4月14日，英國《皇家天文學會月報》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)在線發(fā)表了中國科學院云南天文臺博士研究生梁昱、屈中權(quán)研究員與其北京大學合作者的研究成果。該研究依托北京大學大視場折射式日冕紅線望遠鏡，利用2017年美國日全食期間觀測到的日冕紅線數(shù)據(jù)，提出了一種高精度的日冕圖像配準配準方法并獲得了日冕紅線的成像偏振信息。通過日冕紅線偏振數(shù)據(jù)和MLSO/Kcor的白光偏振數(shù)據(jù)的對比分析，提出了在日冕暗腔區(qū)域紅線輻射可能存在偏振的觀測證據(jù)。
對于偏振測量而言，由于探測器只對強度信號有響應，因此，通常情況下，偏振測量需要多次調(diào)制才能實現(xiàn)。在多次調(diào)制過程中，圖像的穩(wěn)定性將直接影響偏振測量精度。因此，圖像的高精度配準對于成像偏振測量尤為關(guān)鍵。需要注意的是，可見光波段的日冕圖像的高精度配準比較困難，其原因是日冕圖像通常非常的昏暗、低信噪比、缺乏高頻信息且高動態(tài)范圍。將傳統(tǒng)的圖像配準方法，如基于高頻尺度不變特征變換算法、基于特征統(tǒng)計的交叉相關(guān)（Cross-Correlation，CC)算法和相位相關(guān)算法用于2017年日全食期間的日冕紅線圖像配準時，效果都不理想。即使經(jīng)過LoG, Sobel, Laplace，homomorphic等算子增強銳化后，上述算法的配準結(jié)果效果依然不能令人滿意。
針對該問題，論文作者將盲退卷積和噪聲自適應模糊均衡算法應用于日冕紅線圖像的增強中，結(jié)合CC算法，最終取得比較高精度的日冕圖像配準結(jié)果。通過日冕偏振圖像的配準結(jié)果，他們獲取了高精度的成像偏振信息。如圖2所示，左側(cè)四幅子圖顯示的是傳統(tǒng)CC算法配準后的解調(diào)結(jié)果，在月亮邊緣處表現(xiàn)出明顯的跳躍，偏振的方位角信息Sin 2P 也表現(xiàn)出很多的細節(jié)特征，這些都是異常的。原因是此次日全食的遮擋率是1.0306，而月亮邊緣的偏移量已經(jīng)超出了該范圍，故CC算法配準的結(jié)果明顯是不可靠的。相對而言，作者提出的配準算法獲得了比較好的配準結(jié)果。
理論上，日冕紅線輻射是非偏的，歷史上為數(shù)不多的幾次觀測結(jié)果幾乎都不支持紅線具有偏振信息，但實踐是檢驗真理的唯一標準。通過分析對比2017年日全食期間的日冕紅線的偏振觀測資料和相同時間的白光偏振數(shù)據(jù)（K冕），研究人員發(fā)現(xiàn)，在太陽西側(cè)的一個暗腔區(qū)域，日冕紅線的偏振特征發(fā)生了突變，而該變化在K冕和電子密度中都沒有對應的表征，這從側(cè)面證明了日冕紅線在該區(qū)域輻射可能是存在偏振的。
比較遺憾的是，由于采用的是成像偏振觀測，并沒有紅線附近波段連續(xù)譜偏振信息。因此，連續(xù)譜和日冕紅線的偏振無法區(qū)分，故無法定量的分析日冕紅線的偏振信息。但是，通過對比K冕的偏振輻射和日全食期間觀測的紅線偏振輻射數(shù)據(jù)，可以定性地判斷譜線的偏振信息。作者認為，該發(fā)現(xiàn)對認識日冕偏振的復雜性及禁線偏振理論提出了新的挑戰(zhàn)。
該研究受到國家自然科學基金委國家重大科研儀器研制項目、青年項目,天文聯(lián)合基金重點項目,中國科學院院級科研儀器設(shè)備研制項目等的資助。
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圖1 2017年8月21日日冕合成圖像，前三幅子圖坐標系為標準太陽坐標，第四幅子圖為極坐標形式。左上圖：Fe X 6374埃 日冕紅線增強圖和 Fe IX 171埃 紫外圖像的合成圖像（日面為171埃,日冕為6374埃，采集時間17:17 UT）。右上子圖： SDO/AIA RGB 合成圖像（紅色通道代表211 埃 數(shù)據(jù)，采集時間 01:24:09 UT，綠色通道代表193埃 數(shù)據(jù)，采集時間 01:24:04 UT, 藍色通道代表171埃 數(shù)據(jù)，采集時間 01:24:33 UT）；左下子圖：從內(nèi)到外，依次為Fe IX SDO/AIA 171埃（17:17 UT）, 紅線Fe X 6374埃（17:17 UT） 和 SOHO/LASCO C2（17:24 UT） 白光日冕數(shù)據(jù)，該合成圖中，AIA 和 LASCO C2數(shù)據(jù)的合成通過JHelioviewer 軟件實現(xiàn)；右下子圖：左下子圖的極坐標形式。
圖2 通過不同配準算法獲得的偏振解調(diào)結(jié)果。日冕紅線 (FeX 6374 埃)的原始數(shù)據(jù)獲取時間是從 17:17:06 UT 到 17:17:54 UT。圖中的白色斜線代表太陽的自轉(zhuǎn)軸，標注了太陽正北的方向。左側(cè)的四幅圖代表通過傳統(tǒng)CC配準算法后偏振解調(diào)的結(jié)果，右側(cè)的四幅圖代表通過作者提出的配準算法后偏振解調(diào)的結(jié)果。Q/I代表Stokes Q/I 的結(jié)果，U/I類似，DLP代表線偏振度，Sin 2P代表偏振方位角信息。
圖3 通過北京大學大視場折射式日冕紅線望遠鏡以及MLSO/K-Cor數(shù)據(jù)得到的日冕紅線強度、偏振亮度、白光偏振亮度、電子密度的診斷結(jié)果，數(shù)據(jù)獲取時間是17:17 UT，這些圖像都已經(jīng)旋轉(zhuǎn)為標準的太陽坐標系。左上圖：代表 Fe X 日冕紅線的輻射強度（已增強）；右上圖：日冕紅線的偏振亮度輻射（已增強）；左下圖：K冕的輻射；右下圖：通過K冕反演出的電子密度。
