有效载荷

先进天基太阳天文台上配置了三台有效载荷,分别为:全日面矢量磁像仪、莱曼阿尔法太阳望远镜和太阳硬X射线成像仪。


全日面矢量磁像仪(FMG)
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全日面矢量磁像仪(FMG)用于开展太阳光球矢量磁场的成像观测。全日面矢量磁像仪由成像光学系统、偏振光学系统、数据采集与处理系统三大功能块组成。其望远镜采用口径140mm的远心光路设计;探测器采用4K×4K像元、帧频16 fps的CMOS相机;偏振光学系统由经典的里奥(Lyot)型双折射滤光器和液晶型偏振分析器系统组成,滤光器工作在Fe I 532.4 nm 谱线,透过带宽(FWHM)为0.011 nm。

为了获得足够高的测量精度,拟采用“深积分”观测方式提高灵敏度,在常规观测模式下,单磁场分量观测由128×2帧图像完成,一组矢量磁图用时2分钟。在深积分模式下,纵向分量灵敏度5G,横向分量精度150G,用时约18分钟。在一个分量观测中要求图像稳定度优于0.25角秒,但由于卫星平台无法满足这一图像稳定度要求,全日面矢量磁像仪将自带稳像系统。

全日面矢量磁像仪基于双折射滤光器而成。由于斯托克斯(Stokes)参数仪不能实时成像,采用类似于Hinode/SP的观测系统对于太阳活动现象的跟踪和预报研究是非常不利的,相比较而言,全日面矢量磁像仪具有更高的观测效率和时间分辨率,更契合先进天基太阳天文台的科学需求。而相较于SDO/HMI和SOHO/MDI,全日面矢量磁像仪设备相对简化,观测模式简单,磁场测量精度更高。


莱曼阿尔法太阳望远镜 (LST)
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莱曼阿尔法太阳望远镜包含三台仪器,即一台口径68毫米莱曼阿尔法全日面成像仪(SDI)、一台口径60毫米的日冕仪(SCI)、一台口径130毫米的白光全日面望远镜(WST)和两台导行镜(GT)。

莱曼阿尔法全日面成像仪在莱曼阿尔法波段(121.6±4.5 nm)以4-40秒的时间间隔对太阳从日面中心到1.2个太阳半径进行成像观测。莱曼阿尔法全日面成像仪使用4608×4608像元的探测器以获得约1.2角秒的空间分辨率。同时,莱曼阿尔法全日面成像仪和日冕仪都将通过压电陶瓷驱动稳像系统来实现太阳的稳定以满足高分辨率成像观测的要求。

日冕仪使用2048×2048像元的探测器对1.1 – 2.5个太阳半径的内日冕以3-60秒的时间间隔在莱曼阿尔法波段(122.6±3 nm)进行成像观测并在白光波段(700±32 nm)进行偏振亮度观测。在日冕仪光路中加入分光镜,将入射的日冕光分成透射和反射两部分。反射部分经过莱曼阿尔法滤光片后成像在莱曼阿尔法波段探测器;透射部分在经过宽带滤光片、线偏振片后成像在白光波段探测器上,在0°及±60°三个方向进行日冕偏振亮度测量。

白光望远镜采用4608×4608像元的CMOS探测器在通常模式下以1-120秒的时间间隔对太阳从日面中心到1.2个太阳半径进行紫外连续谱(360±2.0 nm)成像观测,在快速的爆发事件模式下通过开窗输出的方式使时间间隔小于0.2秒。白光望远镜的成像观测的空间分辨率与莱曼阿尔法全日面成像仪相同。

导行镜工作波长为570 nm,通过四象限光电二极管对太阳边缘进行探测,实时计算太阳边缘的偏移量并将偏移量转化成导行信号。导行信号最终转化成驱动信号驱动安装在莱曼阿尔法全日面成像仪和日冕仪主镜后面的压电陶瓷晶体实现太阳像的稳定。


太阳硬X射线成像仪(HXI)
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硬X射线成像仪以太阳耀斑为主要观测目标,在30 – 200 keV的硬X射线以优于0.5秒的时间分辨率(最高0.125秒)对全日面进行高分辨率成像观测。HXI的视场为40角分,能量分辨率约为24%@32keV,空间分辨率为3.2角秒。因平台有多个光学载荷,HXI采用与日本阳光(YOHKOH)卫星上的硬X射线望远镜(HXT)和太阳轨道探测器(Solar Orbiter)上X射线成像光谱望远镜(STIX)相似的空间调制间接成像技术。这不同于美国RHESSI卫星所用的旋转调制间接成像技术,但同属于调制类间接成像。

HXI是一套高精密的成像设备,共加工了超过3400片的钨光栅薄片,胶叠为10种不同节距的91对钨光栅,节距从36微米至1224微米。这些光栅安装在1.2米长度准直器两端的基板上,构成了91个调制子准直器,通过它们的硬X射线信号由后面对应的91个探测器记录,并在地面通过算法反演成图像。此外,还有3个测量总流量的探测器和5个测量背景的探测器。整个探测器阵列共有99个溴化镧探测器。

HXI还自带太阳指向镜系统,它在白光波段对太阳进行监视并提供太阳爆发的位置信息和太阳硬X射线成像仪的指向信息,指向精度优于1角秒,可用于修复抖动造成的图像模糊。同时,它还可以实时监测前后基板的微米级形变和角秒级扭转。



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