Том 38, номер 07, статья № 12
Шиховцев А. Ю. Характеристики оптических искажений в отдельных турбулентных слоях атмосферы над Большим солнечным вакуумным телескопом. // Оптика атмосферы и океана. 2025. Т. 38. № 07. С. 592–598. DOI: 10.15372/AOO20250712.Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:
Настоящая работа посвящена развитию метода измерений вертикальных профилей интенсивности атмосферной оптической турбулентности по лучу зрения телескопа. Предложена новая калибровочная функция, позволяющая оценивать вертикальные профили структурной характеристики турбулентных флуктуаций показателя преломления воздуха Cn2 по ковариационным функциям дифференциальных дрожаний фрагментов солнечных субизображений, детектируемых с помощью датчика Шака–Гартмана. На основе данных, получаемых на Большом солнечном вакуумном телескопе (БСВТ) Байкальской астрофизической обсерватории, измерен характерный вертикальный профиль Cn2 и для сравнения на основе средних метеорологических атмосферных характеристик выполнен его расчет. Данные моделирования и измерений указывают на существование атмосферных слоев с высокой интенсивностью турбулентности, формируемых на разных высотах над БСВТ. Результаты работы могут быть использованы для оптимизации систем адаптивной оптики, а также разработки профилометров оптической турбулентности.
Ключевые слова:
атмосфера, турбулентность, внешний масштаб турбулентности
Иллюстрации:
Список литературы:
1. Панчук В.Е., Афанасьев В.Л. Астроклимат Северного Кавказа – мифы и реальность // Астрофизический бюллетень. 2011. Т. 66, № 2. C. 253–274.
2. Ehgamberdiev S.A., Baijumanov A.K., Ilyasov S.P., Sarazin M., Tillayev Y.A., Tokovinin A.A., Ziad A. The astroclimate of Maidanak Observatory in Uzbekistan // Astron. Astrophys. Suppl. Ser. 2000. V. 145. P. 293–304. DOI: 10.1051/aas:2000244.
3. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. С. 548.
4. Quatresooz F., Oestges C. Cn2 modeling for free-space optical communications: A review // IEEE. V. 13. P. 21279–21305. DOI: 10.1109/ACCESS.2025.3535093.
5. Ковадло П.Г., Иванов В.И., Дарчия Ш.П. Фотоэлектрический регистратор дрожания изображения Солнца // Исследования по геомагнетизму, аэрономии и физике Солнца. 1975. № 37. С. 196.
6. Лукин В.П., Григорьев В.М., Антошкин Л.В., Ботыгина Н.Н., Емалеев О.Н., Коняев П.А., Копылов Е.А., Лавринов В.В., Ковадло П.Г., Скоморовский В.И. Результаты испытания адаптивной оптической системы с модифицированным корреляционным датчиком на Большом Солнечном Вакуумном Телескопе // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 5. С. 419–427.
7. Лукин В.П., Лукин И.П. Обзор современных технологий измерения, прогнозирования и коррекции турбулентных искажений в оптических волнах // Компьютерная оптика. 2024. Т. 48, № 1. С. 68–80. DOI: 10.18287/2412-6179-CO-1355.
8. Носов В.В., Лукин В.П., Носов Е.В., Торгаев А.В. Фазовый оптический метод измерения высотного профиля атмосферной турбулентности // Изв. вузов. Физика. 2016. Т. 59, № 12. С. 138–142.
9. Ikhlef R., Corbard T., Morand F., Renaud C., Fodil M., Ziad A., Borgnino J.,Meftah M., Assus P., Chauvineau B., Hauchecorne A., Lesueur P., Poiet G., Ubaldi F., Hamadouche M., Abdelatif T. MISOLFA: A generalized monitor for daytime spatio-temporal turbulence characterization // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2016. V. 458. P. 517–530. DOI: 10.1093/mnras/stw242.
10. Butterley T., Wilson R., Sarazin M. Determination of the profile of atmospheric optical turbulence strength from SLODAR data // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2006. V. 369, N 2. P. 835–845. DOI: 10.1111/j.1365-2966.2006.10337.x.
11. Goodwin M., Jenkins C., Lambert A. Improved detection of atmospheric turbulence with SLODAR // Opt. Express. 2007. V. 15, N 22. P. 14844–14860. DOI: 10.1364/OE.15.014844.
12. Wilson R.W. SLODAR: Measuring optical turbulence altitude with a Shack–Hartmann wavefront sensor // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2002. V. 337, N 1. P. 103–108. DOI: 10.1046/j.1365-8711.2002.05847.x.
13. Song T., Cai Z., Liu Y., Zhao M., Fang Y., Zhang X., Wang J., Li X., Song Q., Du Z. Daytime optical turbulence profiling with a profiler of the differential solar limb // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2020. V. 499, N 2. P. 1909–1917. DOI: 10.1093/mnras/staa2729.
14. Wang Z., Zhang L., Kong L., Bao H., Guo Y., Rao X., Zhong L., Zhu L., Rao C. A modified S-DIMM+: Applying additional height grids for characterizing daytime seeing profiles // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2018. V. 478, N 2. P. 1459–1467. DOI: 10.1093/MNRAS/STY1097.
15. Potanin S.A., Kopylov E.A., Savvin A.D. Mobile differential image motion monitor for astroclimatic research // Astrophys. Bull. 2024. V. 79, N 2. P. 350–359. DOI: 10.1134/S1990341323600424.
16. Potanin S.A., Kornilov M.V., Savvin A.D., Safonov B.S., Ibragimov M.A., Kopylov E.A., Nalivkin M.A., Shmagin V.E., Huy L.X., Thao N.T. A facility for the study of atmospheric parameters based on the Shack–Hartmann sensor // Astrophys. Bull. 2022. V. 77, N 2. P. 214–221. DOI: 10.1134/S1990341322020067.
17. Botygina N.N., Emaleev O.N., Konyaev P.A., Kopylov E.A., Lukin V.P. Development of elements for an adaptive optics system for solar telescope // J. Appl. Remote Sens. 20178. V. 12, N 4. P. 042403. DOI: 10.1117/1.JRS.12.042403.
18. Shikhovtsev A.Y., Kovadlo P.G., Kiselev A.V., Kolobov D.Y., Lukin V.P., Russkikh .V., Shikhovtsev M.Y. Modified method to detect the turbulent layers in the atmospheric boundary layer for the Large Solar Vacuum Telescope // Atmosphere. 2021. V. 12. P. 159. DOI: 10.3390/atmos12020159.
19. Shikhovtsev A.Y., Kovadlo P.G., Lezhenin A.A., Gradov V.S., Zaiko P.O., Khitrykau M.A., Kirichenko K.E., Driga M.B., Kiselev A.V., Russkikh I.V., Obolkin V.A., Shikhovtsev M.Yu. Simulating atmospheric characteristics and daytime astronomical seeing using weather research and forecasting model // Appl. Sci. 2023. V. 13. P. 6354. DOI: 10.3390/app13106354.
20. Shikhovtsev A.Y. Reference optical turbulence characteristics at the Large Solar Vacuum Telescope site // PASJ. 2024. V. 76.I.3. DOI: 10.1093/pasj/psae031.
21. Schmidt D., Gorceix N., Goode P.R., Marino J., Rimmele T., Wöger F., Zhang X., Rigaut F., von der Lühe O. Clear widens the field for observations of the Sun with multi-conjugate adaptive optics // Astron. Astrophys. 2017. V. 597. L8. DOI: 10.1051/0004-6361/201629970.
22. Zhong L., Zhang L., Shi Z., Tian Y., Guo Y., Kong L., Rao X., Bao H., Zhu L., Rao C. Wide field-of-view, high-resolution Solar observation in combination with ground layer adaptive optics and speckle imaging // Astron. Astrophys. 2020. V. 637. N A99. DOI: 10.1051/0004-6361/201935109.
23. Schmidt D., Gorceix N., Goode P. On the sequence of deformable mirrors in MCAO: Findings from an on-sky, closed-loop experiment // Proc. SPIE. 2020. N 1144842. DOI: 10.1117/12.2563376.
24. Zhang L., Yan N., Bao H., Rao X., Guo Y., Ran X., Yang J., Wang C., Fan X., Tong D., Zhong L., Li M. The wide field adaptive optics systems on 1 m new vacuum solar telescope // Proc. SPIE. 2024. V. 13097, N 130970F. DOI: 10.1117/12.3019913.
25. Schmidt D., Berkefeld T., Heidecke F., von der Lühe O., Soltau D. Testbed for the multu-conjugate adaptive optics system of the solar telescope GREGOR // Proc. SPIE. 2009. V. 7439. DOI: 10.1117/12.829886.
26. Мальцев Г.Н., Кошкаров А.С. Определение высот сопряжения корректоров волнового фронта многосопряженных адаптивных оптических систем на основе моделей атмосферной турбулентности // Опт. журн. 2025. Т. 92, № 2. С. 41–55. DOI: 10.17586/1023-5086-2025-92-02-41-55.
27. Townson M.J., Farley O.J.D., de Xivry G.O., Osborn J., Reeves A.P. AOtools: A Python package for adaptive optics modelling and analysis // Opt. Express. 2019. V. 27, N 22. P. 31316–31329. DOI: 10.1364/OE.27.031316.
28. Kopylov E.A., Lukin V.P., Kovadlo P.G., Shikhovtsev A.Y. The study of variability of the atmospheric turbulence in the region Lake Baykal // Proc. SPIE. 2016. V. 9909. N 99093S. DOI: 10.1117/12.2231940.
29. Lukin V.P. Outer scale of turbulence and its influence on fluctuations of optical waves // Phys. Usp. 2021. V. 64. N 280. DOI: 10.3367/UFNe.2020.10.038849.
30. Basu S., DeMarco A.W., He P. On the outer length scales of optical turbulence // Imag. Appl. Opt. Congress, OSA Technical Digest. N JW1G.3. 2020. DOI: 10.1364/AOMS.2020.JW1G.3.
31. Borgnino J. Estimation of the spatial coherence outer scale relevant to long baseline interferometry and imaging in optical astronomy // Appl. Opt. 1990. V. 29, N 13. P. 1863–1865 DOI: 10.1364/AO.29.001863.
32. Lukin V.P. Outer scale of atmospheric turbulence // Proc. SPIE. 2005. V. 5981. N 598101. DOI: 10.1117/12.649809.
33. Шиховцев А.Ю., Ковадло П.Г. Вертикальные профили оптической турбулентности и оценка внешнего масштаба турбулентности над Байкальской астрофизической обсерваторией // Оптика атмосф. и океана. 2024. Т. 37, № 9. С. 808–814. DOI: 10.15372/AOO20240912; Shikhovtsev A.Yu., Kovadlo P.G. Vertical profiles of optical turbulence and estimates of turbulence outer scale above the Baykal astrophysical observatory // Atmos. Ocean. Opt. V. 37, N 6. P. 925–931.