磁場(chǎng)對(duì)原子能級(jí)占有數(shù)的影響與云南一米太陽塔偏振分析儀設(shè)計(jì)

【摘要】：磁場(chǎng)，是研究太陽物理乃至天體物理的一個(gè)必不可少的課題。而對(duì)太陽磁場(chǎng)研究的重要性更為突出，畢竟太陽是離我們最近的一顆恒星，也是唯一一顆可供我們仔細(xì)研究的恒星。太陽黑子，作為太陽上的強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，是磁場(chǎng)在太陽大氣中最明顯的體現(xiàn)，同時(shí)也是一個(gè)巨大的磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室。對(duì)太陽黑子的研究一方面使我們更了解磁場(chǎng)的本質(zhì)屬性，另一方面也有助于其它物理學(xué)科的發(fā)展。 本文分為兩個(gè)部分。在第一部分里，我們首先利用云南天文臺(tái)的太陽斯托克斯光譜望遠(yuǎn)鏡(Solar Stokes Spectrum Telescope，S~3T)得到的Stokes光譜資料進(jìn)行分析，借助于原子能級(jí)對(duì)玻爾茲曼分布偏離的新定義(此定義直接可由連續(xù)源函數(shù)與線源函數(shù)之比得到)，通過反演譜線Fe Ⅰ 6302.5的Stokes輪廓研究了磁場(chǎng)對(duì)原子能級(jí)占有數(shù)的影響。我們定義的偏離因子和磁場(chǎng)間的關(guān)系說明了隨著磁場(chǎng)增加，中性鐵線6302.5(?)(Landé g_(eff)=2.5)的下能級(jí)的能級(jí)占有數(shù)成指數(shù)增長(zhǎng)。這表明磁場(chǎng)能夠?qū)δ切㎜andé因子非零的能級(jí)的原子占有數(shù)進(jìn)行再分布。因此這種效應(yīng)應(yīng)該包含到統(tǒng)計(jì)平衡的計(jì)算中。此外，為了進(jìn)一步證明這一激發(fā)關(guān)系與溫度無關(guān)，我們?cè)诘孛鎸?shí)驗(yàn)室里對(duì)發(fā)射線Hg Ⅰ 5461(?)也做了磁場(chǎng)強(qiáng)度與能級(jí)占有數(shù)關(guān)系的研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了磁致激發(fā)的關(guān)系。最后通過考慮磁能在波爾茲曼分布中的作用解釋了這一指數(shù)關(guān)系。 第二部分給出了云南1米太陽塔(YunNan Solar Telescope，YNST)偏振儀的設(shè)計(jì)方案。我們的設(shè)計(jì)對(duì)四條選定的譜線都具有很高的測(cè)量效率，這顯示了該偏振儀優(yōu)良的消色差性能。這也保證了我們望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，即同時(shí)測(cè)量光球譜線和色球譜線。對(duì)于選定的四條譜線Fe Ⅰ 525.06nm，MgI 517.27nm，和Fe Ⅰ(630.15nm、630.25nm)，其總的偏振測(cè)量效率分別為1.0，0.9999，0.9691和0.9691。同時(shí)我們也考慮了Stokes各偏振分量的測(cè)量效率的平衡問題。另一方面，設(shè)計(jì)中的crosstalk也得到了很好的抑制，僅有Q→U和U→Q的crosstalk存在，但是都比較小。根據(jù)我們的設(shè)計(jì)，偏振測(cè)量精度能夠達(dá)到3.0×10~(-4)。最后我們對(duì)該偏振儀和國(guó)際上已經(jīng)投入使用的偏振儀進(jìn)行了比較，如TIP(或LPSP)以及SOLIS使用的偏振儀。 【關(guān)鍵詞】：太陽黑子 磁場(chǎng) 偏離因子 波爾茲曼分布 偏振儀
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院研究生院（云南天文臺(tái)）
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2006
【分類號(hào)】：P182.9
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-7
• 目錄7-11
• 第一部分 磁場(chǎng)對(duì)原子能級(jí)占有數(shù)的影響11-61
• 第一章 基本概念、理論以及所用儀器13-39
• 1.1 Zeeman效應(yīng)13-16
• 1.2 Stokes參數(shù)的建立16-18
• 1.3 Stokes光譜分析方法18-36
• 1.3.1 偏振輻射轉(zhuǎn)移方程的建立18-22
• 1.3.2 偏振輻射轉(zhuǎn)移方程的解22-24
• 1.3.3 反演方法24-36
• 1.4 Solar Stokes Spectrum Telescope(S~3T)簡(jiǎn)介36-39
• 第二章 磁場(chǎng)與其它物理量的關(guān)系39-45
• 2.1 磁場(chǎng)對(duì)太陽大氣溫度等的影響39-40
• 2.2 居里定律40-43
• 2.3 波爾茲曼分布和磁致激發(fā)43-45
• 第三章 對(duì)太陽黑子斯托克斯輪廓分析結(jié)果45-55
• 3.1 偏離因子45-47
• 3.2 觀測(cè)數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理47-51
• 3.3 偏離因子與磁場(chǎng)的關(guān)系51-53
• 3.4 討論53-55
• 第四章 地面實(shí)驗(yàn)55-61
• 4.1 實(shí)驗(yàn)的地點(diǎn)、時(shí)間55
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置55-56
• 4.3 實(shí)驗(yàn)過程56-58
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果58-59
• 4.5 結(jié)果分析59-61
• 第二部分 云南天文臺(tái)1米級(jí)太陽塔偏振分析儀的設(shè)計(jì)61-101
• 第五章 偏振分析儀63-83
• 5.1 偏振分析儀的一般構(gòu)造63-66
• 5.1.1 雙折射棱鏡63
• 5.1.2 偏振片63-64
• 5.1.3 玻片64
• 5.1.4 Pizeo-elastic位相調(diào)制器64-65
• 5.1.5 液晶(Liquid Crystal)調(diào)制器65
• 5.1.6 鐵電液晶(Ferroelectric Liquid Crystal,FLC)65-66
• 5.2 偏振分析儀的分類及偏振校正66-67
• 5.2.1 偏振分析儀的分類66-67
• 5.2.2 偏振校正系統(tǒng)67
• 5.3 調(diào)制過程及偏振測(cè)量效率67-80
• 5.3.1 Müller矩陣及其特性67-70
• 5.3.2 偏振系統(tǒng)分析及偏振測(cè)量效率70-72
• 5.3.3 調(diào)制矩陣的優(yōu)化72-74
• 5.3.4 解調(diào)矩陣的優(yōu)化74-75
• 5.3.5 目前國(guó)際上的一些偏振分析儀的特征75-80
• 5.4 Crosstalk的定義及其分類80-83
• 第六章 云南天文臺(tái)1米級(jí)太陽塔偏振分析儀的設(shè)計(jì)方案83-101
• 6.1 望遠(yuǎn)鏡的科學(xué)目標(biāo)以及對(duì)偏振分析儀器的要求83-84
• 6.1.1 科學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)對(duì)望遠(yuǎn)鏡和偏振分析儀器的要求83
• 6.1.2 實(shí)現(xiàn)手段及處理技術(shù)83-84
• 6.2 譜線的選擇84-85
• 6.3 分析儀的排列及其構(gòu)成85-87
• 6.4 偏振分析儀的理論測(cè)量效率和總的偏振測(cè)量效率87-91
• 6.4.1 設(shè)計(jì)方案一87-90
• 6.4.2 設(shè)計(jì)方案二90-91
• 6.5 與國(guó)外目前投入使用的一些分析儀的比較91-95
• 6.6 結(jié)果與討論95-101
• 參考文獻(xiàn)101-111
• 發(fā)表及待發(fā)表文章目錄111-113
• 致謝113

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