосының мағынасын анықтады. Геометриялық альбедодан
дискінің шетіне қарай қараю коэффициентін пайдаланып, жарықтылық
коэффициентін шамалап табуға болады. А.М.Грецкий фотометриялық өлшеулер
арқылы Сатурн дискі центрінің жарықтылық коэффициентін анықтады. Онымен
алынған нәтижелер әлдеқайда жарықтылық коэффициентінен ерекше(басқаша),ол
[22] жұмыстарында келтірілген және болғанда 0,56-ны (фильтр КС-II),
ал мкм болғанда 0,45-ті (фильтр ЗС-I) құрайды. Бірақ автор жүйелі
қателік 20-ға жетуі мүмкін дейді. Кейіннен УК және көрінерлік
спектрінде Сатурн дискі центрінің жарықтылық коэффициентін анықтауға
А.П.Видмаченко [32],СМГайсин [23,29], ал жақын ИҚ-облыс спектрінде-
автордың [28,29] өзі жүргізді.
Қысқаша түрде УК- және көрінерлік облыс спектрінде дискі центрінің
жарықтылығының абсолютті коэффициентінің бақылау нәтижелерін төмендегідей
қорытындылаймыз:
1) [25] жұмыстан басқа, барлық нәтижелер бір-бірімен сәйкес. Неге
[25]жұмыс?
2) Толқын ұзындығы өскен сайын 0,4 тен 0,7 мкм-ге дейін Сатурн дискі
центрінің жарықтылығының абсолютті коэффициенті монотонды өседі 0,2 ден
0,8ге дейін.
Сатурн дискісінде молекулярлық жұтылуды зерттеу атмосфераның тек қана
газды компоненттерін ғана емес, сонымен қатар аэрозольда жұтылу және
шашырау коэффициентін, бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосферасында метанның
мөлшері(болуы) және т.б. сияқты, планетаның бұлтты қабатының сипаттамаларын
алуға болады.
Сатурнның көрінерлік және ИҚ- облыс спектрінде метанның жұтылу
жолағы ғана бөлініп тұрады. Сатурн спектріне қатысатын, басқа газдардың
жұтылу жолағынан аммиактың жұтылу жолағын () бөліп алуға болады. 6450
А облысындағы әлсіз жұтылу ГАО АН УССР [30] және Мак Дональд
обсерваториясында [27] спектрометриялық өлшеулер бойынша көрінді. [28]-ші
бақылауларынан, жұтылу тереңдігі Сатурн диск шетіне қарай
әлсізденетінін көрсетті. Метанның жұтылу жолағы үлкен қарқындылыққа ие,
сондықтан олардың планета дискі бойынша таралуын зерттеу жақсырақ. Осындай
бірінші бақылаулар [31] экватормен салыстырғанда планетаның солтүстік және
оңтүстік жартышарларында метанның жолағының 6190А қарқындылығы
күшейтілгенін көрсетті. Метанның жұтылу жолағының қарқындылық вариациясының
мәндері көптеген жүйелі емес бақылауларымен [16,34,36-38] тіркеліп
отырылды. 2006 мен 2004жж.аралығынд АН КазССР Астрофизикалық институтында
В.Г.Тейфельмен және Г.А.Харитоновпен Сатурнда метанның жұтылу жолақтарында
6190 А және 7250 А жүйелі зерттеулер жүргізілді. Бақылаулар нәтижелері
бойынша олармен келесідей қорытынды жасалды:
Бірқалыпты ендіктерге қарағанда, экватордағы жұтылу айтарлықтай төмен
Экваториалдық аймақ(зона) және бірқалыпты ендіктер үшін жолақ тереңдігі
орталық меридианда да және диск шетінде де дәлме- дәл, өлшеу қателіктеріне
дейін сәйкес келеді.
ГАО АН УССР-де А.В.Мороженконың жетекшілігімен дамыған, аэрозольдың
құрамында зерттеуінде поляриметрлік бақылаулары да маңызды рөль атқарды.
Осы бақылаулар бойынша авторлар сыну коэффициенті n=1,33-1,44 болғанда
Сатурнның бұлтты жамылғысының орташа радиусты бөлшектерін және өлшемдері
бойынша нормалды – логарифмдік таралудың параметрін анықтады.
Ұқсас бағалаулар Абастуман обсерваториясында Л.А.Сигуамен [34-35]де
алынған.
Бақылаулардың нәтижелерін интерпретациялау түсіндіру теориялық
есептеулердің дамуымен тікелей байланысты және жартылай шексіз бұлтты
қабатпен планета атмосферасында нұрлы энергияның тасымалдауы бойынша
есептерді шешілуіне негізделген [33-1]. Алып – гиганттарға қолданылатын
осындай есептеулер g ассиметрия параметрінің әр түрлі мәнді Хеньи –
Гристейн индикатрисасы үшін Ж.М.Длугач және Э.Г.Яновицкиймен жүргізілді
(1.1)
мұндағы - түскен және шашыраған бағыттарының арасындағы бұрыш.
В.М.Лоскутовпен [38] және В.В.Аврамчукпен [18] осындай есептеулер әр
түрлі параметрлі және үш мүшелі қатарлы индикатрисасы үшін,
осындай түрінде жазылды
(1.2)
(мұндағы – Лежандр полиномы).
В.Г.Тейфельмен [46] теориялық есептеулермен нәтижесімен бірге[43-44]
алынған фотометрлік мәліметтердің салыстырмалы талдауы жүргізілген. Содан,
бақылау нәтижелері сфералық,релеевтік шашырау және сонымен қатар кіші
дәрежелі ассиметриялы индикатрисасының шашырауы болған жағдайындағы
теориялық есептеулерімен сәйкес келеді. Соның өзінде, релеевтікке жақын
шашырауды тудыратын, бөлшектер кіші өлшемді болу керек (a ˂ 0.1 мкм). Бұл
поляриметрлік өлшеулерге қайшы [39-45], осыдан келе, бөлшектердің орташа
радиусы а ~ 1мкм тең екені шығады.
Күн сәулесінің планетамен шағылысуы құрылғанда, шашырау
индикатрисасы алдыға қарай қатты созылған, ірі бөлшектер үшін кері шашырау
өте маңызды рөль атқарады. Ал Хеньи – Гристейн индикатрисасының алдыға
қарай созылуы кері шашырауды ескермейді. К.Ю.Ибрагимовпен [31] Хеньи –
Гристейн комбинирленген индикатрисасы үшін жартылай шексіз бұлтты қабатында
нұрлы энергияның шашырауының теориялық есептеулерін жүргізген
(1.3)
параметрін жекелендіріп, кері шашырауға түсетін мәнді өзгертуге
болады.
Осы есептеулермен Сатурнды бақылау, =0.8, =0.6, =0.95
болған кезінде бір - бірімен сәйкес келген. В.Г.Тейфельмен [61] жұтылу
жолағын бақылаған уақытындағы нәтижелерін
интерпретациялағанда(түсіндіргенде) =0, =0.75 ассиметрия
параметрлерімен Хеньи – Гристейн индикатрисасы және =0.8, =-0.6,
=0.95 параметрлерімен комбинирленген индикатрисасы алынды. 6190 және
7250 А жұтылу жолағын өлшеу бойынша Сатурнның бұлтты қабатының ішінде және
сыртқы атмосферасында метанның болуын(мөлшерін) көрсететін, төменде кестесі
келтірілген.
Мұндағы - бұлтты жоғарғы қабатының атмосферасында жұтылатын
газдың бар болуы(мөлшері); - бұлтты қабатта шашырау акті мен фотонның
тәуелсіз жүруінің орташа ұзындық аралығындағы жұтылу газының саны; –
қалыпты жағдайларда алынған, бұлтты қабатынан тыс атмосферасының басты
қабатындағы метанның тығыздығы.
Кесте 1.
Сатурнның бұлтты қабатының ішінде және сыртқы атмосферасында метанның
болуын(мөлшерін) көрсететін кесте.
Экватор Жолақтың жұтылуы
6190 А 7250 А 6190 А 7250 А
Хеньи – Гристейннің Индекатрисасы ( g=0.75, =0.75)
, м-амага54 34 85 43
, м-амага11 9.4 13 15
, 16 10 27 14
амага
Комбинирленген индикатриса (=0.8,=0.6,в=0.95)
, м-амага68 42 98 51
, м-амага13 13 16 25
, 22 13 32 16
амага
Әрбір екі белдеуден 6190 және 7250 А жұтылу жолағы үшін метанның
мөлшерінің мәні бір – бірінен ерекше. В.Г.Тейфель [20] вертикалды бңосы
жағдайды есептеулердің қателігімен емес, экваториалды және бірыңғай
белдеулерде Сатурнның бұлтты қабатының вертикалды біртексіздігінен деген
тұжырымды айтты.
1.2 Есептің қойылуы
Сатурнды көрінерлік, УК және ИҚ облысында спектрін зерттеу дамыған
болса да, бірақ жақын ИҚ облысты 0,6-1,1 мкм-де оның спектрі аз
сәулеленетін болып қала берді. Жоғарыда айтылғандай планетаның аз
сәулеленуіносындай факт арқылы болжам жасалады, 2000 жылға дейін барлық
мәліметтер кіргізілген В.Г.Тейфельдің редакциясымен “Алып – планеталардың
физикалық сипаттамалары” анықтама – шолуында, осы спектр облысында жұтылу
сызығы белгіленбеген деген. Осы диапазондағы толқын ұзындығы әртүрлі
қарқындылықты метанның айналмалы – тербелмелі жұтылу жолағының бар болуымен
сипатталады, оны зерттеу бұлтты қабаттың құрылымына қатысты қосымша
мәліметтерді береді. [20]көрсетілгендей бұлттың жоғарғы қабатындағы
атмосферада метанның болуы(мөлшері), 7250А жұтылу жолағында, 6190А жолағы
бойынша анықталғанына қарағанда, аз екені анықталды, яғни, жұтылу жолағы
тереңірек болған сайын метанның мөлшері аз болуы сәйкес келеді. 0,6 – 1,1
мкм толқын ұзындығы диапазонында метанның күшті жұтылу жолақтары, олар 8860
және 9870 А, және өздерінің 6190, 7250, 7900 және 8610 А қарқындылықтары
бойынша жақын жұтылу жолақтары орналасқан және әр түрлі қарқындылықты
жұтылу жолағын бақылағанынан алынған, метанның мөлшерін салыстыру үлкен
қызығушылық тудырады.
Осыдан шыға келе мынадай есеп қойылды, метанның жұтылу жолағында
және онымен көршілес үздіксіз спектр учаскілерінде , жақын ИҚ - облысы
спектрінде (0,6 – 1,1 мкм) Сатурнның бұлтты қабатына қатысты сенімді
бақыланған мәліметтерін алу. Фотометрлік мәліметтерді талдау Сатурнның
бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосферасының және бұлтты қабаттың кейбір
физикалық қасиеттерін алуға мүмкіндік береді деген ұйғарымға келген.
1.3 Бақылау әдістері мен аппаратураға деген қойылатын талаптар
Ереже бойынша, молекулярлық бақылауды зерттеу жұтылу жолқтардың
сұлбасын алуға негізделген. Бірақ бұл әдіс жұтылу жолақтарын өлшегенде
қанағаттанарлық дәлдікті бермейді. Сондықтан біз метандық жұтылуды
зерттегенде жұтылу жолақтарының қырларын өлшеудің классикалық әдісінен бас
тарттық. Біздің бақылау міндетімізге тереңдігі 0,4 – 0,7 тең, бірқалыпты
жұтылу жолағын (7250А, 7900А, 8610А) және R ~ 0.95 тең, күшті сызықтарды
(8860A, 9870A) зерттеу кірді. Соның өзінде сәулеленудің максималды
қарқындылығы үздіксіз спектр облысында Сатурн дискі центріне, ал минималды
– күшті жұтылу жолағының центрінде дисктің шеткі облыстарына келеді.
Сонымен Сатурнды спектральды бақылағанда қарқындылықтың максмиалды құлауы
65 дб жуығын құрайды. Осындай кең динамикалық диапазон күшейткіш
коэффициенттерінің ауыстырып – қосуынсыз толығымен алына алмайды. Сондықтан
жұтылу жолағының центрінде де, және онымен көршілес үздісіз спектр
учаскілерінде де зерттеліп отырылған толқын ұзындығын белгілеп алып, Сатурн
дискі центрі бойынша кеңістіктік сканерлеуді жасап шығару шешімі
қабылданды. Сол кезде қарқындылықтың құлауы 30 дб аспайды және сызықтық
күшейткіштің динамикалық диапазонына толығымен кіреді. Сканерлеу бағытының
ориентациясы(бағдар) экватордың және орталық меридианның маңында бақылау
жүргізілді. Белгілі масштабтарда алынатын суреттердің сұлбасы арқылы B
сақинасына қатысты диск центрінің орнын оңай анықтауға болады (суреттердің
масштабтары жеке түрде анықталды). Сатурн осінің эклиптика жазықтығына
еңкеюі едәуір үлкен болғандықтан декарттық координаттар сфералыққа
ауыстырылды және бөлек бұлтты құрылымдарының бойында жарықтылықтың таралуын
білу мақсатында түсу мен шағылу бұрыштарымен байланыстылығын тапты.
Бізбен салыстыру үшін алынған, тірек жұлдыз стандарттары үшін үлкен
толқын ұзындығы 0,8 мкм облысында бірлік абсолютті энергияның таралуына
қатысты мәліметтер жоқ, Сатурн абсолютті спектрофотометриясының басты
міндеті, оның орындалуы кезінде екі бөлікке бөлінді:
= 0.5 – 1.1мкм болғанда Күнге қатысты планета дискі орталығының
(центрінің) шағылу қатыстылығын ( = 6800A тұрақтандырылған) анықтау;
= 0.5 – 0.8 мкм болғанда жұлдыз – стандарттарға абсолютті бекітілуі.
Шағылу мүмкіндігінің қатыстылығын анықтау Сатурн дискі центрінің және
сонымен қатар Күннің спектрлерін салыстыру әдісімен жүргізілді. Салыстыру
үшін Ай мен күндізгі аспанның спектрлерін пайдалану жақсы ой болған жоқ,
өйткені олар зерттеліп жатқан толқын ұзындығы облысында Күндікінен
әлдеқайда ерекше.
Тізімделген(сипатталған) өлшеу әдістері:
Күшейткіштің бір диапазонында 30 дб – дан кем емес динамикалық диапазонды
электрлік сигналдар өлшену арқылы, өлшеудің фотометрлік дәлдігін
жоғарылатты (жұтылу жолағының сұлбасын жазба әдісімен салыстыру бойынша);
Алынатын суреттердің сұлбалары бойынша суреттің сапалығын бақылау
(фотометрлік сұлбалар жер атмосферасының тұрақсыздығымен бұрмаланатын
болса, алып тасталынатын), ал жұтылу жолағының сұлбаларын жазып отырған
сәтте, суреттің сапалығын бақылауға мүмкін болмайтын;
Дәлдік қалпын жақсарту (жазбаның белгілі масштабы арқылы дисктегі қандай
да бір нүктенің орнын нақты анықтауға болады).
2000 жылғы бақылауларына қолданылған, атмосфералық ұйуына ұшыраған
суретті түзету, өлшеудің дәлдігін тағы да жақсартуға мүмкіндік берді.
Комплексті бақылауларды ойдағыдай өткізу үшін, алынған толқын
ұзындықтарында Сатурн дискісінде берілген аймақтардың тар жолақты
фотометриясы және жарықтылықтың абсолютті коэффициентін өлшеуі қосылған,
төмендегідей шарттарды қанағаттандыратын аппаратураны ойлап табу керек
болды:
Жұлдыз стандарттарға абсолютті бекітілуін(қиылысуын) алу;
Үлкен интервалды толқын ұзындығының спектралдық көрсеткіші 30 – 240 А
арлығында және берілген бағытта планетаның дискі бойынша жарықтылықтың
таралуының қатыстылығын алу;
1 сек.доғадан төмен емес кеңістіктік көрсеткішімен қамтамасыз ету;
0,05 радиустан кем емес дәлдікпен планета дискісінде фотометрленетін
учаскісін белгілеу;
Өлшеу дәлдігімен және алынған нәтижелер бойынша қайтадан өлшеулер
жүргізгенде қателігі 1% - дан төмен болмайтын;
Бақылау мүмкіндігі және ары қарай атмосфералық кедергілерді ескеру
2. 0.6-дан 1.1. мкм аралығындағы облыс спектрінде Сатурнның
спектрофотометриялық зерттеуіне арналған аппаратура
Зерттеулер кезінде бақылау мәліметтерін алу, жақсы таңдалынған
фотоқабылдағыш құрылғыға, оның функционалдау режиміне, олардың кезектелген
сигналдарын электронды өңдеуімен сәйкес келуінің оптималды шарттарына,
ақырғы сигналдардың рационалды құрылуына тәуелді, сонымен қатар
ақырғы(соңғы) тіркейтін орнатқыштардың жақсы таңдалуына тәуелді. Осы
берілген тарауда, спектралды интервалында = 0,6– 1,1мкм Сатурн дискі
бойынша метандық жұтылуын зерттеу үшін аппаратураны натуралды және
лабораториялық сынауын жасауын, дайындап шығару сұрақтары қарастырылады.
Фотографиялық орнатқыштармен жұмыс істеу тәжірибесінің молдығынан
фотоэлектрлік өлшеулер үшін қабылдағыш – тіркегіш аппаратурамен жұмыс істеу
шарттарының(талаптарының) құрастырылуына мүмкіндік берді, сонымен қатар
бақылау жобасына ары қарай түзетулер енгізілді.
Бақылау процессінде, фотоэлектрлік өлшеулер үшін қолданылатын
аппаратура жаңартылды. Бас кезінде АСП – 21спектрографы спектрометр
өрісінде спектр бойынша бірканалды сканерлейтін түріне қайтадан жаңартылып
жасалынған. Ескеру мақсатымен және жер атмосферасынан пайда болатын,
кеңістіктік бұрмалануды барынша болдырмауымен, спектрометрдің бірканалды
нұсқасын кейін екі каналды кеңістіктік және спектралды сканерлейтін
спектрометрге қайта жасалынған.
Фотоэлектрондық көбейткіштер Ag – O – Cs фотокатодымен, 0,8
мкм–ге сезімтал болғандықтан, өз шуларының жоғары деңгейімен сипатталады,
ал сигналдың шуға қатынасын алу қажеттілігі фотокөбейткіштердің суытылу
қажеттілігімен тығыз байланысты. Ол үшін, ФЭК– ті құрғақ көмірқышқыл
температурасына дейін суыту үшін тоңазытқыш камерасы құрастырылды және
жасап шығарылды.
Электрлік сигналдардың күшейтілуі және тіркелуі электрондық жүйемен
жүзеге асырылды, ол да жұмыс жасау процессінде жиі – жиі жаңартылып
отырылды. Бірінші жылдары күшейткіштің алдында тұратын выносной блогы қайта
жасалынған “Кактус – СМ - I” типті өнеркәсіптік күшейткіші пайдаланылған.
Кейіннен көп артықшылыққа ие, екі каналды күшейткіш – тіркегіш жүйе
жасалынды. Оның ішіне қосымша, өлшенетін сигналдың интегралдануы және екі
сигналдың қатынасын алу мүмкіндігі кірген.
Фотографиялық және де фотоэлектрлік әдісін жасап шығару, дамыту,
лабораториялық және аппаратураның комплексті сыналуы В.Д.Вдовиченконың,
С.М.Гайсиннің, сонымен қатар автордың бірігіп жасаған жұмысы. Электронды
жүйенің соңғы нұсқасын АФИ АН КазССР конструкциялық бөлімінде С.С.Шумильмен
дайындалып жасалды.
2.1 Сатурн спектрлерінің фотоэлектрлік өлшеулеріне арналған
аппаратура
Фотоэлектрлік әдіспен планетаның дискі бойынша шағылысқан
сәулеленудің қарқындылығының таралуын білу үшін басты қойылған мақсат,
сигналдың фотоэлектрлік тіркелуі үшін қайтадан жасалынған, АСП – 21
спектрограф өнеркәсібі базасында спектрометрге жалғанған өріс бойынша
сканерлеу құрастырылды және жасап шығарылды [67 -68].
0,6 – 1,1 мкм облысындағы толқын ұзындығы фотоэлектрлік өлшеулер үшін
ФЭК – 28, ФЭК – 62 және ФЭК - 83 типті фотоэлектрлік көбейткіштер алынған.
Олардың барлығы Ag – O – Cs типті фотокатодтар болып табылады және олар
фотокатодтардың құрастырылуымен, өлшемдерімен ерекшеленеді. Фотокатодта
кіріс көзінің суретінің диаметрі 2 мм болғанда толық ауданның қатынасына
тең, одан шу түсетін және жарық сигналы түсетін ФЭК - дің көрсетілген
типтері үшін төмендегідей: ФЭК – 62 25, ФЭК – 28, ФЭК – 83 250. 50
экземплярға жуығын құраған ФЭК – 28 партиясынан, практикалық жұмысына
ешқайсысы да алынбаған, өйткені, жұмыс уақытысында төмен жарықтылық
шартында, қойылған талаптар бойынша жұмыс істей алмаған. ФЭК – 83 20 түрі
және ФЭК – 62 100 түрі партиясынан ФЭК – 62 – нің үш экземпляры және ФЭК –
83 – нің екі экземпляры таңдап алынды, олар сигнал – шу сипаттамаларына
сәйкес келді.
Ары қарай ФЭК – тің оптималды қоректендіру режимін зерттеу бойынша
жұмыстар жүргізілді. Бізге белгілі, ФЭК - тің күшейтілу коэффициенті
қосымша беріліп ұратын кернеуге өте тәуелді. Оптималды қоректендіру режимін
зерттеген кезінде, көптеген ФЭК – 62 экземплярлары 1000 В - ті жоғары
кернеуде 2 – 3 сағат жұмыс істегеннен кейін( жеке экземплярларда 4 сағат
ішінде 1300 В болады ), жұмысқа шыдамай, бұзылады (құрылғының ішкі жағы),
бірақ берілген куәліктері бойынша одан да жоғары кернеуде жұмыс істеу
керек. Осы ФЭК – ді сынағаннан кейін, өте қараңғыда фотокөбейткіштің
колбасының ішінде жарықталу көрінген, ол төмен қысымдағы газды разрядқа
ұқсайды.
Бірінші каналда ФЭК – 62, ФЭК – 83 суытқышпен бірге қолданылды,
екінші каналда ФЭК – 79 суытқышсыз жұмыс жүргізілді, өйткені, күшті
жұтылудан тәуелсіз тірек толқын ұзындығы = 6600 А етіп алынған, ал
мультисілтілі ФЭК осы облыста жеткілікті сезімталдыққа ие.
Суыту жүйесін сынау нәтижелері, мыналарды көрсетті:
Фотокөбейткіштердің шуы кем дегенде 2 есеге төмендейді;
Тоңазытқыштың 5 сағат жұмыс уақытысында, ФЭК – нің фотокатоды және
жылуөткізгіш суланбайды;
Сигнал – шу қатынасын жақсарту мақсатында сәулеленуді қабылдау
негізінде, тағы да өте жоғары сезімталдыққа ие, инфрақызыл ЭОТ – дан және
мультисілтілік ФЭК – дан [45] тұратын жүйе қолданылды. Осы
құрастырылу (конструкция) ЭОТ – ның шуының деңгейін 4 есеге дейін
төмендеуіне әкелді. Осы жағдай ЭОТ – ның фотокатоды, қатты көмірқышқыл
температурасына дейін суытылуымен жүзеге асырылды, сол кезде шудың деңгейі
2 есеге дейін төмендейтіні белгілі болды. Оптикалық жүйе (ЭОТ экранынан ФЭК
фотокатодына) диафрагмамен бірге шудың деңгейін 2 есеге дейін төмендеуіне
себеп болды, өйткені, диафрагма ЭОТ – нан экранынан телескоптың кіріс
көзінің бейнесін алуға мүмкіндік берді (фотокатодтың диаметрі 40мм,
фотокатодтағы кіріс көзінің диаметрі 2мм). Берілген жүйенің ең басты
кемшілігі болып жарықты басқа әйнекшелерге жүргізетін оптикадағы жарықтың
жоғалуы және ЭОТ жоғары вольтті қоректендіргіш көзінің тұрақтылығын ұстап
тұру үшін талаптардың жоғары болуы(15 кв). Осы жобадағы болашағы бар болып,
70 пен 90% аралығында жарықтың люминофорлы сәулеленуін жіберуге мүмкіндік
беретін, ЭОТ – ның әйнекталшықты шығысымен қолданылуы болып тұр.
Барлық сәулеленуді қабылдағыштар жарық жіберілуінің сызықтығына өтті
және 4 есеге дейін жарқырауды өзгерткенде барлық күшейткіш диапазондарында
1% - дан кем емес қанағаттанарлық нәтижелерді көрсетті. Әрбір диапазондағы
жарқыраудың өзгеруі жарқырау көзінің жойып тастауымен жүргізілді, сол кезде
сигнал фотокатодтан жарқырау көзіне дейінгі қашықтықтың квадратына кері
пропорционал кемиді, ал бір диапазоннан екінші диапазонға өтуі нейтралды
фильтрлердің енгізілуімен жүзеге асырылды.
0,8 мкм – ге сезімтал, фотокатодтар, жоғары деңгейлі шулармен
қатысты сипатталады, әлсіз обьекттермен жұмыс істеген уақытта, сигналдың
шуға қатынасын алу маңыздылығы, фотокөбейткіштерді суыту сұрақтарымен
тікелей байланысты. Сондықтан тоңазытқыш камерасы [64] құрастырылған
болатын, ол ФЭК үш типі үшін: ФЭК – 62, ФЭК – 28, ФЭК – 83, құрғақ
көмірқышқыл температурасына дейін суытылуымен қамтамасыздандырды. ФЭК бірге
фотоблоктың эскизі 2 суретте көрсетілген. Дюраллюминиийден жасалған және
металдық корпусты(2), тоңазытқыш камерасының (1) арасында жылуөткізгіш
болып пенопласттан (3) жасалған қабат болды. Жарықөткізгіш (4), диаметрі
10мм және ұзындығы 60мм – лі оргоәйнекше СОЛ дан жасалған. Фотокатодтың
суытылуы ФЭК - нің торцтік бөліг і(5) арқылы жүзеге асады. Тоңазытқыш
камерасының кіріс бөлігінде жарық саңылауы(6) қарастырылған. Хладоагентпен
толтырылып тұруы тесік (7) арқылы жүзеге асады. ФЭК – нің диаметріне
байланысты бөшкенің ішкі бөлігіне өтпелі центрлейтін(орталандыратын)
жапсырма (8) кіргізілді. Фотокөбейткіштердің ұзындық бойынша айырымы
фотоблоктың (10) тоңазытқышпен цангтік біріктірілуімен (9) алынады.
Осындай біріктірілу колбаның бүйір жағында штангелькалары бар, ФЭК
үшін жақсы. Фотоблоктың корпусында, тұрақты токты күшейту режимінде де және
айнымалы токты күшейту режимінде де жұмыс істейтін, алдын ала
күшейткіш(12)және кернеуді бөлгіш(11) құрастырылған. ФЭК цоколі(13),
панель(14) және кернеуді бөлгіш, сонымен қатар алдын ала күшейткіш платасы
герматизирленген.
Cурет 1. ФЭК-тің тоңазытқышта орнатылуы.
Тіркеу үшін және атмосфералық кедергілерді мүмкіндігінше
әлсіздендіру, сонымен қатар бақылаудың эффективтілігін жоғарылату үшін АН
КазССР астрофизикалық институтында, сол АСП – 21 стандартты спектрограф
базасында екі каналды спектрометр [48] жасалып шығарылды, оның оптикалық
сызбасы 2 суретте көрсетілген. I cпектрометрдің кіріс саңылауы телекоптың
ұстап тұрған (позиционды) подшипнигінің көмегімен планета дискісіне қатысты
берілген бағытқа бағдарланады, ол зерттеліп жатқан аймақтан келген
сәулеленуді спектрометрдің ішіне өткізеді. Кіріс саңылауының жақтарының
астында телескоптың фотокальды жазықтығынан 0,5мм қашықтықта орналасқан
сканерлейтін элемент (2) орналасқан, оның үстіңгі жағында үш тікбұрышты
тесігі бар. Әрбіреуінің істейтін жұмыстары төмендегідей:
Сканерлейтін диафрагма. Оның ені 0,14мм және биіктігі 1мм. Ол АЗТ – 8 28 –
метрлік фокусында 1,0 бұр.сек×7,4бұр.сек бұрыштық өлшемдеріне сәйкес
келеді. Жұмыс істеу уақытысында сканерлейтін спектрометрдің биіктігі
зерттелетін жерге тәуелді спектрометрдің кіріс саңылауының енімен беріледі.
Телескоптың көрсетілген(берілген) фокусында фокальды жазықтықтан 0,5мм
қашықтықта кеңістіктің көрінуі 0,1 бұр.сек аспайды.
Жұлдыз стандарттарға абсолютті бекітілуі үшін арналған диафрагманың ені
0,40мм немесе 2,95 бұр.сек, оның да биіктігі спектрометрдің кіріс
саңылауымен өзгертіледі(регульренеді).
Ені 8 мм диафрагма (~ 60 бұр.сек.) планетаның таңдап алынатын аймағының
интегралдық (өріс бойынша) зерттеуін жүргізуге мүмкіндік береді.
Барлық сканерлейтін элемент стандартты микрометрлік винтпен ауысады
(орын ауыстырады),оның шкаласының есептеуі 0,1 бұр.сек кем емес дәлдікпен
планетаның дискінде ішкі координат жүйесіне қатысты жұмыс істейтін
диафрагманың орнын анықтап бере алады. Ауыстыру (орын ауыстыру) механизмі
қолмен де және сонымен қатар автоматты жұмыс істеу режимін де қарастырған.
Осы соңғы жағдайда 1 сек.ішінде 0,5 бұр.сек. – тан 1 сек.ішінде 10 бұр.сек
– қа дейін (аралықта) сканерлеу жылдамдығын таңдауға болады. Сканерлеу
бағытының автоматты түрде ауысуы, электронды түрде сызбаның жұмыс істеуімен
бірге тіркейтін құрылғыға реперлік сигналдардың жіберілуімен жүзеге
асырылады. Қалыңдығы 1,5мм мөлдір кварцтік пластинка (тілімше) (3)
өткізілген сәулеленуді екі ағынға бөледі. Біріншісі, негізгі, жарық
спектрометрдің оптикалық жүйесі, кіріс саңылауы (4), Фабри линзасы арқылы
өтеді және фотокөбейткішпен бірге ауыстырмалы блоктың (5) біреуіне түседі.
0,3 – 1,1 мкм диапазонындағы толқын ұзындығы 0,3 – 1,1 мкм 1 мм – ге
келетін 600 және 300 штрихпен бірге дифракционды торды қолмен және
механикалық бұрумен қойылады. 2 ден 240 А аралығында спектральды көрінуі
шығыс саңылауының енімен беріледі. Екінші, көмекші, жарық Фабри линзасы,
тірек толқын ұзындығын алуға мүмкіндік беретін, ауыстырмалы
интерференционды жарық фильтрі жүйесі арқылы өтеді, одан кейін
фотокөбейткішке (7) түседі.
Сурет 2. АСП – 21 стандартты спектрограф базасында екі
каналды спектрометрдің оптикалық сызбасы
Негізгі каналдағы жарықтың кварцтік пластинаны (тілімшені)
енгізгеннен кейін бәсеңдеуі 7% құрады, бірақ ол түгелімен барлық жүйенің
өткізгіштік күшіне түкті де әсер еткен жоқ. Екі каналда өріс бойынша
жарықты жіберудің бірқалыптылығы, күндізгі аспан бойынша тексерілді.
Үстіңгі қабаттың шағылысуының тазалығына және екі каналдың юстировкасының
дәлдігіне жоғары талаптары орындалған кезінде барлық өріс бойынша жарық
жіберілудің бірқалыптылығынан ауытқуы 2% - дан аспайды. Сатурн
дискінің фотоэлектрлік кескінін алған кезінде спектрометрдің кіріс
саңылауына қатысты планетаның гидирлеу шартын оңайлату үшін гидирлейтін
микроскоптың қозғалмалы (оптикалық өске перпендикуляр) окулярына (8) арнайы
крест(қосынды) (9) енгізілген. Планета эллипсінің диаметріне тең, a және b
жақтары, планетаның берілген бұрыштық өлшемдері үшін дәл есептелген және
екілік (қос) жұлдыздыр бойынша тексерілген, жиектеме сияқты болған, оның
ішінде планета дискінің суреті сақталып тұрды, ал осы жағдай гидирлеу
шартын жеңілдетті. Экваториалдық және полярлық радиустарының бөліктерінде
градуирленген, X және Y өстері, спектрометрдің кіріс саңылауының немесе
диафрагманың жұмыс істей алатын орнын, микрометрлік винттің (10) көмегімен
гидирлейтін микроскоптың қозғалмалы окулярының орын ауыстыруымен дәл
анықтауға мүмкіндік береді.
2.2 Электрлік сигналдардың тіркеу блогы
Электрлік сигналдарың күшейтілуі мен тіркелуі, жұмыс істеу
процессінде әрқашанда жаңаланып отырған, электрондық жүйемен жүзеге асты.
Бірінші жылдары (2006, 2007ж.ж.) қайта жасалынған күшейтілетін төзімді
блокты, “Кактус СМ - I” типті өнеркәсіп күшейткіштері қолданылған. Кейіннен
[31] - де келтірілген сызба мен екі электрлік сигналдың қатынасын алу
сызбасы [32-6] бойынша екі каналды шамдық күшейткіш жасап шығарылды, ол екі
каналды нұсқада кеңістіктік және спектральды сканерлейтін спектрометрінде
тіркелетін екі сигналды корреляцялық өңделуі үшін қажет болды. Тіркеу
блогының түбегейлі жартылай өткізгіш нұсқасы АФИ АН КазССР құрастыру
бөлімінде С.С.Шумилинмен блок сызбасы бойынша жиналды және жасап шығарылды,
ол 3 суретте көрсетілген.
Екі каналда бірдей, ФЭК қолданылатын типтерінен басқа. Электрлік
сигналдар ФЭК мен бірге 1,2 күшейтілетіндерге түседі 3,4, олар токты
күшейту функциясын атқарады. Электрлік сигналдар, күшейтілетіндерден кабель
арқылы негізгі күшейткіштердің 5,6 шығысына түседі. Ары қарай сигналдар
күшейткіштерден бірден жазатын потенциометрге ЭЖП – 09 – ға 11,12 немесе
коммутациясы ВкI тумблерімен шығарылатын интераторға 7,8 түседі.
Интеграторлар, таймермен қойылған 13, уақыт аралығында электрлік
сигналдарды қосады. Еске сақтайтын құрылғылар 9,10 ЭЖП – 09 - да 11,12
өткен циклдың кернеуін ұстап тұрады.
Екі электрлік сигналдар, ЭЖП – 09 базасында орындалған және екі
электрлік сигналдың орын басу сызбасы бойынша жұмыс істейтін 1 ден 2 ші
каналға электрлік сигналдардың байланысын(қатынасын) алу үшін сызбаға
түседі 14.
Таймермен берілетін, қабаттасу уақыты 1 сек.қадаммен 1 ден 30
сек.аралығында дискретті реттеледі. Потенциялдың жіберу мезетінен қабаттасу
циклінің жаңадан басталуына дейінгі уақыт 0,025 сек.құрайды. Жарық
сигналының шуы үлкен мәнге ие болған кезінде интегратор өлшеу нәтижелерін
орташалайды, ал ол бақыланған материалдың өңдеуін үдетуге және өлшеудің
бірмәнділігінен дәлдікті жоғарылатуға мүмкіндік береді.
1,2-ФЭК, 3,4 - күшейтілгендер, 5,6 - күшейткіштер,7,8-
интегратор, 9,10 – есте сақтайтын құрылғылар,11,12 - ЭЖП-09,13- таймер, 14-
ЭЖП-09 базадағы байланыс сызбасы.
Cурет 3.Тіркелетін құрылғының сызбасы.
Таймермен берілетін, қабаттасу уақыты 1 сек.қадаммен 1 ден 30
сек.аралығында дискретті реттеледі. Потенциялдың жіберу мезетінен қабаттасу
циклінің жаңадан басталуына дейінгі уақыт 0,025 сек.құрайды. Жарық
сигналының шуы үлкен мәнге ие болған кезінде интегратор өлшеу нәтижелерін
орташалайды, ал ол бақыланған материалдың өңдеуін үдетуге және өлшеудің
бірмәнділігінен дәлдікті жоғарылатуға мүмкіндік береді.
Планета дискінің шеткі аймақтарындағы спектралдық ерекшеліктерін
зерттеген кезінде атмосфералық кедергілердің автоматты ескерілуі үшін екі
каналдағы сигналдар өзі жазғыш құрылғыда тіркелуімен бірге байланыс
сызбасына түсетін, осы 2000 жылдардың өзінде Хильтнермен [48] жасалынған
әдіс бойынша орындалған және жұмыста падаланылатын болған [45]. Екі толқын
ұзындығында, оның біріншісі(тіректік) үздіксіз спектрге, ал екіншісі(басты)
жұтылу жолағының әр түрлі учаскісіне жатады, байланыс сызба планетаның
фотометрлік кескіндерінің параллельді тіркелуімен бірге, планетаның дискі
бойынша жұтылудың таралуына қатысты алынған кескіндерінен мәліметтер беруі
мүмкін. 4 суретте, екі толқын ұзындығында (1- ші және 2 - ші қисықтар):
= 6800A – да =150 А мен - әлсіз жұтылудың аймағы (үздіксіз
спектр) және толқын ұзындығы = 8860A =180 А мен – 0,066 – ға
тең жолақтың орталығында қалдық қарқындылығымен бірге
метанның күшті жұтылу жолағының аймағы.
Сурет 4. 1 - λ = 6800 Ǻ . 2 - λ = 8860 Ǻ , 3 -88606800 қатынасы.
Мұнда сонымен қатар осы кескіндерге сәйкес және Сатурн дискісінің
шетіне қарай жұтылудың жоғарылығын көрсететін, екі каналдың қатынасының
бірлік жазбаларында келтірілген.
Тірек каналындағы толқын ұзындығының тұрақтылығы және бірнеше сағат
жұмыстан кейін алынған, кескіндірінің барлығын қосқанда үлкен біртекті
материалды береді. Осы материалды суреттің сапалығының статистикалық
талдауын жүргізуге пайдаланады. Ал ол деген сөз бір каналды жүйенің
талассыз жақсы жұмыс ісейтінінің артықшылығын көрсетеді.
Айта кету керек, байланыс сызбасын анкурантты күйіне келтіруін қажет
етеді, өйткені сәлеленуді қабылдағышның қосымша тогының толық
қайтарылуынан(компенсациясынан) және әсіресе жоғары күшейткіш режимінде
жұмыс істеу кезінде күшейткішті нөлге тұрақтылап тұруы, бақылау
нәтижелерінің нақтылығын береді.
Сипатталған аппаратура сапалы бақыланатын материалды алуға мүмкіндік
береді, егер де бақылау тәртібіне келесі талаптарды ұстанса:
Сатурн дискінің орталығын(центрін) жұлдыз стандарттарға абсолютті байланысы
алынады;
Берілген бағыттарда және кең(үлкен) интервалды толқын ұзындығында
спектралды аралығында 30 дан 240 А – ға дейін, планета дискі бойынша
жарықтылықтың таралуына қатысты алынады;
1 сек.доғадан төмен емес, кеңістіктің көрінісін алады;
Дәлдігі 0,05 радиустан емес, планета дискісінде фотометрленетін
учаскілерін белгілейді;
Өшеу дәлдігі мен нәтижелердің өлшеуін қайтадан тексерілуі 1% - тен
төмен емес;
Бақылау мүмкіндігі және атмосфералық кедергілерді ары қарай ескеру
мүмкіндігі.
3. Сатурн жарық дискісінің ұзақтық бағыттарының таралуын
зерттеу
Бақылатын мағлұматтардың анықтылығы қаншалықты ілеспе өлшеу қатарында
үрдіс байқауында келесіде келтірілген қосымша зерттеуді қажетсінді.
1. Масштабтың анықталуы әрбір мерзімдегі бақылау қиығы қос жұлдыздың
бұрышы белгілі қашықтықтағы компоненттер арасында (Лебедтің β және қос
жұлдыздың Орион жұлдызшасы α=5һ32ͫ.6δ=6.02 арақашықтығы компоненттер
арасында доғасы 36 сек) көшірілулер өткізілді. Екі жұлдыздың қосылуы
спектрограф саңылауына енуде алдауыш бойына түзу беттеді. Құрылысынан
ерекшеленетін көшірілетін саңылау (доға биіктігі 7 сек және ені 1 сек )
ену саңылауы доғасы 7 сек шектелді, 1сек доғаны сканирленгенде іске
асырылды. 12-13 рет сканерленген масштаб қиығының нақтылығы 1% кем емес
екендігін анықтауға мүмкіндік береді.
2. Шайылу функциясының анықталуы.Планетаның маңайындағы жұлдыздардың
суретін әрбір серия бақылауынан кейін жазба жұмыстары жүргізілді. 10-нан
20-ы орташа жазбалардан кейін жұлдыздардың шайылу функциясы анықталды
G(X). Масштабты анықтау сияқты сканерлеуде солай іске асады. Автордың
шайылу функциясының G(X) көпшілігінде Гаус функциясы түрінде
қабылдап,әсер етуін есепке алды. Біздің есептеудегі шайылу функциясы мен
гаустың реттеуіндегі айырмашылықты 5 суретте көрсетілген. Екі
гауссиан суммасы түрінде G(X) ыңғайлы көрініс тапты:
(3.1)
С,С1,Р1,Р2 параметрлерін ең кіші квадраттарының шын реттеуде
алшақтықпен әдісімен анықталды. Шайылу функциясы есебіне әсер ету шын
реттеуде тек 2000ж бақылаудағы қорытындыларында қолданды.
5- Сурет . Шайылу функциясының бейнесі
Қисық: 1-бақылау, 2 -Гаусс функциясының қарапайым аппраксимациясы 3
– аппраксимация екі гауссиан сумасы түрінде
3. Жазықтықта жарықбергіштің тепе-теңдігі мен сканерлеудің тепе-теңдігі
күндізгі аспан жазбасы бойынша әр түнге дейінгі және кейінгі бақылаулар
тексерілді. Бұл жағдайда Сатурн дискісінің сканерлегендей, кіру аймағының
ені солай қойылды (аймақтың сканерленген ені тұрақты жәнеи ол 1сек.доғаға
тең). Жазықтықта жарықбергіштің тепе-теңдігі мен сканерлеудің тепе-
теңдігі айнуы 1-2% аспаған.
2006 және 2007ж.ж.фотометрлік бақылаулар келесі үлгіде
жасалды:әртүрлі толқын ұзындықтарын сканерлеу (6800,7250, 7900, 8200, 8610,
8860, 9870А) базадағы стандартты спектрографтың АСП-21 [67,68]көмегімен
аспан обьектісіндегі суреттерді тегістар сканер арқылы іске асырылды. 1-
суретте көрсетілгендей алынған сканерлеу бағытына бағытталды. Барлық
скандар диск орталығынан өткен. Бұл диск орталығын нөмірлеуге ыңғайлы.
Алынған скандар Сатурн изсуреті толқын ұзындықтарына сәйкес тұрғызылған.
Сатурн дискісінің орталығының бөліктерін салыстырмалы сақина В орналасуымен
анықталды. Сатурн осінің эклиптик декарт кардината жазықтығында мағыналы
еңкеюі сфералы түрде берілген және оның құлау бұрышының байланысы мен
бейнесі табылған.Миннзерт ұсынысының көмегімен эмперикалық формуласы
Байндер [25]көрсетті
B=B0µ0kµk-1
(3.2)
µ0 және µ- құлау бұрыштарының косинусы мен бейнесі
k- қараю шетінің сипаттайтын параметр
В – элементтің беттік жарығы
B0 – элементтің беттік жарығында µ0 = µ=I, Сатурн дискісінің
жарығының көрінетін және инфрақызыл спектр аймағында аппроксирлеп реттеуге
болады. Бұл формула жарықты реттеуге өте ыңғайлы болғандықтан, қараю шетін
бір параметрлен сипаттауға болады. Біздің бақылауымыз кезінде планетаның
қарама-қарсы кезінде орындалды, сондықтан да µ0 = µ деп алып, келесі
көрініске ие: (3.2)
B=B0µ2К-1
(3.3)
Пролограрифланған теңдеуді (3.3) алынған
LgB=lg B0 + (2K-1)lgµ
(3.4.)
Бұл формуладан координаталары lg B0 және lgµ түзу сызық берсе,еңкею
бұрышының тангенсі 2К-1 тең,қараю шетінің К параметр мәнін оңай анықтауға
болады. Анализ кезінде бөлек зоналар бойындағы жарықты реттеуден алынған
параметр мәні К мен λ=6300 және 8200А (үздіксіз спектр аймағы)2 кестеде
көрсетілген.
Кесте 2.
Жарықты реттеуден алынған параметр мәні К мен λ=6300 және 8200А
(үздіксіз спектр аймағы)
λ,Ǻ
φ , град.
6800 8200
0 1.05 ± 0,08 0,84 ± 0,04
10 0,92 ± 0,05 0,84 ± 0,04
20 0,92 ± 0,02 0,85 ± 0,02
Жұтылу сызықтарындағы жарықты реттеу анализі жер атмосферасындағы
сақина жарығының шашырауына мәнді әсері етуіне әкеледі.Бұл әсерлесу жұтылу
сызықтарынан күшті екендігін көрсетті.
Шын мәнінде жарықты реттеу сақинадағы жарықтың шащырауына әсер етуін
қарастырайық. Мысалы 6 суреттегі 2007 экватор интенсивтілігінің бойындағы
бақылаулар зерттелетін диапазонда әртүрлі толқын ұзындықтарындағы жарықты
реттеу келтірілген (2006 және 2007ж мезгілінде экватор интенсивтілік
бойында жарықты реттеуде 4-5 қосымша кестеде келтірілген).
Сурет 6. 2007ж. бақылаудан алынған әртүрлі толқын ұзындықтары Сатурн
экватор интенсивтілігінің бойында жарықтың таралуы.
Миннаерт коэффиценті арқылы 2006-2007ж. мезгілдік бақылауда
реттеудегі қараю шеті көрсетілген, қалған интенсивтілік I-R өлшемдеріне
тәуелді байқау қиын емес.
Кесте 3
Сатурн экватор интенсивтілігі екі мезгілдік бақылау үшін I-R мен К мәні
6800 7250 7400 7900 8200 8610
0,78 0,254 0,508 0,052 0,76 0,109
1,00 1,01 0,99 1,08 1,00 1,06
26,1 26,1 26,3 26,1 26,1 25,9
1 0,008 0,005 0,004 0,022 0,003 0,008
2 0,014 0,007 0,009 0,025 0,005 0,009
3 0,020 0,017 0,012 0,036 0,018 0,048
4 0,029 0,025 0,017 0,035 0,012 0,069
5 0,042 0,041 0,039 0,057 0,031 0,072
6 0,066 0,058 0,069 0,061 0,074 0,086
7 0,127 0,119 0,126 0,107 0,129 0,102
8 0,221 0,206 0,202 0,135 0,203 0,205
9 0,318 0,289 0,277 0,203 0,336 0,317
10 0,409 0,424 0,421 0,339 0,431 0,391
11 0,530 0,510 0,560 0,451 0,552 0,569
12 0,641 0,634 0,663 0,571 0,624 0,634
13 0,688 0,692 0,717 0,617 0,670 0,708
14 0,762 0,805 0,781 0,707 0,749 0,801
15 0,806 0,808 0,841 0,754 0,799 0,873
16 0,866 0,855 0,857 0,802 0,826 0,869
17 0,877 0,905 0,909 0,914 0,851 0,906
18 0,923 0,958 0,928 0,898 0,902 0,952
19 0,952 0,952 0,948 0,998 0,900 1,020
20 0,921 0,923 0,965 1,015 0,928 1,014
21 0,958 0,969 0,960 0,994 0,963 1,050
22 0,980 0,946 0,988 0,995 0,979 1,062
23 0,973 0,992 1,016 1,044 0,969 1,048
24 0,998 1,011 0,991 1,080 1,001 1,053
25 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
26 0,989 0,988 1,020 1,057 0,981 1,042
27 1,010 0,974 1,008 1,071 0,983 1,092
28 0,999 0,978 0,971 1,078 0,989 1,089
29 0,984 0,964 0,980 1,061 0,982 1,069
30 0,971 0,957 0,977 1,084 0,971 1,027
31 0,954 0,931 0,948 1,075 0,962 1,015 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұсынылған жұмыс, инфрақызыл облысты спектріне жақын (),
планетаның дискі бойынша жарықтылықтың абсолютті спектрлік коэффициентін
және фотомерлік сипаттамаларын бақылау негізінде Сатурн атмосферасыныңа
аэрозольды ортасы мен газының оптикалық қасиеттерін зерттеуіне арналған.
Жұмыстың өзектілігі. Ғасырлардан ғасырларға Сатурн планетасы
бақылаушы астрономдарды қызықтырып жүрді. Бірақ зерттеулердің белсенді
жүргізілуі,20 ғасырда ғана басталды. Ғарыштық аппаратармен Айды, Шолпанды,
Марсты, Меркурийді бақылауының жақсы дамуы, сол уақытта Жер үстінде және
Күн жүйесінде алыс қашықтықтарда орналасқан планеталарды (оның ішінде
Сатурн да бар) бақылауға ынталандырды. Ең әуелі ол, ғарыштық аппаратармен
алып гиганттарды зерттеу әдісімен және есепті (міндетті) дайындау қажет
екендігімен түсіндірілді.
20 ғасырдың ортасында АН КазССР астрофизикалық институтында
В.Г.Тейфельдің басқаруымен көрінетін облыс спектрінде Сатурнды бақылау
жұмысы жүйелі түрде басталды. Осындай зерттеулер немесе бақылаулар біздің
елдің басқа обсерваторияларында және шет елдердің де обсерваторияларында
жүргізілді. Фотоэлектрлік спектрометрдің көмегімен Дж.Койпер және
В.И.Морозбен диапазонында Сатурнның спектрі алынды. Инфрақызыл
облысына жақын () Сатурнның спектрі аз сәулеленетін болып қала берді.
2000 жылға дейін барлық мәліметтер кіргізілген В.Г.Тейфельдің редакциясымен
“Алып – планеталардың физикалық сипаттамалары” анықтама – шолуында, осы
спектр облысында жұтылу жолағы белгіленбеген. Осы диапазондағы толқын
ұзындығы, әртүрлі қарқындылықты метанның айналмалы – тербелмелі жұтылу
жолағымен сипатталады және олардың әрқайсысы Сатурн атмосферасында әр түрлі
өзгертіліп, бұлтты қабаттың құрылымы туралы мағлұматтарды береді. Осыған
байланысты, әртүрлі қарқындылықты жұтылу сызығын өлшеу нәтижесі
бойынша,спектрдің ИҚ- облысына жақын () Сатурн дискісінде метанның
жұтылуын және планетаның оптикалық параметрлерін салыстыруын зерттеу, үлкен
қызығушылық тудырды.
Осы жұмыстың басты мақсаты болып, метанның жұтылуы және онымен
көршілес үздіксіз спектр учаскесінде спектрдің ИҚ- облысына жақын ()
Сатурнның бұлтты жамылғысына қатысты нақты бақылау мәліметтерін алу болды.
Фотометрлік мәліметтерді талдауы Сатурнның бұлтты қабаты мен бұлттың
жоғарғы қабатындағы атмосферасының кейбір физикалық сипаттамаларын
бағалауға мүмкіндік беру керек.
Осы жұмыстың жаңалығы болып, аз зерттелген толқын ұзындығы
диапазонында Сатурнның бұлтты жамылғысының спектралды және фотометрлік
қасиеттерін мүмкіндігінше толық сипаттайтын, бақылау материалы (мәліметі)
алынды. Ерекше құнды 2000 жылғы бақылаулар болды, өйткені, бірінші рет
жарығырақ сақина жағынан жер атмосферасында планета дискісінің дұрыс
көрінбеуінен тәуеліз, планетаның шын экватор және орталық (центральды)
меридианын бойлай метанның жұтылу жолағында жарықтылықтың таралуы
(үлестірілуі) алынды. (Осы маусым Жер мен Күнге қатысты сақинаның нөлдік
еңкеюімен сипатталады. Ол 15 жылда бір рет кездеседі.). Басқа бақылау
маусымдарында (2002,2004,2006-2009 жж.) жұтылудың төрт жолағында және
көршілес үздіксіз спектр учаскілерінде (күшті жұтылудан тәуелсіз) орталық
(центральды) меридианы мен қарқындылық экваторын бойлаған жарықтылықтың
таралуы (үлестірілуі) да зерттелген. Орталық (центральды) меридианын бойлай
8860А метанның жұтылу жолағында жарықтылықтың таралуының бойлық вариациясын
зерттеуі жүргізілді. Жер атмосферасынан пайда болатын, дұрыс көрінбеу
(кетіру) функциясын ескеріп,атмосфера параметрлерін анықтау әдісі ұсынылды.
Автор өз қорғауына дейін толқын ұзындығы диапазонында Сатурнның
спектралды мен фотометрлік және планета атмосферасында сәулеленуді
тасымалдауда маңызды рөл ойнайтын, газды-аэрозольды ортада төмендегідей
оптикалық параметрлерді бағалауға мүмкіндік беретін, атмосфераның
екіқабатты моделінің (үлгісінің) шегінде олардың түсіндірілуінің
нәтижелерін қорғайды (шығарады):
жұтылу жолағында бұлтты қабаттың жарықтылық коэффициентін;
бұлтты қабаттың шетіне қарай қараю коэффициентін;
бір ретті шашырау альбедосын;
бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосфераның оптикалық қалыңдығын;
аэрозольда шашырау коэффициентінің көлемділігі және бұлтты қабаттың
жоғарғы шекарасында газбен жұтылуы;
бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосферасында метанның болуы(мөлшері);
бұлтты қабатта шашырау актісі мен фотонның тәуелсіз өту орташа
ұзындығының арасына келетін жұтылатын газдың мөлшерін.
Жұмыстың ғылыми және практикалық мәні (маңыздылығы). Жарықтылықтың
таралуы мен атмосфераның оптикалық параметрлерін бағалау бірнеше теориялық
есептерді шешу, жеке түрде қарастырғанда, біртексіз үлгілерді, сонымен
қатар Сатурнды жерде және ғарышта зерттеу жобаларын дайындау үшін
пайдаланылуы мүмкін.
Жеке үлесі. Автормен жеке өзі бақылаған материалдың жартысы алынды,
оларды өңдеп, түсіндірді.
1. Сатурн
1. Шолу
Сатурн атмосферасын зерттеу планетаның кең аралықта толқын
ұзындықтарын фотометрлік, поляриметрлік және спектрлік бақылауларға
негізделген. Бақыланатын жұмыста планеталық атмосфераның сәуле шашуын
тасымалдайтындығын теориялық зерттеулердің дамуымен тығыз байланысты.
Ұзақ тарихи экскурсты талқыламай, Сатурнның фотометрлік зерттеулері
біздің заманымыздың басында Пулковский обсерваториясында Г.А.Тихов [6],
кейіннен Г.А.Шайн [7] жүргізді. Харьков астрономиялық обсерваториясында
Н.П.Барабашовтың басшылығымен ай және планеталар,сонымен қатар Сатурн
фотометриясы кеңінен дамыды [3].
Фотометрлік өлшеуде Сатурн дискісінің интенсивтілігін үлестіргенде
екі фактор қиындатады: планетаның бұрыштық өлшемі ( 20 сек доғаға жуық)
және күн мен жермен салыстырғанда Сатурн экватор жалпақтығы еңкею шегінде
кең өзгеруі [270 жуық]. Сондықтан ерте зерттеулер экватор бойындағы
интенсивтілігі фотометрияның негізі болып сол жылдардан қарастырды. Бірақ
экватор бойындағы интенсивті жарығын өлшеу планетаның әртүрлі кеңістік
белдеуі арқылы өтеді де,бірдей емес оптикалық сипатқа ие, сондықтан
бұлардың интерпретациялық бақылаулары практика жүзінде мүмкін емес. Әр
жылы жұмыс қатарын жасауда осымен қателеседі [11-15].
Бұл қатынаста Сатурнның фотометриялық өлшеуіне үлкен қызығушылық
көрсетіп, экватор жазықтықтың еңкеюі Сатурн эклиптик жазығына фотографиялық
бақылауы Маринмен 2006 ж. интерференольды және шынылы фильтраттар мен
толықты. [14] бақылаудан басқа аңғаратын мәселе фотометрияның кең
сызықтарына, 2006 ж. Тексеро [15] орындаған. Осы жылдың бақылаулары өте
қымбат себебі экватор жазықтығының еңкеюі жерге қатынасын, фотометрия
бойында жүргізіп бөлек кең белдеу және практика жүзінде сақина жақта
кедергілерді туғызды.
2001 ж қазан Мауна-Кеа обсерваториясында (Га) 61 см рефлектор арқылы
интерференциялық жарықсүзгіден көк (λ=0,434мкм), жасыл (λ=0,556мкм) және
қызыл (λ=0,620мкм) доғада алынды,топтама көшірмелерін В.Г.Тейфель [10-
20]өңдеген болатын. Бақылау кезінде сақина жазықтығының еңкеюі эклиптик
жазықтығына 250 шамасын құраса, қараңғылықты Сатурн диск шетіндегі спектр
аймағын көруде жақсы сападағы көріністерді анықтауға мүмкіндік туғызды.
Диск шетіндегі қараңғылықты миннаерт коэфицентін Байлер мен
Маккартидің фотометрия жұмысындағы бақылаулар болып табылады, олар ИК
спектр аймағына (0,6-дан 2,0 мкм) жақын. Бұл өлшеулер бір планетаның
кеңдігінде интерференция жарықсүзгіде орналасқан нүктеге дейін жүргізілді.
Бұл жұмыстың бір кемшілігі сүзгінің арнайы үздіксіз спектр бөлігі және
жұтылу сызықтарының орталығы болу үшін таңдалмаған,сондықтан көп жағдайда
олардың максималды өткізулері жұтылу сызықтарына келіп түседі. Салдарынан
үздіксіз спектр бөлігінде қараю аймағы мен жұтылу сызықтарының шетіндегі
қараю коэффиценті аз айыршалықтары бар, бұл қорытындылар әлбетте
қызығушылық туғызады.
Сатурндағы фотометриялық ізденісті түйіндей келе келесі қорытындылар
жасауға болады:
1) Спектрдің көріну аймағында альбедо бұлты бөлдеуінде нақты
айырмашылықтар байқалмайды.
2) Локализденген бұлттардың түзілуі іс жүзінде болмайды.
3) Сәулелердің көп көрінетін жарық аймағы Сатурн экваторлық
белдеуінде
4) Ең жақсы түсірілімде бұлтты жамылғының зоналық маңы жақсы
бақыланады, бірақ жеке бұлтты белдеулер арасындағы қарама-
қарсы аз және тек экваторлық белдеуде көрші белдеу спектрінің
қызыл бөлімінен шамамен 10% жарықтайды.
5) Диск қараю шетінің миннаерт коэффицент өлшемі жоғарыда аталған
авторлармен өзара жақсы сәйкес.
Сатурн дискі центрінің жарықтылығының абсолютті спектралды
коэффициентін өлшеу фотометрлік бақылауларды калибрлеу(жазып отыру) үшін
қажет. Бірақ мұндай жұмыстар аз жүргізілген. Өйткені тек қана Л.А.Бугаенко
[21] және В.Г.Тейфель [20] ғана жарықтылықтың абсолютті коэффициентін
өлшеуін жүргізген. Ал Байндер мен Маккарти [48], ұзынтолқынды облыс
спектрінде (0.6-2.0 мкм) Сатурнның бөлек аймақтарында(зоналарында)
геометриялық альбедосының мағынасын анықтады. Геометриялық альбедодан
дискінің шетіне қарай қараю коэффициентін пайдаланып, жарықтылық
коэффициентін шамалап табуға болады. А.М.Грецкий фотометриялық өлшеулер
арқылы Сатурн дискі центрінің жарықтылық коэффициентін анықтады. Онымен
алынған нәтижелер әлдеқайда жарықтылық коэффициентінен ерекше(басқаша),ол
[22] жұмыстарында келтірілген және болғанда 0,56-ны (фильтр КС-II),
ал мкм болғанда 0,45-ті (фильтр ЗС-I) құрайды. Бірақ автор жүйелі
қателік 20-ға жетуі мүмкін дейді. Кейіннен УК және көрінерлік
спектрінде Сатурн дискі центрінің жарықтылық коэффициентін анықтауға
А.П.Видмаченко [32],СМГайсин [23,29], ал жақын ИҚ-облыс спектрінде-
автордың [28,29] өзі жүргізді.
Қысқаша түрде УК- және көрінерлік облыс спектрінде дискі центрінің
жарықтылығының абсолютті коэффициентінің бақылау нәтижелерін төмендегідей
қорытындылаймыз:
1) [25] жұмыстан басқа, барлық нәтижелер бір-бірімен сәйкес. Неге
[25]жұмыс?
2) Толқын ұзындығы өскен сайын 0,4 тен 0,7 мкм-ге дейін Сатурн дискі
центрінің жарықтылығының абсолютті коэффициенті монотонды өседі 0,2 ден
0,8ге дейін.
Сатурн дискісінде молекулярлық жұтылуды зерттеу атмосфераның тек қана
газды компоненттерін ғана емес, сонымен қатар аэрозольда жұтылу және
шашырау коэффициентін, бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосферасында метанның
мөлшері(болуы) және т.б. сияқты, планетаның бұлтты қабатының сипаттамаларын
алуға болады.
Сатурнның көрінерлік және ИҚ- облыс спектрінде метанның жұтылу
жолағы ғана бөлініп тұрады. Сатурн спектріне қатысатын, басқа газдардың
жұтылу жолағынан аммиактың жұтылу жолағын () бөліп алуға болады. 6450
А облысындағы әлсіз жұтылу ГАО АН УССР [30] және Мак Дональд
обсерваториясында [27] спектрометриялық өлшеулер бойынша көрінді. [28]-ші
бақылауларынан, жұтылу тереңдігі Сатурн диск шетіне қарай
әлсізденетінін көрсетті. Метанның жұтылу жолағы үлкен қарқындылыққа ие,
сондықтан олардың планета дискі бойынша таралуын зерттеу жақсырақ. Осындай
бірінші бақылаулар [31] экватормен салыстырғанда планетаның солтүстік және
оңтүстік жартышарларында метанның жолағының 6190А қарқындылығы
күшейтілгенін көрсетті. Метанның жұтылу жолағының қарқындылық вариациясының
мәндері көптеген жүйелі емес бақылауларымен [16,34,36-38] тіркеліп
отырылды. 2006 мен 2004жж.аралығынд АН КазССР Астрофизикалық институтында
В.Г.Тейфельмен және Г.А.Харитоновпен Сатурнда метанның жұтылу жолақтарында
6190 А және 7250 А жүйелі зерттеулер жүргізілді. Бақылаулар нәтижелері
бойынша олармен келесідей қорытынды жасалды:
Бірқалыпты ендіктерге қарағанда, экватордағы жұтылу айтарлықтай төмен
Экваториалдық аймақ(зона) және бірқалыпты ендіктер үшін жолақ тереңдігі
орталық меридианда да және диск шетінде де дәлме- дәл, өлшеу қателіктеріне
дейін сәйкес келеді.
ГАО АН УССР-де А.В.Мороженконың жетекшілігімен дамыған, аэрозольдың
құрамында зерттеуінде поляриметрлік бақылаулары да маңызды рөль атқарды.
Осы бақылаулар бойынша авторлар сыну коэффициенті n=1,33-1,44 болғанда
Сатурнның бұлтты жамылғысының орташа радиусты бөлшектерін және өлшемдері
бойынша нормалды – логарифмдік таралудың параметрін анықтады.
Ұқсас бағалаулар Абастуман обсерваториясында Л.А.Сигуамен [34-35]де
алынған.
Бақылаулардың нәтижелерін интерпретациялау түсіндіру теориялық
есептеулердің дамуымен тікелей байланысты және жартылай шексіз бұлтты
қабатпен планета атмосферасында нұрлы энергияның тасымалдауы бойынша
есептерді шешілуіне негізделген [33-1]. Алып – гиганттарға қолданылатын
осындай есептеулер g ассиметрия параметрінің әр түрлі мәнді Хеньи –
Гристейн индикатрисасы үшін Ж.М.Длугач және Э.Г.Яновицкиймен жүргізілді
(1.1)
мұндағы - түскен және шашыраған бағыттарының арасындағы бұрыш.
В.М.Лоскутовпен [38] және В.В.Аврамчукпен [18] осындай есептеулер әр
түрлі параметрлі және үш мүшелі қатарлы индикатрисасы үшін,
осындай түрінде жазылды
(1.2)
(мұндағы – Лежандр полиномы).
В.Г.Тейфельмен [46] теориялық есептеулермен нәтижесімен бірге[43-44]
алынған фотометрлік мәліметтердің салыстырмалы талдауы жүргізілген. Содан,
бақылау нәтижелері сфералық,релеевтік шашырау және сонымен қатар кіші
дәрежелі ассиметриялы индикатрисасының шашырауы болған жағдайындағы
теориялық есептеулерімен сәйкес келеді. Соның өзінде, релеевтікке жақын
шашырауды тудыратын, бөлшектер кіші өлшемді болу керек (a ˂ 0.1 мкм). Бұл
поляриметрлік өлшеулерге қайшы [39-45], осыдан келе, бөлшектердің орташа
радиусы а ~ 1мкм тең екені шығады.
Күн сәулесінің планетамен шағылысуы құрылғанда, шашырау
индикатрисасы алдыға қарай қатты созылған, ірі бөлшектер үшін кері шашырау
өте маңызды рөль атқарады. Ал Хеньи – Гристейн индикатрисасының алдыға
қарай созылуы кері шашырауды ескермейді. К.Ю.Ибрагимовпен [31] Хеньи –
Гристейн комбинирленген индикатрисасы үшін жартылай шексіз бұлтты қабатында
нұрлы энергияның шашырауының теориялық есептеулерін жүргізген
(1.3)
параметрін жекелендіріп, кері шашырауға түсетін мәнді өзгертуге
болады.
Осы есептеулермен Сатурнды бақылау, =0.8, =0.6, =0.95
болған кезінде бір - бірімен сәйкес келген. В.Г.Тейфельмен [61] жұтылу
жолағын бақылаған уақытындағы нәтижелерін
интерпретациялағанда(түсіндіргенде) =0, =0.75 ассиметрия
параметрлерімен Хеньи – Гристейн индикатрисасы және =0.8, =-0.6,
=0.95 параметрлерімен комбинирленген индикатрисасы алынды. 6190 және
7250 А жұтылу жолағын өлшеу бойынша Сатурнның бұлтты қабатының ішінде және
сыртқы атмосферасында метанның болуын(мөлшерін) көрсететін, төменде кестесі
келтірілген.
Мұндағы - бұлтты жоғарғы қабатының атмосферасында жұтылатын
газдың бар болуы(мөлшері); - бұлтты қабатта шашырау акті мен фотонның
тәуелсіз жүруінің орташа ұзындық аралығындағы жұтылу газының саны; –
қалыпты жағдайларда алынған, бұлтты қабатынан тыс атмосферасының басты
қабатындағы метанның тығыздығы.
Кесте 1.
Сатурнның бұлтты қабатының ішінде және сыртқы атмосферасында метанның
болуын(мөлшерін) көрсететін кесте.
Экватор Жолақтың жұтылуы
6190 А 7250 А 6190 А 7250 А
Хеньи – Гристейннің Индекатрисасы ( g=0.75, =0.75)
, м-амага54 34 85 43
, м-амага11 9.4 13 15
, 16 10 27 14
амага
Комбинирленген индикатриса (=0.8,=0.6,в=0.95)
, м-амага68 42 98 51
, м-амага13 13 16 25
, 22 13 32 16
амага
Әрбір екі белдеуден 6190 және 7250 А жұтылу жолағы үшін метанның
мөлшерінің мәні бір – бірінен ерекше. В.Г.Тейфель [20] вертикалды бңосы
жағдайды есептеулердің қателігімен емес, экваториалды және бірыңғай
белдеулерде Сатурнның бұлтты қабатының вертикалды біртексіздігінен деген
тұжырымды айтты.
1.2 Есептің қойылуы
Сатурнды көрінерлік, УК және ИҚ облысында спектрін зерттеу дамыған
болса да, бірақ жақын ИҚ облысты 0,6-1,1 мкм-де оның спектрі аз
сәулеленетін болып қала берді. Жоғарыда айтылғандай планетаның аз
сәулеленуіносындай факт арқылы болжам жасалады, 2000 жылға дейін барлық
мәліметтер кіргізілген В.Г.Тейфельдің редакциясымен “Алып – планеталардың
физикалық сипаттамалары” анықтама – шолуында, осы спектр облысында жұтылу
сызығы белгіленбеген деген. Осы диапазондағы толқын ұзындығы әртүрлі
қарқындылықты метанның айналмалы – тербелмелі жұтылу жолағының бар болуымен
сипатталады, оны зерттеу бұлтты қабаттың құрылымына қатысты қосымша
мәліметтерді береді. [20]көрсетілгендей бұлттың жоғарғы қабатындағы
атмосферада метанның болуы(мөлшері), 7250А жұтылу жолағында, 6190А жолағы
бойынша анықталғанына қарағанда, аз екені анықталды, яғни, жұтылу жолағы
тереңірек болған сайын метанның мөлшері аз болуы сәйкес келеді. 0,6 – 1,1
мкм толқын ұзындығы диапазонында метанның күшті жұтылу жолақтары, олар 8860
және 9870 А, және өздерінің 6190, 7250, 7900 және 8610 А қарқындылықтары
бойынша жақын жұтылу жолақтары орналасқан және әр түрлі қарқындылықты
жұтылу жолағын бақылағанынан алынған, метанның мөлшерін салыстыру үлкен
қызығушылық тудырады.
Осыдан шыға келе мынадай есеп қойылды, метанның жұтылу жолағында
және онымен көршілес үздіксіз спектр учаскілерінде , жақын ИҚ - облысы
спектрінде (0,6 – 1,1 мкм) Сатурнның бұлтты қабатына қатысты сенімді
бақыланған мәліметтерін алу. Фотометрлік мәліметтерді талдау Сатурнның
бұлттың жоғарғы қабатындағы атмосферасының және бұлтты қабаттың кейбір
физикалық қасиеттерін алуға мүмкіндік береді деген ұйғарымға келген.
1.3 Бақылау әдістері мен аппаратураға деген қойылатын талаптар
Ереже бойынша, молекулярлық бақылауды зерттеу жұтылу жолқтардың
сұлбасын алуға негізделген. Бірақ бұл әдіс жұтылу жолақтарын өлшегенде
қанағаттанарлық дәлдікті бермейді. Сондықтан біз метандық жұтылуды
зерттегенде жұтылу жолақтарының қырларын өлшеудің классикалық әдісінен бас
тарттық. Біздің бақылау міндетімізге тереңдігі 0,4 – 0,7 тең, бірқалыпты
жұтылу жолағын (7250А, 7900А, 8610А) және R ~ 0.95 тең, күшті сызықтарды
(8860A, 9870A) зерттеу кірді. Соның өзінде сәулеленудің максималды
қарқындылығы үздіксіз спектр облысында Сатурн дискі центріне, ал минималды
– күшті жұтылу жолағының центрінде дисктің шеткі облыстарына келеді.
Сонымен Сатурнды спектральды бақылағанда қарқындылықтың максмиалды құлауы
65 дб жуығын құрайды. Осындай кең динамикалық диапазон күшейткіш
коэффициенттерінің ауыстырып – қосуынсыз толығымен алына алмайды. Сондықтан
жұтылу жолағының центрінде де, және онымен көршілес үздісіз спектр
учаскілерінде де зерттеліп отырылған толқын ұзындығын белгілеп алып, Сатурн
дискі центрі бойынша кеңістіктік сканерлеуді жасап шығару шешімі
қабылданды. Сол кезде қарқындылықтың құлауы 30 дб аспайды және сызықтық
күшейткіштің динамикалық диапазонына толығымен кіреді. Сканерлеу бағытының
ориентациясы(бағдар) экватордың және орталық меридианның маңында бақылау
жүргізілді. Белгілі масштабтарда алынатын суреттердің сұлбасы арқылы B
сақинасына қатысты диск центрінің орнын оңай анықтауға болады (суреттердің
масштабтары жеке түрде анықталды). Сатурн осінің эклиптика жазықтығына
еңкеюі едәуір үлкен болғандықтан декарттық координаттар сфералыққа
ауыстырылды және бөлек бұлтты құрылымдарының бойында жарықтылықтың таралуын
білу мақсатында түсу мен шағылу бұрыштарымен байланыстылығын тапты.
Бізбен салыстыру үшін алынған, тірек жұлдыз стандарттары үшін үлкен
толқын ұзындығы 0,8 мкм облысында бірлік абсолютті энергияның таралуына
қатысты мәліметтер жоқ, Сатурн абсолютті спектрофотометриясының басты
міндеті, оның орындалуы кезінде екі бөлікке бөлінді:
= 0.5 – 1.1мкм болғанда Күнге қатысты планета дискі орталығының
(центрінің) шағылу қатыстылығын ( = 6800A тұрақтандырылған) анықтау;
= 0.5 – 0.8 мкм болғанда жұлдыз – стандарттарға абсолютті бекітілуі.
Шағылу мүмкіндігінің қатыстылығын анықтау Сатурн дискі центрінің және
сонымен қатар Күннің спектрлерін салыстыру әдісімен жүргізілді. Салыстыру
үшін Ай мен күндізгі аспанның спектрлерін пайдалану жақсы ой болған жоқ,
өйткені олар зерттеліп жатқан толқын ұзындығы облысында Күндікінен
әлдеқайда ерекше.
Тізімделген(сипатталған) өлшеу әдістері:
Күшейткіштің бір диапазонында 30 дб – дан кем емес динамикалық диапазонды
электрлік сигналдар өлшену арқылы, өлшеудің фотометрлік дәлдігін
жоғарылатты (жұтылу жолағының сұлбасын жазба әдісімен салыстыру бойынша);
Алынатын суреттердің сұлбалары бойынша суреттің сапалығын бақылау
(фотометрлік сұлбалар жер атмосферасының тұрақсыздығымен бұрмаланатын
болса, алып тасталынатын), ал жұтылу жолағының сұлбаларын жазып отырған
сәтте, суреттің сапалығын бақылауға мүмкін болмайтын;
Дәлдік қалпын жақсарту (жазбаның белгілі масштабы арқылы дисктегі қандай
да бір нүктенің орнын нақты анықтауға болады).
2000 жылғы бақылауларына қолданылған, атмосфералық ұйуына ұшыраған
суретті түзету, өлшеудің дәлдігін тағы да жақсартуға мүмкіндік берді.
Комплексті бақылауларды ойдағыдай өткізу үшін, алынған толқын
ұзындықтарында Сатурн дискісінде берілген аймақтардың тар жолақты
фотометриясы және жарықтылықтың абсолютті коэффициентін өлшеуі қосылған,
төмендегідей шарттарды қанағаттандыратын аппаратураны ойлап табу керек
болды:
Жұлдыз стандарттарға абсолютті бекітілуін(қиылысуын) алу;
Үлкен интервалды толқын ұзындығының спектралдық көрсеткіші 30 – 240 А
арлығында және берілген бағытта планетаның дискі бойынша жарықтылықтың
таралуының қатыстылығын алу;
1 сек.доғадан төмен емес кеңістіктік көрсеткішімен қамтамасыз ету;
0,05 радиустан кем емес дәлдікпен планета дискісінде фотометрленетін
учаскісін белгілеу;
Өлшеу дәлдігімен және алынған нәтижелер бойынша қайтадан өлшеулер
жүргізгенде қателігі 1% - дан төмен болмайтын;
Бақылау мүмкіндігі және ары қарай атмосфералық кедергілерді ескеру
2. 0.6-дан 1.1. мкм аралығындағы облыс спектрінде Сатурнның
спектрофотометриялық зерттеуіне арналған аппаратура
Зерттеулер кезінде бақылау мәліметтерін алу, жақсы таңдалынған
фотоқабылдағыш құрылғыға, оның функционалдау режиміне, олардың кезектелген
сигналдарын электронды өңдеуімен сәйкес келуінің оптималды шарттарына,
ақырғы сигналдардың рационалды құрылуына тәуелді, сонымен қатар
ақырғы(соңғы) тіркейтін орнатқыштардың жақсы таңдалуына тәуелді. Осы
берілген тарауда, спектралды интервалында = 0,6– 1,1мкм Сатурн дискі
бойынша метандық жұтылуын зерттеу үшін аппаратураны натуралды және
лабораториялық сынауын жасауын, дайындап шығару сұрақтары қарастырылады.
Фотографиялық орнатқыштармен жұмыс істеу тәжірибесінің молдығынан
фотоэлектрлік өлшеулер үшін қабылдағыш – тіркегіш аппаратурамен жұмыс істеу
шарттарының(талаптарының) құрастырылуына мүмкіндік берді, сонымен қатар
бақылау жобасына ары қарай түзетулер енгізілді.
Бақылау процессінде, фотоэлектрлік өлшеулер үшін қолданылатын
аппаратура жаңартылды. Бас кезінде АСП – 21спектрографы спектрометр
өрісінде спектр бойынша бірканалды сканерлейтін түріне қайтадан жаңартылып
жасалынған. Ескеру мақсатымен және жер атмосферасынан пайда болатын,
кеңістіктік бұрмалануды барынша болдырмауымен, спектрометрдің бірканалды
нұсқасын кейін екі каналды кеңістіктік және спектралды сканерлейтін
спектрометрге қайта жасалынған.
Фотоэлектрондық көбейткіштер Ag – O – Cs фотокатодымен, 0,8
мкм–ге сезімтал болғандықтан, өз шуларының жоғары деңгейімен сипатталады,
ал сигналдың шуға қатынасын алу қажеттілігі фотокөбейткіштердің суытылу
қажеттілігімен тығыз байланысты. Ол үшін, ФЭК– ті құрғақ көмірқышқыл
температурасына дейін суыту үшін тоңазытқыш камерасы құрастырылды және
жасап шығарылды.
Электрлік сигналдардың күшейтілуі және тіркелуі электрондық жүйемен
жүзеге асырылды, ол да жұмыс жасау процессінде жиі – жиі жаңартылып
отырылды. Бірінші жылдары күшейткіштің алдында тұратын выносной блогы қайта
жасалынған “Кактус – СМ - I” типті өнеркәсіптік күшейткіші пайдаланылған.
Кейіннен көп артықшылыққа ие, екі каналды күшейткіш – тіркегіш жүйе
жасалынды. Оның ішіне қосымша, өлшенетін сигналдың интегралдануы және екі
сигналдың қатынасын алу мүмкіндігі кірген.
Фотографиялық және де фотоэлектрлік әдісін жасап шығару, дамыту,
лабораториялық және аппаратураның комплексті сыналуы В.Д.Вдовиченконың,
С.М.Гайсиннің, сонымен қатар автордың бірігіп жасаған жұмысы. Электронды
жүйенің соңғы нұсқасын АФИ АН КазССР конструкциялық бөлімінде С.С.Шумильмен
дайындалып жасалды.
2.1 Сатурн спектрлерінің фотоэлектрлік өлшеулеріне арналған
аппаратура
Фотоэлектрлік әдіспен планетаның дискі бойынша шағылысқан
сәулеленудің қарқындылығының таралуын білу үшін басты қойылған мақсат,
сигналдың фотоэлектрлік тіркелуі үшін қайтадан жасалынған, АСП – 21
спектрограф өнеркәсібі базасында спектрометрге жалғанған өріс бойынша
сканерлеу құрастырылды және жасап шығарылды [67 -68].
0,6 – 1,1 мкм облысындағы толқын ұзындығы фотоэлектрлік өлшеулер үшін
ФЭК – 28, ФЭК – 62 және ФЭК - 83 типті фотоэлектрлік көбейткіштер алынған.
Олардың барлығы Ag – O – Cs типті фотокатодтар болып табылады және олар
фотокатодтардың құрастырылуымен, өлшемдерімен ерекшеленеді. Фотокатодта
кіріс көзінің суретінің диаметрі 2 мм болғанда толық ауданның қатынасына
тең, одан шу түсетін және жарық сигналы түсетін ФЭК - дің көрсетілген
типтері үшін төмендегідей: ФЭК – 62 25, ФЭК – 28, ФЭК – 83 250. 50
экземплярға жуығын құраған ФЭК – 28 партиясынан, практикалық жұмысына
ешқайсысы да алынбаған, өйткені, жұмыс уақытысында төмен жарықтылық
шартында, қойылған талаптар бойынша жұмыс істей алмаған. ФЭК – 83 20 түрі
және ФЭК – 62 100 түрі партиясынан ФЭК – 62 – нің үш экземпляры және ФЭК –
83 – нің екі экземпляры таңдап алынды, олар сигнал – шу сипаттамаларына
сәйкес келді.
Ары қарай ФЭК – тің оптималды қоректендіру режимін зерттеу бойынша
жұмыстар жүргізілді. Бізге белгілі, ФЭК - тің күшейтілу коэффициенті
қосымша беріліп ұратын кернеуге өте тәуелді. Оптималды қоректендіру режимін
зерттеген кезінде, көптеген ФЭК – 62 экземплярлары 1000 В - ті жоғары
кернеуде 2 – 3 сағат жұмыс істегеннен кейін( жеке экземплярларда 4 сағат
ішінде 1300 В болады ), жұмысқа шыдамай, бұзылады (құрылғының ішкі жағы),
бірақ берілген куәліктері бойынша одан да жоғары кернеуде жұмыс істеу
керек. Осы ФЭК – ді сынағаннан кейін, өте қараңғыда фотокөбейткіштің
колбасының ішінде жарықталу көрінген, ол төмен қысымдағы газды разрядқа
ұқсайды.
Бірінші каналда ФЭК – 62, ФЭК – 83 суытқышпен бірге қолданылды,
екінші каналда ФЭК – 79 суытқышсыз жұмыс жүргізілді, өйткені, күшті
жұтылудан тәуелсіз тірек толқын ұзындығы = 6600 А етіп алынған, ал
мультисілтілі ФЭК осы облыста жеткілікті сезімталдыққа ие.
Суыту жүйесін сынау нәтижелері, мыналарды көрсетті:
Фотокөбейткіштердің шуы кем дегенде 2 есеге төмендейді;
Тоңазытқыштың 5 сағат жұмыс уақытысында, ФЭК – нің фотокатоды және
жылуөткізгіш суланбайды;
Сигнал – шу қатынасын жақсарту мақсатында сәулеленуді қабылдау
негізінде, тағы да өте жоғары сезімталдыққа ие, инфрақызыл ЭОТ – дан және
мультисілтілік ФЭК – дан [45] тұратын жүйе қолданылды. Осы
құрастырылу (конструкция) ЭОТ – ның шуының деңгейін 4 есеге дейін
төмендеуіне әкелді. Осы жағдай ЭОТ – ның фотокатоды, қатты көмірқышқыл
температурасына дейін суытылуымен жүзеге асырылды, сол кезде шудың деңгейі
2 есеге дейін төмендейтіні белгілі болды. Оптикалық жүйе (ЭОТ экранынан ФЭК
фотокатодына) диафрагмамен бірге шудың деңгейін 2 есеге дейін төмендеуіне
себеп болды, өйткені, диафрагма ЭОТ – нан экранынан телескоптың кіріс
көзінің бейнесін алуға мүмкіндік берді (фотокатодтың диаметрі 40мм,
фотокатодтағы кіріс көзінің диаметрі 2мм). Берілген жүйенің ең басты
кемшілігі болып жарықты басқа әйнекшелерге жүргізетін оптикадағы жарықтың
жоғалуы және ЭОТ жоғары вольтті қоректендіргіш көзінің тұрақтылығын ұстап
тұру үшін талаптардың жоғары болуы(15 кв). Осы жобадағы болашағы бар болып,
70 пен 90% аралығында жарықтың люминофорлы сәулеленуін жіберуге мүмкіндік
беретін, ЭОТ – ның әйнекталшықты шығысымен қолданылуы болып тұр.
Барлық сәулеленуді қабылдағыштар жарық жіберілуінің сызықтығына өтті
және 4 есеге дейін жарқырауды өзгерткенде барлық күшейткіш диапазондарында
1% - дан кем емес қанағаттанарлық нәтижелерді көрсетті. Әрбір диапазондағы
жарқыраудың өзгеруі жарқырау көзінің жойып тастауымен жүргізілді, сол кезде
сигнал фотокатодтан жарқырау көзіне дейінгі қашықтықтың квадратына кері
пропорционал кемиді, ал бір диапазоннан екінші диапазонға өтуі нейтралды
фильтрлердің енгізілуімен жүзеге асырылды.
0,8 мкм – ге сезімтал, фотокатодтар, жоғары деңгейлі шулармен
қатысты сипатталады, әлсіз обьекттермен жұмыс істеген уақытта, сигналдың
шуға қатынасын алу маңыздылығы, фотокөбейткіштерді суыту сұрақтарымен
тікелей байланысты. Сондықтан тоңазытқыш камерасы [64] құрастырылған
болатын, ол ФЭК үш типі үшін: ФЭК – 62, ФЭК – 28, ФЭК – 83, құрғақ
көмірқышқыл температурасына дейін суытылуымен қамтамасыздандырды. ФЭК бірге
фотоблоктың эскизі 2 суретте көрсетілген. Дюраллюминиийден жасалған және
металдық корпусты(2), тоңазытқыш камерасының (1) арасында жылуөткізгіш
болып пенопласттан (3) жасалған қабат болды. Жарықөткізгіш (4), диаметрі
10мм және ұзындығы 60мм – лі оргоәйнекше СОЛ дан жасалған. Фотокатодтың
суытылуы ФЭК - нің торцтік бөліг і(5) арқылы жүзеге асады. Тоңазытқыш
камерасының кіріс бөлігінде жарық саңылауы(6) қарастырылған. Хладоагентпен
толтырылып тұруы тесік (7) арқылы жүзеге асады. ФЭК – нің диаметріне
байланысты бөшкенің ішкі бөлігіне өтпелі центрлейтін(орталандыратын)
жапсырма (8) кіргізілді. Фотокөбейткіштердің ұзындық бойынша айырымы
фотоблоктың (10) тоңазытқышпен цангтік біріктірілуімен (9) алынады.
Осындай біріктірілу колбаның бүйір жағында штангелькалары бар, ФЭК
үшін жақсы. Фотоблоктың корпусында, тұрақты токты күшейту режимінде де және
айнымалы токты күшейту режимінде де жұмыс істейтін, алдын ала
күшейткіш(12)және кернеуді бөлгіш(11) құрастырылған. ФЭК цоколі(13),
панель(14) және кернеуді бөлгіш, сонымен қатар алдын ала күшейткіш платасы
герматизирленген.
Cурет 1. ФЭК-тің тоңазытқышта орнатылуы.
Тіркеу үшін және атмосфералық кедергілерді мүмкіндігінше
әлсіздендіру, сонымен қатар бақылаудың эффективтілігін жоғарылату үшін АН
КазССР астрофизикалық институтында, сол АСП – 21 стандартты спектрограф
базасында екі каналды спектрометр [48] жасалып шығарылды, оның оптикалық
сызбасы 2 суретте көрсетілген. I cпектрометрдің кіріс саңылауы телекоптың
ұстап тұрған (позиционды) подшипнигінің көмегімен планета дискісіне қатысты
берілген бағытқа бағдарланады, ол зерттеліп жатқан аймақтан келген
сәулеленуді спектрометрдің ішіне өткізеді. Кіріс саңылауының жақтарының
астында телескоптың фотокальды жазықтығынан 0,5мм қашықтықта орналасқан
сканерлейтін элемент (2) орналасқан, оның үстіңгі жағында үш тікбұрышты
тесігі бар. Әрбіреуінің істейтін жұмыстары төмендегідей:
Сканерлейтін диафрагма. Оның ені 0,14мм және биіктігі 1мм. Ол АЗТ – 8 28 –
метрлік фокусында 1,0 бұр.сек×7,4бұр.сек бұрыштық өлшемдеріне сәйкес
келеді. Жұмыс істеу уақытысында сканерлейтін спектрометрдің биіктігі
зерттелетін жерге тәуелді спектрометрдің кіріс саңылауының енімен беріледі.
Телескоптың көрсетілген(берілген) фокусында фокальды жазықтықтан 0,5мм
қашықтықта кеңістіктің көрінуі 0,1 бұр.сек аспайды.
Жұлдыз стандарттарға абсолютті бекітілуі үшін арналған диафрагманың ені
0,40мм немесе 2,95 бұр.сек, оның да биіктігі спектрометрдің кіріс
саңылауымен өзгертіледі(регульренеді).
Ені 8 мм диафрагма (~ 60 бұр.сек.) планетаның таңдап алынатын аймағының
интегралдық (өріс бойынша) зерттеуін жүргізуге мүмкіндік береді.
Барлық сканерлейтін элемент стандартты микрометрлік винтпен ауысады
(орын ауыстырады),оның шкаласының есептеуі 0,1 бұр.сек кем емес дәлдікпен
планетаның дискінде ішкі координат жүйесіне қатысты жұмыс істейтін
диафрагманың орнын анықтап бере алады. Ауыстыру (орын ауыстыру) механизмі
қолмен де және сонымен қатар автоматты жұмыс істеу режимін де қарастырған.
Осы соңғы жағдайда 1 сек.ішінде 0,5 бұр.сек. – тан 1 сек.ішінде 10 бұр.сек
– қа дейін (аралықта) сканерлеу жылдамдығын таңдауға болады. Сканерлеу
бағытының автоматты түрде ауысуы, электронды түрде сызбаның жұмыс істеуімен
бірге тіркейтін құрылғыға реперлік сигналдардың жіберілуімен жүзеге
асырылады. Қалыңдығы 1,5мм мөлдір кварцтік пластинка (тілімше) (3)
өткізілген сәулеленуді екі ағынға бөледі. Біріншісі, негізгі, жарық
спектрометрдің оптикалық жүйесі, кіріс саңылауы (4), Фабри линзасы арқылы
өтеді және фотокөбейткішпен бірге ауыстырмалы блоктың (5) біреуіне түседі.
0,3 – 1,1 мкм диапазонындағы толқын ұзындығы 0,3 – 1,1 мкм 1 мм – ге
келетін 600 және 300 штрихпен бірге дифракционды торды қолмен және
механикалық бұрумен қойылады. 2 ден 240 А аралығында спектральды көрінуі
шығыс саңылауының енімен беріледі. Екінші, көмекші, жарық Фабри линзасы,
тірек толқын ұзындығын алуға мүмкіндік беретін, ауыстырмалы
интерференционды жарық фильтрі жүйесі арқылы өтеді, одан кейін
фотокөбейткішке (7) түседі.
Сурет 2. АСП – 21 стандартты спектрограф базасында екі
каналды спектрометрдің оптикалық сызбасы
Негізгі каналдағы жарықтың кварцтік пластинаны (тілімшені)
енгізгеннен кейін бәсеңдеуі 7% құрады, бірақ ол түгелімен барлық жүйенің
өткізгіштік күшіне түкті де әсер еткен жоқ. Екі каналда өріс бойынша
жарықты жіберудің бірқалыптылығы, күндізгі аспан бойынша тексерілді.
Үстіңгі қабаттың шағылысуының тазалығына және екі каналдың юстировкасының
дәлдігіне жоғары талаптары орындалған кезінде барлық өріс бойынша жарық
жіберілудің бірқалыптылығынан ауытқуы 2% - дан аспайды. Сатурн
дискінің фотоэлектрлік кескінін алған кезінде спектрометрдің кіріс
саңылауына қатысты планетаның гидирлеу шартын оңайлату үшін гидирлейтін
микроскоптың қозғалмалы (оптикалық өске перпендикуляр) окулярына (8) арнайы
крест(қосынды) (9) енгізілген. Планета эллипсінің диаметріне тең, a және b
жақтары, планетаның берілген бұрыштық өлшемдері үшін дәл есептелген және
екілік (қос) жұлдыздыр бойынша тексерілген, жиектеме сияқты болған, оның
ішінде планета дискінің суреті сақталып тұрды, ал осы жағдай гидирлеу
шартын жеңілдетті. Экваториалдық және полярлық радиустарының бөліктерінде
градуирленген, X және Y өстері, спектрометрдің кіріс саңылауының немесе
диафрагманың жұмыс істей алатын орнын, микрометрлік винттің (10) көмегімен
гидирлейтін микроскоптың қозғалмалы окулярының орын ауыстыруымен дәл
анықтауға мүмкіндік береді.
2.2 Электрлік сигналдардың тіркеу блогы
Электрлік сигналдарың күшейтілуі мен тіркелуі, жұмыс істеу
процессінде әрқашанда жаңаланып отырған, электрондық жүйемен жүзеге асты.
Бірінші жылдары (2006, 2007ж.ж.) қайта жасалынған күшейтілетін төзімді
блокты, “Кактус СМ - I” типті өнеркәсіп күшейткіштері қолданылған. Кейіннен
[31] - де келтірілген сызба мен екі электрлік сигналдың қатынасын алу
сызбасы [32-6] бойынша екі каналды шамдық күшейткіш жасап шығарылды, ол екі
каналды нұсқада кеңістіктік және спектральды сканерлейтін спектрометрінде
тіркелетін екі сигналды корреляцялық өңделуі үшін қажет болды. Тіркеу
блогының түбегейлі жартылай өткізгіш нұсқасы АФИ АН КазССР құрастыру
бөлімінде С.С.Шумилинмен блок сызбасы бойынша жиналды және жасап шығарылды,
ол 3 суретте көрсетілген.
Екі каналда бірдей, ФЭК қолданылатын типтерінен басқа. Электрлік
сигналдар ФЭК мен бірге 1,2 күшейтілетіндерге түседі 3,4, олар токты
күшейту функциясын атқарады. Электрлік сигналдар, күшейтілетіндерден кабель
арқылы негізгі күшейткіштердің 5,6 шығысына түседі. Ары қарай сигналдар
күшейткіштерден бірден жазатын потенциометрге ЭЖП – 09 – ға 11,12 немесе
коммутациясы ВкI тумблерімен шығарылатын интераторға 7,8 түседі.
Интеграторлар, таймермен қойылған 13, уақыт аралығында электрлік
сигналдарды қосады. Еске сақтайтын құрылғылар 9,10 ЭЖП – 09 - да 11,12
өткен циклдың кернеуін ұстап тұрады.
Екі электрлік сигналдар, ЭЖП – 09 базасында орындалған және екі
электрлік сигналдың орын басу сызбасы бойынша жұмыс істейтін 1 ден 2 ші
каналға электрлік сигналдардың байланысын(қатынасын) алу үшін сызбаға
түседі 14.
Таймермен берілетін, қабаттасу уақыты 1 сек.қадаммен 1 ден 30
сек.аралығында дискретті реттеледі. Потенциялдың жіберу мезетінен қабаттасу
циклінің жаңадан басталуына дейінгі уақыт 0,025 сек.құрайды. Жарық
сигналының шуы үлкен мәнге ие болған кезінде интегратор өлшеу нәтижелерін
орташалайды, ал ол бақыланған материалдың өңдеуін үдетуге және өлшеудің
бірмәнділігінен дәлдікті жоғарылатуға мүмкіндік береді.
1,2-ФЭК, 3,4 - күшейтілгендер, 5,6 - күшейткіштер,7,8-
интегратор, 9,10 – есте сақтайтын құрылғылар,11,12 - ЭЖП-09,13- таймер, 14-
ЭЖП-09 базадағы байланыс сызбасы.
Cурет 3.Тіркелетін құрылғының сызбасы.
Таймермен берілетін, қабаттасу уақыты 1 сек.қадаммен 1 ден 30
сек.аралығында дискретті реттеледі. Потенциялдың жіберу мезетінен қабаттасу
циклінің жаңадан басталуына дейінгі уақыт 0,025 сек.құрайды. Жарық
сигналының шуы үлкен мәнге ие болған кезінде интегратор өлшеу нәтижелерін
орташалайды, ал ол бақыланған материалдың өңдеуін үдетуге және өлшеудің
бірмәнділігінен дәлдікті жоғарылатуға мүмкіндік береді.
Планета дискінің шеткі аймақтарындағы спектралдық ерекшеліктерін
зерттеген кезінде атмосфералық кедергілердің автоматты ескерілуі үшін екі
каналдағы сигналдар өзі жазғыш құрылғыда тіркелуімен бірге байланыс
сызбасына түсетін, осы 2000 жылдардың өзінде Хильтнермен [48] жасалынған
әдіс бойынша орындалған және жұмыста падаланылатын болған [45]. Екі толқын
ұзындығында, оның біріншісі(тіректік) үздіксіз спектрге, ал екіншісі(басты)
жұтылу жолағының әр түрлі учаскісіне жатады, байланыс сызба планетаның
фотометрлік кескіндерінің параллельді тіркелуімен бірге, планетаның дискі
бойынша жұтылудың таралуына қатысты алынған кескіндерінен мәліметтер беруі
мүмкін. 4 суретте, екі толқын ұзындығында (1- ші және 2 - ші қисықтар):
= 6800A – да =150 А мен - әлсіз жұтылудың аймағы (үздіксіз
спектр) және толқын ұзындығы = 8860A =180 А мен – 0,066 – ға
тең жолақтың орталығында қалдық қарқындылығымен бірге
метанның күшті жұтылу жолағының аймағы.
Сурет 4. 1 - λ = 6800 Ǻ . 2 - λ = 8860 Ǻ , 3 -88606800 қатынасы.
Мұнда сонымен қатар осы кескіндерге сәйкес және Сатурн дискісінің
шетіне қарай жұтылудың жоғарылығын көрсететін, екі каналдың қатынасының
бірлік жазбаларында келтірілген.
Тірек каналындағы толқын ұзындығының тұрақтылығы және бірнеше сағат
жұмыстан кейін алынған, кескіндірінің барлығын қосқанда үлкен біртекті
материалды береді. Осы материалды суреттің сапалығының статистикалық
талдауын жүргізуге пайдаланады. Ал ол деген сөз бір каналды жүйенің
талассыз жақсы жұмыс ісейтінінің артықшылығын көрсетеді.
Айта кету керек, байланыс сызбасын анкурантты күйіне келтіруін қажет
етеді, өйткені сәлеленуді қабылдағышның қосымша тогының толық
қайтарылуынан(компенсациясынан) және әсіресе жоғары күшейткіш режимінде
жұмыс істеу кезінде күшейткішті нөлге тұрақтылап тұруы, бақылау
нәтижелерінің нақтылығын береді.
Сипатталған аппаратура сапалы бақыланатын материалды алуға мүмкіндік
береді, егер де бақылау тәртібіне келесі талаптарды ұстанса:
Сатурн дискінің орталығын(центрін) жұлдыз стандарттарға абсолютті байланысы
алынады;
Берілген бағыттарда және кең(үлкен) интервалды толқын ұзындығында
спектралды аралығында 30 дан 240 А – ға дейін, планета дискі бойынша
жарықтылықтың таралуына қатысты алынады;
1 сек.доғадан төмен емес, кеңістіктің көрінісін алады;
Дәлдігі 0,05 радиустан емес, планета дискісінде фотометрленетін
учаскілерін белгілейді;
Өшеу дәлдігі мен нәтижелердің өлшеуін қайтадан тексерілуі 1% - тен
төмен емес;
Бақылау мүмкіндігі және атмосфералық кедергілерді ары қарай ескеру
мүмкіндігі.
3. Сатурн жарық дискісінің ұзақтық бағыттарының таралуын
зерттеу
Бақылатын мағлұматтардың анықтылығы қаншалықты ілеспе өлшеу қатарында
үрдіс байқауында келесіде келтірілген қосымша зерттеуді қажетсінді.
1. Масштабтың анықталуы әрбір мерзімдегі бақылау қиығы қос жұлдыздың
бұрышы белгілі қашықтықтағы компоненттер арасында (Лебедтің β және қос
жұлдыздың Орион жұлдызшасы α=5һ32ͫ.6δ=6.02 арақашықтығы компоненттер
арасында доғасы 36 сек) көшірілулер өткізілді. Екі жұлдыздың қосылуы
спектрограф саңылауына енуде алдауыш бойына түзу беттеді. Құрылысынан
ерекшеленетін көшірілетін саңылау (доға биіктігі 7 сек және ені 1 сек )
ену саңылауы доғасы 7 сек шектелді, 1сек доғаны сканирленгенде іске
асырылды. 12-13 рет сканерленген масштаб қиығының нақтылығы 1% кем емес
екендігін анықтауға мүмкіндік береді.
2. Шайылу функциясының анықталуы.Планетаның маңайындағы жұлдыздардың
суретін әрбір серия бақылауынан кейін жазба жұмыстары жүргізілді. 10-нан
20-ы орташа жазбалардан кейін жұлдыздардың шайылу функциясы анықталды
G(X). Масштабты анықтау сияқты сканерлеуде солай іске асады. Автордың
шайылу функциясының G(X) көпшілігінде Гаус функциясы түрінде
қабылдап,әсер етуін есепке алды. Біздің есептеудегі шайылу функциясы мен
гаустың реттеуіндегі айырмашылықты 5 суретте көрсетілген. Екі
гауссиан суммасы түрінде G(X) ыңғайлы көрініс тапты:
(3.1)
С,С1,Р1,Р2 параметрлерін ең кіші квадраттарының шын реттеуде
алшақтықпен әдісімен анықталды. Шайылу функциясы есебіне әсер ету шын
реттеуде тек 2000ж бақылаудағы қорытындыларында қолданды.
5- Сурет . Шайылу функциясының бейнесі
Қисық: 1-бақылау, 2 -Гаусс функциясының қарапайым аппраксимациясы 3
– аппраксимация екі гауссиан сумасы түрінде
3. Жазықтықта жарықбергіштің тепе-теңдігі мен сканерлеудің тепе-теңдігі
күндізгі аспан жазбасы бойынша әр түнге дейінгі және кейінгі бақылаулар
тексерілді. Бұл жағдайда Сатурн дискісінің сканерлегендей, кіру аймағының
ені солай қойылды (аймақтың сканерленген ені тұрақты жәнеи ол 1сек.доғаға
тең). Жазықтықта жарықбергіштің тепе-теңдігі мен сканерлеудің тепе-
теңдігі айнуы 1-2% аспаған.
2006 және 2007ж.ж.фотометрлік бақылаулар келесі үлгіде
жасалды:әртүрлі толқын ұзындықтарын сканерлеу (6800,7250, 7900, 8200, 8610,
8860, 9870А) базадағы стандартты спектрографтың АСП-21 [67,68]көмегімен
аспан обьектісіндегі суреттерді тегістар сканер арқылы іске асырылды. 1-
суретте көрсетілгендей алынған сканерлеу бағытына бағытталды. Барлық
скандар диск орталығынан өткен. Бұл диск орталығын нөмірлеуге ыңғайлы.
Алынған скандар Сатурн изсуреті толқын ұзындықтарына сәйкес тұрғызылған.
Сатурн дискісінің орталығының бөліктерін салыстырмалы сақина В орналасуымен
анықталды. Сатурн осінің эклиптик декарт кардината жазықтығында мағыналы
еңкеюі сфералы түрде берілген және оның құлау бұрышының байланысы мен
бейнесі табылған.Миннзерт ұсынысының көмегімен эмперикалық формуласы
Байндер [25]көрсетті
B=B0µ0kµk-1
(3.2)
µ0 және µ- құлау бұрыштарының косинусы мен бейнесі
k- қараю шетінің сипаттайтын параметр
В – элементтің беттік жарығы
B0 – элементтің беттік жарығында µ0 = µ=I, Сатурн дискісінің
жарығының көрінетін және инфрақызыл спектр аймағында аппроксирлеп реттеуге
болады. Бұл формула жарықты реттеуге өте ыңғайлы болғандықтан, қараю шетін
бір параметрлен сипаттауға болады. Біздің бақылауымыз кезінде планетаның
қарама-қарсы кезінде орындалды, сондықтан да µ0 = µ деп алып, келесі
көрініске ие: (3.2)
B=B0µ2К-1
(3.3)
Пролограрифланған теңдеуді (3.3) алынған
LgB=lg B0 + (2K-1)lgµ
(3.4.)
Бұл формуладан координаталары lg B0 және lgµ түзу сызық берсе,еңкею
бұрышының тангенсі 2К-1 тең,қараю шетінің К параметр мәнін оңай анықтауға
болады. Анализ кезінде бөлек зоналар бойындағы жарықты реттеуден алынған
параметр мәні К мен λ=6300 және 8200А (үздіксіз спектр аймағы)2 кестеде
көрсетілген.
Кесте 2.
Жарықты реттеуден алынған параметр мәні К мен λ=6300 және 8200А
(үздіксіз спектр аймағы)
λ,Ǻ
φ , град.
6800 8200
0 1.05 ± 0,08 0,84 ± 0,04
10 0,92 ± 0,05 0,84 ± 0,04
20 0,92 ± 0,02 0,85 ± 0,02
Жұтылу сызықтарындағы жарықты реттеу анализі жер атмосферасындағы
сақина жарығының шашырауына мәнді әсері етуіне әкеледі.Бұл әсерлесу жұтылу
сызықтарынан күшті екендігін көрсетті.
Шын мәнінде жарықты реттеу сақинадағы жарықтың шащырауына әсер етуін
қарастырайық. Мысалы 6 суреттегі 2007 экватор интенсивтілігінің бойындағы
бақылаулар зерттелетін диапазонда әртүрлі толқын ұзындықтарындағы жарықты
реттеу келтірілген (2006 және 2007ж мезгілінде экватор интенсивтілік
бойында жарықты реттеуде 4-5 қосымша кестеде келтірілген).
Сурет 6. 2007ж. бақылаудан алынған әртүрлі толқын ұзындықтары Сатурн
экватор интенсивтілігінің бойында жарықтың таралуы.
Миннаерт коэффиценті арқылы 2006-2007ж. мезгілдік бақылауда
реттеудегі қараю шеті көрсетілген, қалған интенсивтілік I-R өлшемдеріне
тәуелді байқау қиын емес.
Кесте 3
Сатурн экватор интенсивтілігі екі мезгілдік бақылау үшін I-R мен К мәні
6800 7250 7400 7900 8200 8610
0,78 0,254 0,508 0,052 0,76 0,109
1,00 1,01 0,99 1,08 1,00 1,06
26,1 26,1 26,3 26,1 26,1 25,9
1 0,008 0,005 0,004 0,022 0,003 0,008
2 0,014 0,007 0,009 0,025 0,005 0,009
3 0,020 0,017 0,012 0,036 0,018 0,048
4 0,029 0,025 0,017 0,035 0,012 0,069
5 0,042 0,041 0,039 0,057 0,031 0,072
6 0,066 0,058 0,069 0,061 0,074 0,086
7 0,127 0,119 0,126 0,107 0,129 0,102
8 0,221 0,206 0,202 0,135 0,203 0,205
9 0,318 0,289 0,277 0,203 0,336 0,317
10 0,409 0,424 0,421 0,339 0,431 0,391
11 0,530 0,510 0,560 0,451 0,552 0,569
12 0,641 0,634 0,663 0,571 0,624 0,634
13 0,688 0,692 0,717 0,617 0,670 0,708
14 0,762 0,805 0,781 0,707 0,749 0,801
15 0,806 0,808 0,841 0,754 0,799 0,873
16 0,866 0,855 0,857 0,802 0,826 0,869
17 0,877 0,905 0,909 0,914 0,851 0,906
18 0,923 0,958 0,928 0,898 0,902 0,952
19 0,952 0,952 0,948 0,998 0,900 1,020
20 0,921 0,923 0,965 1,015 0,928 1,014
21 0,958 0,969 0,960 0,994 0,963 1,050
22 0,980 0,946 0,988 0,995 0,979 1,062
23 0,973 0,992 1,016 1,044 0,969 1,048
24 0,998 1,011 0,991 1,080 1,001 1,053
25 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000 1,000
26 0,989 0,988 1,020 1,057 0,981 1,042
27 1,010 0,974 1,008 1,071 0,983 1,092
28 0,999 0,978 0,971 1,078 0,989 1,089
29 0,984 0,964 0,980 1,061 0,982 1,069
30 0,971 0,957 0,977 1,084 0,971 1,027
31 0,954 0,931 0,948 1,075 0,962 1,015 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz