بررسی نوسانات حلقه‌های چند رشته‌ای تاج خورشید با استفاده از روش پردازش تصویر

لیلا خسرویان
 
چكيده
در این مقاله با استفاده از داده‌های ماهواره‌ی اس‌دی‌او در پهنای طول موج 171 آنگستروم  تصاویر متوالی از یک حلقه مورد مطالعه قرار می‌گیرد. پس از تصحیح و ارتقاع سطح تصاویر به منظور آشکارسازی وجوه ایستاده مغناطوهیدرودینامیکی نوع کینک لازم است در جهت موازی با محور حلقه از سلول‌ها متوسط‌گیری شود. از تصویر فضا-زمان بدست‌آمده پارامترهای مهمی همچون دامنه‌ی نوسان و دوره‌ی آن بدست آورده شده است. 
 
The investigation of oscillations of solar corona multi-strands loops with using image processing
 
Abstract 
In this study, sequence of images recorded by SDO at 171 Å are employed to investigate loop oscillations. Preprocessing procedures applied on images to detect fast standing magnetohydrodynamic (MHD) kink modes. To do this, mean intensity in the direction of loop axis are calculate to achieve time series of loop. Parameters like amplitude and period of loop can be extracted from its time series.
 
مقدمه
در دهه‌های اخیر با افزایش توان تفکیک فضایی و زمانی تلسکوپ‌های خورشیدی، نوسانات عرضی حلقه‌های تاج به صورت تئوری و مشاهده‌ای به طور وسیعی مورد مطالعه قرار گرفته است. اولین نوسانات فضایی حلقه‌های تاج در طول موج فرابنفش دور (171 آنگستروم) در محدوده دمایی 1-5ر1 مگا کلوین در سال 1998 توسط ماهواره تریس مشاهده شد و در سال 1999 اشواندن و ناکاریاکوف موفق به استخراج امواج ایستاده کینک شدند. بررسی‌های ماهواره‌های تریس و استریو نشان می‌دهد اغلب نوسان‌ها بوسیله یک فلر یا پرتاب جرم تاجی  ایجاد می‌شوند. نوسان‌های عرضی حلقه اغلب با یک فروپاشی سریع در مدت چند دوره دیده می‌شود، اما گاهی نوساناتی با زمان فروپاشی بالا نیز دیده شده است. این نوسانات نه‌تنها در یک تک حلقه بلکه در مجموعه ای از حلقه‌ها مشاهده می‌شود. این مقاله بصورت زیر سامان‌دهی می‌شود:
در بخش 2، عملیات پیش پردازش و آماده‌سازی بر روی داده‌های فرابنفش دور ماهواره اس‌دی‌او انجام می‌شود. در بخش 3، به منظور استخراج وجه سریع نوسان مغناطوهیدرودینامیک، تصاویر متوالی از یک حلقه مورد بررسی قرار می‌گیرد. در بخش 4 نیز نتیجه‌گیری ذکر شده است .
 
2. تحلیل داده
برای آشکار‌سازی وجوه ایستاده مغناطوهیدرودینامیکی نوع کینک ، از تصاویر فرابنفش دور ماهواره اس‌دی‌او در طول موج 171 آنگستروم استفاده می‌کنیم. تصاویر برش خورده از قرص کامل خورشید در 23 نوامبر 2013 با بازه‌ی زمانی 6:50 تا 7:20 و با آهنگ زمانی 12 ثانیه انتخاب شده است. تصاویر دارای تفکیک فضایی 6ر0 ثانیه قوسی هستند.
بعد از دریافت داده‌های مورد نظر از یک حلقه، داده‌ها در محیط آی‌دی‌ال تصحیح می‌شوند. به این ترتیب چرخش دیفرانسیلی خورشید از تصاویر حذف می‌شود و سطح داده‌ها به 5ر1 ارتقاء می‌یابد.
 
3. استخراج امواج سریع
در ابتدا، با استفاده از روش درون‌یابی اس‌پی‌لاین  و انتگرال‌گیری در امتداد حلقه، طول حلقه را بدست می‌آوریم. برای مشاهده‌ی امواج عرضی، یک ناحیه‌ی مستطیل شکل عمود بر امتداد حلقه در قسمتی که بهترین نوسان را به ما نشان می‌دهد انتخاب می‌کنیم. طول و عرض این مستطیل بستگی به شرایط (ابعاد  تصویر، اندازه حلقه) تغییر می‌کند و کاملا تجربی اتخاذ می‌شود (شکل1).
 
 
شكل1 : تصویری از قرص کامل خورشید در 23 نوامبر 2013 که توسط تلسکوپ ماهواره اس‌دی‌او در طول موج 171 آنگستروم گرفته شده است. حلقه‌ی مورد نظر و مستطیل انتخاب شده در شکل مشخص شده است.
 
با متوسط گیری از پیکسل های مستطیل انتخاب شده در امتداد حلقه، تصویر فضا-زمان بدست می‌آید. با استفاده از صافی کمینه‌ی اختلاف تصاویر متوالی، کیفیت تصویر فضا-زمان را افزایش می دهیم (شکل2).
مقایسه شکل(2) با تصاویر فضا-زمان از تک حلقه‌ها بخوبی نشان می‌دهد، حلقه مورد مطالعه از چند رشته‌ی کنار هم تشکیل شده ‌است.
پس از مشاهده نوسان در تصویر حاصل با استفاده از درون‌یابی نقاط، می‌توان مختصات ناحیه‌ای که نوسان در آن مشاهده شده است را بدست آورد. با برازش یک تابع سینوسی بر این نوسان، دامنه‌ی نوسان فضایی حلقه و دوره نوسان  بدست خواهد آمد (شکل3). برای بدست‌آوردن پهنای حلقه نیز باید از برازش یک تابع گوسی بر هر ستون از تصویر فضا-زمان استفاده کرد. در رابطه برازش داده شده σ پارامتر پهنای تابع گوسی بر حسب سلول است که در رابطه زیر قرار میگیرد و پهنای حلقه بدست می آید:
W=2σ√2ln2
 
             
شكل2 : تصویر فضا- زمان بدست آمده از 147 تصویر فرابنفش دور متوالی از ماهواره اس‌دی‌او بسته ابزاری ای‌آی‌ای، این تصاویر مربوط به روز 23 نوامبر 2013 در بازه زمانی 00:50:06 تا 00:19:07 با توان تفکیک زمانی 12 ثانیه است.
 
شكل3: برازش تابع سینوسی بر نقاط درون یابی شده از تصویر فضا-زمان.
 
نتيجه گيري
تمام نوسان‌های مغناطوهیدرودینامیکی در تاج بستگی به شرایط فیزیکی با زمان دستخوش میرایی می‌شوند. میرایی در این نوسان نیز به‌وضوح  دیده می‌شود. دامنه نوسان برای رشته‌ی پایینی656ر0 مگامتر و برای رشته بالایی 424ر0 مگامتر بدست آمد و دوره‌های نوسان این دو رشته به ترتیب 4ر203  ثانیه و 7ر190  ثانیه است. طول حلقه 91 مگامتر و پهنای رشته پایین و بالا به‌ترتیب 95ر1 مگامتر و 33ر1 مگامتر بدست آورده شد.
 
مرجع‌ها
[1] Aschwanden, M. J., " Physics of the Solar Corona" , Springer, 2004, 283.
[2] Wang, T., Ofman, L., Davila, J., Yang, S., " Growing Transverse Oscillations of a Multistranded Loop Observed by SDO/AIA", The Astrophysical Journal, 2012, 751L, 27.
 پایان‌نامه‌ی کارشناسی ارشد، نسترن فرهنگ، استاد راهنما: حسین صفری، گروه فیزیک دانشگاه زنجان [3] 
 

توئیتر کانال تلگرام اینستاگرام صفحه فیسبوک انجمن اخترشناسی شیراز