Введение

Экстремальный ультрафиолетовый телескоп (EIT) — инструмент на космическом аппарате SOHO, используемый для получения изображений солнечной короны в ультрафиолетовом диапазоне с высоким разрешением. Прибор EIT чувствителен к свету четырех различных длин волн: 17,1, 19,5, 28,4 и 30,4 нм, соответствующим излучению, производимому высокоионизированным железом (XI)/(X), (XII), (XV) и гелием (II) соответственно. EIT построен как единый телескоп с квадрантной структурой входных зеркал: каждый квадрант отражает EUV-излучение определенного цвета, а длина волны для наблюдения выбирается с помощью затвора, блокирующего свет от всех квадрантов, кроме необходимого. Длины волн EIT представляют большой интерес для исследователей Солнца, поскольку они испускаются очень горячей солнечной короной, но не испускаются относительно холодной фотосферой Солнца; это позволяет увидеть структуры в короне, которые в противном случае были бы скрыты яркостью самого Солнца. Изначально EIT задумывался как инструмент-видоискатель для выбора целей наблюдения для других приборов на борту SOHO, однако EIT приписывают значительную часть научных результатов, полученных с помощью SOHO, включая первые наблюдения явлений бегущих волн в короне, характеристику начала корональных выбросов массы и определение структуры корональных дыр. До середины 2010 года EIT получал изображение Солнца в линии Fe XII (длина волны 19,5 нм) примерно четыре раза в час, круглосуточно; эти изображения немедленно передавались на веб-сайт SOHO в виде ускоренной съемки для всеобщего обозрения. (С лета 2010 года, после завершения ввода в эксплуатацию Солнечной динамической обсерватории Торпом, ее Atmospheric Imaging Assembly (АИМ) стала способна получать изображения Солнца с гораздо более высоким разрешением и гораздо чаще. Таким образом, коронографы белого света на SOHO также могут получать изображения чаще: они совместно используют процессор и полосу пропускания телеметрии с EIT. Изображения используются для длительных исследований Солнца, детального структурного анализа солнечных объектов и прогнозирования космической погоды в реальном времени Центром прогнозирования космической погоды NOAA.)

Технология

EIT – это первый прибор длительного действия, использующий многослойную оптику с нормальным падением для получения изображений Солнца в экстремальном ультрафиолете. Эта часть спектра чрезвычайно сложна для отражения, поскольку большинство веществ очень сильно поглощают свет. Традиционно эти длины волн отражаются либо с использованием скользящих углов (как в телескопе Вольтера для получения изображений рентгеновских лучей), либо дифракционной решетки (как в аппарате, шутливо названном "перекрывающим графом", запущенном на Skylab в середине 1970-х годов). Современная технология вакуумного напыления позволяет покрывать зеркала чрезвычайно тонкими слоями практически любого материала. Многослойные зеркала в EUV-телескопе покрыты чередующимися слоями легкого "промежуточного" элемента (например, кремния), который слабо поглощает EUV-излучение, и тяжелого "рассеивателя" (например, молибдена), который сильно поглощает EUV-излучение. На зеркало может быть нанесено около 100 слоев каждого типа, толщиной около 10 нм каждый. Толщина слоев тщательно контролируется, чтобы при желаемой длине волны отраженные фотоны от каждого слоя интерферировали конструктивно. Таким образом, можно достичь отражательной способности до ~50%. Многослойная технология позволяет использовать традиционные конструкции телескопов (например, схемы Кассегрена или Ритчи-Кретьена) в новой части спектра. Солнечная визуализация с использованием многослойной EUV-оптики была впервые осуществлена в 1990-х годах с помощью зондирующих ракет MSSTA и NIXT, каждая из которых совершила несколько пятиминутных полетов в космос. Многослойная EUV-оптика также используется в наземных установках для нанолитографии при изготовлении микрочипов. Детектор EIT представляет собой стандартные ПЗС (CCD), которые освещаются с обратной стороны и специально истончены для пропускания EUV-фотонов. Поскольку детектор примерно одинаково чувствителен к EUV- и видимому излучению, а Солнце примерно в один миллиард (109) раз ярче в видимом свете, чем в EUV, используются специальные тонкопленочные фильтры для блокирования видимого света и пропускания EUV-излучения. Фильтры изготовлены из очень тонкой алюминиевой фольги толщиной около 200 нм (0,2 микрометра) и пропускают около половины падающего EUV-излучения, поглощая практически весь падающий видимый свет.

История

EIT было сложно представить научным финансирующим агентствам, поскольку в начале 1990-х годов не было очевидно, что простое изображение короны будет научно полезным (большинство других инструментов на борту SOHO – это спектрографы различных типов). Руководитель проекта EIT, Жан-Пьер Делабудиниер, был вынужден искать финансирование и ресурсы из разных источников для создания и запуска прибора. Например, EIT, в отличие от других приборов SOHO, не имеет собственного бортового компьютера; он подключен к бортовому компьютеру приборов LASCO и оперативно рассматривается как дополнительная камера LASCO. Финансирование на механизмы коррекции наведения не было предусмотрено, поэтому EIT жестко закреплен непосредственно на космическом аппарате и, следовательно, служит опорной точкой для наведения SOHO: все остальные инструменты ориентируются по изображениям EIT. Регулировка фокуса достигается за счет теплового расширения: внутренние обогреватели для поддержания работоспособности (присутствующие в большинстве космических приборов) используются для достижения микроскопических изменений в размерах конструкции телескопа и, соответственно, расстояния между зеркалами. Первоначально EIT было выделено всего около 1 кбит/с данных – примерно с той же скоростью, что и телетайп со скоростью 110 бод – но после того, как его полезность стала очевидной, ему было выделено значительно больше пропускной способности для телеметрии.

Связанные инструменты

Технология, используемая в EIT, основана на прототипах приборов, которые были испытаны при запуске на ракетах-зондирующих MSSTA и NIXT. Первый многослойный телескоп, получивший изображение полного диска Солнца в ультрафиолетовом диапазоне (EUV), был запущен А. Б. К. Уокер и его командой в 1987 году. Космические аппараты TRACE, STEREO и Proba 2 (запущенные в 1998, 2006 и 2009 годах соответственно) оснащены аналогичными многослойными камерами, как и миссия Solar Dynamics Observatory.