Extrémní vysokohorská koronální stanice Astronomického ústavu SAV ve Vysokých Tatrách (2 632 m n. m.) – světové pracoviště výzkumu sluneční koróny.

Obsah hesla

[Rejstřík]

1.Proč stavět observatoř v extrémní výšce 2 632 metrů?
2.Historie vzniku stanice
3.Unikátní přístroje: Dvojitý koronograf a spektropolarimetr
4.Výzkum kosmického záření
5.Zdroje a reference

Observatoř Lomnický štít: Věda nad mraky Vysokých Tater

Observatoř Lomnický štít je nejvýše položeným vědeckým pracovištěm a meteorologickou i astronomickou observatoří na celém území bývalého Československa. Nachází se na samotném skalnatém vrcholu slavného Lomnického štítu ve Vysokých Tatrách na Slovensku v závratné nadmořské výšce 2 632 metrů.

Observatoř je provozována Astronomickým ústavem Slovenské akademie věd (AsÚ SAV) a patří mezi pouhých několik málo vysokohorských stanic na světě, které se systematicky a dlouhodobě specializují na výzkum sluneční koróny a chromosféry.

1. Proč stavět observatoř v extrémní výšce 2 632 metrů? #

Sluneční koróna – žhavá vnější atmosféra naší mateřské hvězdy – je v optickém spektru více než milionkrát slabší než oslnivý kotouč samotného Slunce. Za běžných podmínek je na Zemi přímo viditelná pouze během vzácných několika minut úplného zatmění Slunce.

V roce 1930 vynalezl francouzský astronom Bernard Lyot speciální dalekohled zvaný koronograf, který uvnitř tubusu odstíní oslnivý sluneční kotouč umělým měsíčkem a umožní korónu pozorovat i mimo zatmění.

Koronograf však funguje pouze tehdy, když je okolní vzduch naprosto dokonale čistý, průzračný a zbavený prachových částic, které by rozptylovaly sluneční světlo do bílého oparu. Vrchol Lomnického štítu ve výšce 2,6 km nabízí ideální podmínky:

Leží vysoko nad znečištěnou přízemní vrstvou atmosféry.
Vykazuje extrémně nízkou prašnost a minimální rozptyl světla (tzv. koronální čistota oblohy).

2. Historie vzniku stanice #

Výstavba observatoře byla zahájena v roce 1957 v rámci Mezinárodního geofyzikálního roku a pravidelná vědecká pozorování Slunce odstartovala v roce 1962.

Výstavba na ostrém skalním štítu přístupném pouze visutou lanovkou z Tatranské Lomnice představovala neuvěřitelný stavební a logistický výkon. Vědci a technici zde museli čelit extrémním tatranským mrazům (teploty klesají pod -30 °C), nárazům orkánu o rychlosti přes 200 km/h a silné námraze, která dokáže pokrýt kopuli tunami ledu.

3. Unikátní přístroje: Dvojitý koronograf a spektropolarimetr #

V kopuli observatoře pracuje špičková optická aparatura:

Dvojitý koronograf: Sestává ze dvou identických bezreflexních objektivů o průměru 200 mm a ohniskové vzdálenosti 3 000 mm na společné paralaktické montáži.
Coronal Multi-channel Polarimeter (CoMP-S): Špičkový přístroj vyvinutý ve spolupráci s americkou observatoří High Altitude Observatory (HAO). Umožňuje měřit polarizaci světla a magnetická pole v koróně s využitím infračervené emisní čáry železa [Fe XIII] (1 074,7 nm a 1 079,8 nm).
Časosběrný katalog sluneční koróny: Lomnický štít je autorem jednoho z nejdelších a nejucelenějších homogenních pozorovacích katalogů emisní koróny (čára [Fe XIV] na 530,3 nm, tzv. zelená koróna) na světě, který mapuje sluneční aktivitu po dobu více než pěti jedenáctiletých slunečních cyklů.

4. Výzkum kosmického záření #

Kromě sluneční fyziky sídlí na Lomnickém štítě také neutronový monitor Ústavu experimentální fyziky SAV. Tento detektor nepřetržitě měří intenzitu dopadajícího sekundárního kosmického záření a slouží ke studiu slunečních protonových bouří a monitorování tzv. Forbushových poklesů vyvolaných koronálními výtrysky hmoty (CME).

5. Zdroje a reference #

Rušin, V., & Rybanský, M. (2002). Coronal Index of Solar Activity. Solar Physics.
Rybák, J., et al. (2011). The Solar Corona Observatory at Lomnický Štít: 50 Years of Solar Corona Observations. Contributions of the Astronomical Observatory Skalnaté Pleso.
Astronomical Institute of the Slovak Academy of Sciences (AsÚ SAV) Documentation.

Odborný astrofyzikální text včetně stavových rovnic, efemerid a spektrální klasifikace.

Profi režim

Observatoř Lomnický štít (SAV) – Lyotův koronograf, spektropolarimetrie CoMP-S a koronální index

1. Topografické a atmosférické parametry #

Souřadnice: $49^\circ 11' 42'',\text{N}$ , $20^\circ 12' 48'',\text{E}$ .
Nadmořská výška: $2,632,\text{m n. m.}$
Barometrický tlak: Střední tlak $p \approx 735,\text{hPa}$ (cca 73 % tlaku u hladiny moře).
Aureola oblohy: Rozptýlené světlo v těsné blízkosti slunečního disku ( $r \approx 1.1,R_\odot$ ) dosahuje na Lomnickém štítě hodnot $I_{\text{sky}} / I_\odot < 10 - 20 \times 10^{-6}$ , což splňuje přísná kritéria pro ne-zatměňová koronální pozorování.

2. Optická teorie Lyotova koronografu #

Klasický teleskop nelze pro pozorování koróny použít z důvodu difrakce na okrajích apertury a rozptylu světla na mikro-nečistotách skla.
Lyotův koronograf na Lomnickém štítě řeší problém čtyřstupňovou eliminací parazitního světla:

Objektiv bez bublin (Singlet Lens): Jednoduchá čočka $D = 200,\text{mm}$ , $f = 3,000,\text{mm}$ vyrobená ze suprasilového křemenného skla bez vnitřních inkluzí a bublin.
Umělý Měsíc (Artificial Moon): Zrcadlový kužel v primárním ohnisku chlazený kapalinou, který odráží 99.9 % energie fotosféry mimo optickou osu.
Lyotova clona (Lyot Stop): Čočka v poli zobrazí vstupní aperturu na kruhovou clonu s mírně menším průměrem ( $D_{\text{stop}} \approx 0.9 D$ ), která zcela odstíní difrakční prstenec vznikající na okraji primární čočky.
Centrální terčík: Zachycuje zbytkový vnitřní odraz vznikající mezi plochami čočky.

3. Spektropolarimetrický systém CoMP-S #

Vyvinut ve spolupráci s HAO/NCAR (USA) pro měření Stokesových parametrů $(I, Q, U, V)$ :

Filtrový subsystém: Laditelný polarizační interferenčně-polarizační filtr Lyotova typu s tekutými krystaly (LCPR – Liquid Crystal Variable Retarders).
Pracovní čáry:
- Zakázaná linie iontu Fe XIII: $\lambda = 1074.7,\text{nm}$ ( $3p^2,^3P_1 \to ,^3P_0$ ) a $\lambda = 1079.8,\text{nm}$ ( $3p^2,^3P_2 \to ,^3P_1$ ).
- Vodíková linie $H\alpha$ : $\lambda = 656.3,\text{nm}$ a He I $D_3$ : $\lambda = 587.6,\text{nm}$ .
Magnetometrie: Poměr intenzit čar Fe XIII umožňuje přímé určení elektronové hustoty $n_e$ v koróně, zatímco kruhová polarizace (Stokesovo $V$ ) odhaluje vektor magnetického pole podél zorné linie prostřednictvím podélného Zeemanova jevu:

V(\lambda) = -\Delta \lambda_B \cos \theta \frac{\partial I}{\partial \lambda} = -\frac{g_{\text{eff}} e B \lambda_0^2}{4\pi m_e c^2} \cos \theta \frac{\partial I}{\partial \lambda}

4. Koronální index sluneční aktivity (CI) #

Na bázi měření zelené koróny Fe XIV ( $530.3,\text{nm}$ ) vytvořil tým AsÚ SAV v čele s M. Rybanským a V. Rušinem globální Koronální index sluneční aktivity (Coronal Index – CI):

CI(t) = \int_0^{2\pi} I_{\text{cor}}(\phi, t) d\phi

reprezentující celkový zářivý výkon emisní koróny v zelené čáře do celého prostorového úhlu, využívaný celosvětově v modelech kosmického počasí a heliosférické modulace.

5. Akademické reference #

Rybanský, M. (1975). Coronal index of solar activity I. Bulletin of the Astronomical Institutes of Czechoslovakia, 26, 367.
Tomczyk, S., et al. (2008). An Instrument to Measure Coronal Emission and Photospheric Magnetic Fields. Solar Physics, 247, 411.
Kučera, A., et al. (2014). Solar research at the Lomnický Štít Observatory. Contributions of the Astronomical Observatory Skalnaté Pleso, 44, 113.

Název observatoře	Observatoř Lomnický štít
Instituce / Působiště	Astronomický ústav SAV a Ústav experimentální fyziky SAV
Lokalita	Vrchol Lomnického štítu, Vysoké Tatry, Slovensko (2 632 m n. m.)
Založení	1957 (pravidelná pozorování od 1962)
Hlavní specializace	Výzkum sluneční koróny bez zatmění (koronografy)
Unikátní data	Homogenní řada měření zelené koróny (od roku 1965)

Nadmořská výška	2 632 m n. m. (atmosférický tlak cca 735 hPa)
Optický systém	Dvojitý Lyotův koronograf (2× 200 mm singlety, ohnisko 3 000 mm)
Spektropolarimetr Co M P S	Měření magnetického pole koróny v IR čárách Fe XIII (1 074,7 nm)
Koronální index C I	Mezinárodně standardizovaný index sluneční aktivity (AsÚ SAV)
Detektor kosmického záření	Neutronový monitor NM-64 (sledování solárních protonových bouří)
Extrémní klima	Mrazy pod -30 °C, vítr přes 200 km/h, silná námraza

Observatoř Lomnický štít (SAV)

Observatoř Lomnický štít (SAV)

Obsah hesla

Observatoř Lomnický štít: Věda nad mraky Vysokých Tater

1. Proč stavět observatoř v extrémní výšce 2 632 metrů? #

2. Historie vzniku stanice #

3. Unikátní přístroje: Dvojitý koronograf a spektropolarimetr #

4. Výzkum kosmického záření #

5. Zdroje a reference #

Observatoř Lomnický štít (SAV) – Lyotův koronograf, spektropolarimetrie CoMP-S a koronální index

1. Topografické a atmosférické parametry #

2. Optická teorie Lyotova koronografu #

3. Spektropolarimetrický systém CoMP-S #

4. Koronální index sluneční aktivity (CI) #

5. Akademické reference #

Literatura a vědecké reference

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík

Observatoř Lomnický štít (SAV)

Obsah hesla

Observatoř Lomnický štít: Věda nad mraky Vysokých Tater

1. Proč stavět observatoř v extrémní výšce 2 632 metrů? #

2. Historie vzniku stanice #

3. Unikátní přístroje: Dvojitý koronograf a spektropolarimetr #

4. Výzkum kosmického záření #

5. Zdroje a reference #

Observatoř Lomnický štít (SAV) – Lyotův koronograf, spektropolarimetrie CoMP-S a koronální index

1. Topografické a atmosférické parametry #

2. Optická teorie Lyotova koronografu #

3. Spektropolarimetrický systém CoMP-S #

4. Koronální index sluneční aktivity (CI) #

5. Akademické reference #

Literatura a vědecké reference

Související hesla v AstroWiki

AstroHub Podpora

Váš nákupní košík