4月14日，英國(guó)《皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院云南天文臺(tái)博士研究生梁昱、屈中權(quán)研究員與其北京大學(xué)合作者的研究成果。該研究依托北京大學(xué)大視場(chǎng)折射式日冕紅線望遠(yuǎn)鏡，利用2017年美國(guó)日全食期間觀測(cè)到的日冕紅線數(shù)據(jù)，提出了一種高精度的日冕圖像配準(zhǔn)配準(zhǔn)方法并獲得了日冕紅線的成像偏振信息。通過(guò)日冕紅線偏振數(shù)據(jù)和MLSO/Kcor的白光偏振數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，提出了在日冕暗腔區(qū)域紅線輻射可能存在偏振的觀測(cè)證據(jù)。
對(duì)于偏振測(cè)量而言，由于探測(cè)器只對(duì)強(qiáng)度信號(hào)有響應(yīng)，因此，通常情況下，偏振測(cè)量需要多次調(diào)制才能實(shí)現(xiàn)。在多次調(diào)制過(guò)程中，圖像的穩(wěn)定性將直接影響偏振測(cè)量精度。因此，圖像的高精度配準(zhǔn)對(duì)于成像偏振測(cè)量尤為關(guān)鍵。需要注意的是，可見(jiàn)光波段的日冕圖像的高精度配準(zhǔn)比較困難，其原因是日冕圖像通常非常的昏暗、低信噪比、缺乏高頻信息且高動(dòng)態(tài)范圍。將傳統(tǒng)的圖像配準(zhǔn)方法，如基于高頻尺度不變特征變換算法、基于特征統(tǒng)計(jì)的交叉相關(guān)（Cross-Correlation，CC)算法和相位相關(guān)算法用于2017年日全食期間的日冕紅線圖像配準(zhǔn)時(shí)，效果都不理想。即使經(jīng)過(guò)LoG, Sobel, Laplace，homomorphic等算子增強(qiáng)銳化后，上述算法的配準(zhǔn)結(jié)果效果依然不能令人滿意。
針對(duì)該問(wèn)題，論文作者將盲退卷積和噪聲自適應(yīng)模糊均衡算法應(yīng)用于日冕紅線圖像的增強(qiáng)中，結(jié)合CC算法，最終取得比較高精度的日冕圖像配準(zhǔn)結(jié)果。通過(guò)日冕偏振圖像的配準(zhǔn)結(jié)果，他們獲取了高精度的成像偏振信息。如圖2所示，左側(cè)四幅子圖顯示的是傳統(tǒng)CC算法配準(zhǔn)后的解調(diào)結(jié)果，在月亮邊緣處表現(xiàn)出明顯的跳躍，偏振的方位角信息Sin 2P 也表現(xiàn)出很多的細(xì)節(jié)特征，這些都是異常的。原因是此次日全食的遮擋率是1.0306，而月亮邊緣的偏移量已經(jīng)超出了該范圍，故CC算法配準(zhǔn)的結(jié)果明顯是不可靠的。相對(duì)而言，作者提出的配準(zhǔn)算法獲得了比較好的配準(zhǔn)結(jié)果。
理論上，日冕紅線輻射是非偏的，歷史上為數(shù)不多的幾次觀測(cè)結(jié)果幾乎都不支持紅線具有偏振信息，但實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)分析對(duì)比2017年日全食期間的日冕紅線的偏振觀測(cè)資料和相同時(shí)間的白光偏振數(shù)據(jù)（K冕），研究人員發(fā)現(xiàn)，在太陽(yáng)西側(cè)的一個(gè)暗腔區(qū)域，日冕紅線的偏振特征發(fā)生了突變，而該變化在K冕和電子密度中都沒(méi)有對(duì)應(yīng)的表征，這從側(cè)面證明了日冕紅線在該區(qū)域輻射可能是存在偏振的。
比較遺憾的是，由于采用的是成像偏振觀測(cè)，并沒(méi)有紅線附近波段連續(xù)譜偏振信息。因此，連續(xù)譜和日冕紅線的偏振無(wú)法區(qū)分，故無(wú)法定量的分析日冕紅線的偏振信息。但是，通過(guò)對(duì)比K冕的偏振輻射和日全食期間觀測(cè)的紅線偏振輻射數(shù)據(jù)，可以定性地判斷譜線的偏振信息。作者認(rèn)為，該發(fā)現(xiàn)對(duì)認(rèn)識(shí)日冕偏振的復(fù)雜性及禁線偏振理論提出了新的挑戰(zhàn)。
該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金委國(guó)家重大科研儀器研制項(xiàng)目、青年項(xiàng)目,天文聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目,中國(guó)科學(xué)院院級(jí)科研儀器設(shè)備研制項(xiàng)目等的資助。
論文鏈接
圖1 2017年8月21日日冕合成圖像，前三幅子圖坐標(biāo)系為標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)坐標(biāo)，第四幅子圖為極坐標(biāo)形式。左上圖：Fe X 6374埃 日冕紅線增強(qiáng)圖和 Fe IX 171埃 紫外圖像的合成圖像（日面為171埃,日冕為6374埃，采集時(shí)間17:17 UT）。右上子圖： SDO/AIA RGB 合成圖像（紅色通道代表211 埃 數(shù)據(jù)，采集時(shí)間 01:24:09 UT，綠色通道代表193埃 數(shù)據(jù)，采集時(shí)間 01:24:04 UT, 藍(lán)色通道代表171埃 數(shù)據(jù)，采集時(shí)間 01:24:33 UT）；左下子圖：從內(nèi)到外，依次為Fe IX SDO/AIA 171埃（17:17 UT）, 紅線Fe X 6374埃（17:17 UT） 和 SOHO/LASCO C2（17:24 UT） 白光日冕數(shù)據(jù)，該合成圖中，AIA 和 LASCO C2數(shù)據(jù)的合成通過(guò)JHelioviewer 軟件實(shí)現(xiàn)；右下子圖：左下子圖的極坐標(biāo)形式。
圖2 通過(guò)不同配準(zhǔn)算法獲得的偏振解調(diào)結(jié)果。日冕紅線 (FeX 6374 埃)的原始數(shù)據(jù)獲取時(shí)間是從 17:17:06 UT 到 17:17:54 UT。圖中的白色斜線代表太陽(yáng)的自轉(zhuǎn)軸，標(biāo)注了太陽(yáng)正北的方向。左側(cè)的四幅圖代表通過(guò)傳統(tǒng)CC配準(zhǔn)算法后偏振解調(diào)的結(jié)果，右側(cè)的四幅圖代表通過(guò)作者提出的配準(zhǔn)算法后偏振解調(diào)的結(jié)果。Q/I代表Stokes Q/I 的結(jié)果，U/I類(lèi)似，DLP代表線偏振度，Sin 2P代表偏振方位角信息。
圖3 通過(guò)北京大學(xué)大視場(chǎng)折射式日冕紅線望遠(yuǎn)鏡以及MLSO/K-Cor數(shù)據(jù)得到的日冕紅線強(qiáng)度、偏振亮度、白光偏振亮度、電子密度的診斷結(jié)果，數(shù)據(jù)獲取時(shí)間是17:17 UT，這些圖像都已經(jīng)旋轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)坐標(biāo)系。左上圖：代表 Fe X 日冕紅線的輻射強(qiáng)度（已增強(qiáng)）；右上圖：日冕紅線的偏振亮度輻射（已增強(qiáng)）；左下圖：K冕的輻射；右下圖：通過(guò)K冕反演出的電子密度。
