بخشی از مقاله
چکیده
انتخاب محل مناسب براي احداث رصدخانه مستلزم مطالعه دقیق درباره پارامترهاي مکان یابی، شامل پارامترهاي هواشناسی، پارامترهاي نجومی ومحلی میباشد. در کشور ما، در راستاي مکان یابی رصدخانه ملی، چند سالی است که بر روي این پارامترها وعوامل موثر بر آنها مطالعه و بررسی می شود. مطالعه روي پارامترهاي هوا شناسی و شرایط اقلیمی انجام شده و در نتیجه، چهار منطقه کاشان، قم، خراسان جنوبی و کرمان انتخاب شده است و در حال حاضر روي پارامتر نجومی این مناطق از قبیل دید و آلودگی نوري مطالعه میشود. مهمترین پارامتر مورد بررسی دید است که در واقع تعیین کننده کیفیت دید آسمان هر محل است. در این مقاله نتیجه تحلیل یک ساله پارامتر دید مناطق کاشان و قم در سال 1384 ارائه و ارتباط آن با پارامترهاي هواشناسی مورد مطالعه قرار گرفته است.
مقدمه
هدف از دیدسنجی نجومی بررسی حرکت تصادفی و ابهام تصاویر نجومی است که توسط تلاطم جو ایجاد میشود. توصیفآماري تلاطم توسط اندري کلموگوروف داده شد که به عنوان
تلاطم کلموگوروف شناخته می شود. در مدل کلموگوروف براي جو بین تودههاي مختلف هوا با اندازههاي مختلف ارتباط وجوددارد. با توجه به اندازه فیزیکی پیچکهاي تلاطم، سه مقیاسبیرونی، درونی و بازهي اینرسی تعریف میشود. در این مدل تغییرات ضریب شکست منجر به نوسانات فاز جبههي موجی کهاز یک ستاره به سمت ما میآید، میشود. جبههي موج آشفته، برتصویري که از طریق تلسکوپ در یافت میشود تاثیر میگذارد.
از نوسانات دامنه چون اثر جزئی روي ساختار تصاویر در یک تلسکوپ بزرگ دارد صرفنظر می کنیم. در این مدل فرضشود می نوسانات فاز توزیع تصادفی گاوسی دارند و تابع ساختار مرتبه دوم زیر تعریف میشود:این تابع از نظر جو، واریانس ایجاد شده بین فاز دو بخش جبههيموج است که با فاصله r در صفحه روزنه از هم جدااند،شده〈 〉 متوسط آنسامبلی را نشان میدهد. تابع ساختار فاز بر حسب پارامتر فرید به صورت زیر به دست میآید:
این رابطهدر بازهي اینرسی کلموگوروف l0 r L0 معتبر است که l0 و L0 به ترتیب مقیاس درونی و مقیاس بیرونی تلاطم و r0 پارامتر فرید است. [3]r0 شدت نوسانات فاز نشان میدهد و برابر با قطر روزنه یک تلسکوپ دایروي است که تلاطم جو عامل تاثیر گذار نسبت بهمحدودیتهاي تلسکوپ است. r0 فاصله دو نقطه روي جبههي موج است که کمتر از 6 ابیراهی دارد. هر چه تلاطم در محیطیبیشتر باشد، r0کوچکتر است. براي یک موج نوري با فاز φ - x - و معادله موج ψ - x - expiφ - x - تابع همدوسی فضاییمیدان به صورت زیر تعریف می شود:با توجه به اینکه اختلاف فاز φ - x - −φ - x r - یک متغیر تصادفی گاوسی است، تابع همدوسی میدان موج زیراز رابطهي به دست میآید:
تابع Cψ متوسط مدولاسیون تابع انتقال اپتیکی یک موج درمدت زمان نوردهی زیاد است. با معلوم بودن تابع انتقال اپتیکی، پارامتر فرید که شاخص بسیار مهمی در تعیین دید است، اندازهگیري میشود. پارامتر فرید طول همدوسی جو است که از مکانی به مکان دیگر متفاوت است.[1]پارامتر دید در تلسکوپهاي بزرگ - D>>r0 ، کهD قطرتلسکوپ است. - FWHM - عرض کامل در نیمه ي شدت ماکزیمم - قطر تصویر یک جسم روشن با زمان نوردهی زیاداست که در سمت الراس با تقریب از رابطه زیر به دست میآید: - 5 - که λ طول موج نور فرودي است.[2 ] همان طور که رابطه - 5 - نشان میدهد هر چقدر پارامتر فرید یک مکان بیشتر باشد، کیفیتدید آن محل بهتر است.
براي اندازهگیري دید، روشهاي مختلفی در گذشته و حال به کار گرفته شده است از جمله این روشها برآورد پارامتر دیدبا استفاده از روش رد یک ستاره در یک تلسکوپ کوچک بوده است روش دیگر، استفاده از یک رتیکل - توري مشبک - ومدولاسیون نور حاصل از یک ستاره و بررسی طیف فرکانسیشدت نور بود. اشکال این روشها این بود که هر گونه ارتعاش وضربه باد در اندازهگیري دید نجومی تاثیر مشابهی داشت، بهطوري که تفکیک این دو از هم میسر نبود. نمایشگر دو روزنه اي ابداع شد تحت عنوان DIMM که با حرکت دیفرانسیلی دوتصویر از یک ستاره، دید را اندازه گیري میکرد. در این روشاثرباد و لرزش هاي تلسکوپ به علت حرکت نسبی دو تصویر،حذف میشد.
طرحهاي مختلفی براي این نمایشگر داده شد کهدر این روش دید اندازهگیري شده با تلسکوپ کوچک با دیدناشی از تلسکوپ بزرگ که از پهنا در نصف شدت ماکزیمم - FWHM - لکه تصویر ستاره در مدت زمان نوردهی زیاد به دست میآید، برابر است.نمایشگر DIMM ساخته شده در ایران شبیه نمایشگر ساخته شده توسط سارازین است که جهت ایجاد دو تصویر از یک ستاره بر رويCCD از روش ناکانونی کردنCCD استفاده میشود. در این روش، مرکز شدت لکهها مشخص و سپس فاصله دو لکه ازهم براي هر تصویر در امتداد عرضی وطولی به دست میآید و بانحراف معیار نوسانات فاصله دو لکه، دید برآورد میشود.نرمافزاري جهت تحلیل این دادهها، نوشته شده که تمامی فرایند محاسبه از ثبت تصاویر، مرکزیابی لکهها، تخمین خطا تا محاسبهپارامتر دید را به طور خودکار انجام میدهد.
روش کار
با استفاده از این نمایشگر، در مدت 4 دقیقه، تعداد 70تصویر ثبت می شود. زمان نوردهی براي هر تصویر 10 میلی ثانیهاست. دلیل محدودیت زمان 4 دقیقه براي ثبت تصاویر هرمجموعه، با توجه به نظریه تیلور مربوط به انجماد و ساختار جو است. بر اساس این نظریه، وضعیت جو در مدت زمان حدود 4دقیقه ساختار ثابتی دارد و صرفا با سرعت باد از مقابل تلسکوپعبور میکند. لذا هر تصویراز از مجموعه 70 تایی، نمونهبرداريیک ساختار ثابت از جو است. مطالعه رفتار آماري این مجموعه معیاري از پارامتر دید محل براي آن بازه زمانی است. هر تصویرشامل دو لکه نورانی از یک ستاره است و ثانیهدرحدود 7/4قوسی از هم فاصله دارند، این مجموعه تصاویر در طول شب بهطور پیوسته برداشته میشود.
از هر مجموعه 70 تایی به طورآماري، پس از پردازش، پارامتر دید اندازهگیري میشود. بدین ترتیب پارامتر دید را براي فواصل زمانی 4 دقیقه در طول شبمحاسبه و پس از متوسطگیري روي همه مجموعهها، پارامتر دیدآن شب محاسبه میشود.[4]این کار براي تمام شبهاي غیر ابري سال 1384 در سایتکاشان و 8 ماه از همین سال - ماه اردیبهشت تا آخر ماه درآذر - سایت قم انجام شد. سپس ارتباط آنها با پارامترهاي هواشناسیاز قبیل سرعت متوسط باد، جهت باد و دماي متوسط، مطالعه شدکهازنمونهاي نتایج به صورت زیر به دست آمد:
