[論文レビュー] The Solar Upper Transition Region Imager (SUTRI) onboard the SATech-01 satellite

Xianyong Bai, Hui Tian+57 more|arXiv (Cornell University)|Mar 7, 2023

Solar and Space Plasma Dynamics被引用数 4

ひとこと要約

SATech-01に搭載された太陽上部遷移領域イメージャー（SUTRI）は、低地球軌道でスカンジウム/ケイ素多層膜ミラーと2k×2kのEUV CMOSカメラの運用性能を実証し、46.5 nmで約8"の分解能、30秒の時間分解能で全円盤太陽画像を取得した。この画像は約0.5 MKの遷移領域を対象としており、コロナジェット、フレア、活動区域の下降流に関する新たな知見を提供する。

ABSTRACT

The Solar Upper Transition Region Imager (SUTRI) onboard the Space Advanced Technology demonstration satellite (SATech-01), which was launched to a sun-synchronous orbit at a height of 500 km in July 2022, aims to test the on-orbit performance of our newly developed Sc-Si multi-layer reflecting mirror and the 2kx2k EUV CMOS imaging camera and to take full-disk solar images at the Ne VII 46.5 nm spectral line with a filter width of 3 nm. SUTRI employs a Ritchey-Chretien optical system with an aperture of 18 cm. The on-orbit observations show that SUTRI images have a field of view of 41.6'x41.6' and a moderate spatial resolution of 8" without an image stabilization system. The normal cadence of SUTRI images is 30 s and the solar observation time is about 16 hours each day because the earth eclipse time accounts for about 1/3 of SATech-01's orbit period. Approximately 15 GB data is acquired each day and made available online after processing. SUTRI images are valuable as the Ne VII 46.5 nm line is formed at a temperature regime of 0.5 MK in the solar atmosphere, which has rarely been sampled by existing solar imagers. SUTRI observations will establish connections between structures in the lower solar atmosphere and corona, and advance our understanding of various types of solar activity such as flares, filament eruptions, coronal jets and coronal mass ejections.

研究の動機と目的

• 新開発されたSc/Si多層膜反射ミラーおよび2k×2kのEUV CMOSカメラの軌道上での性能を検証すること。
• Ne VII 46.5 nm発光線で形成される約0.5 MKの温度領域を対象とした、全円盤太陽画像の取得。既存の機器ではめったにサンプリングされない温度領域である。
• 上部遷移領域における日常的な太陽観測を可能とし、コロナのダイナミクスと太陽活動の研究を促進すること。
• 高温ピクセル、チリによるアーチファクト、姿勢ずれの補正を含む高精度な科学データを得るためのデータ処理パイプラインの構築。
• 校正済みの高レベル科学データを一般に公開し、太陽物理学研究の広範な促進を図ること。

提案手法

• SUTRIは、18 cmの開口部を有するリッチェー・クレチアン光学系を採用し、46.5 nmの反射に最適化されたSc/Si多層膜コーティングを備える。
• Ne VII発光線を分離するために、46.5 nmを中心とし、FWHMが約3 nmの狭帯域フィルタを用いる。
• 軌道上でのデータ処理では、AIAと同様に中央値フィルタを用いて高温ピクセルおよびスパイクを自動特定・置換する。
• チリによる暗黒領域はテンプレートマッチングにより検出され、ローパスフィルタ処理済み画像からの強度に置き換えることで補正される。
• 画像の整合性と衛星姿勢ずれの補正には、太陽円盤の動きを追跡するためのオプティカルフロー法を用い、画像を再中心化する。
• 座標変換により、検出器座標を太陽中心座標系（ヘリオプロジェクティブ・カルテシアン座標）に変換し、ロール角の補正と太陽北極を上向きに反転させる。

Figure 1 : 46.5 nm, 160 nm, 30.4 nm and 17.1 nm images taken by SUTRI and AIA on 8 Sep. and 23 Sep., 2022.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 Sc/Si多層膜ミラーおよび2k×2kのEUV CMOSカメラは、低地球軌道で安定的かつ高精度な性能を発揮できるか？
• RQ2 SUTRIの46.5 nmでの全円盤太陽画像の軌道上での空間分解能と時間分解能はどの程度か？
• RQ3 データ処理パイプラインは、高温ピクセル、チリアーチファクト、姿勢ずれに起因する画像ずれに対してどの程度効果的に補正できるか？
• RQ4 46.5 nm発光を用いた0.5 MKの遷移領域で、どのような新しい太陽の構造やダイナミクスが観測可能か？
• RQ5 観測された遷移領域構造は、ジェットやフレアなどのコロナ活動とどのように相関しているか？

主な発見

• SUTRIは2022年8月31日に初光を確認し、2022年9月4日から安定した30秒の時間分解能で日常的な太陽観測を開始した。
• 本機器は、画像安定化なしで約41.6′ × 41.6′の視野と約8"の空間分解能を達成した。
• 運用開始から4か月間で1.6 TB以上のデータ（約20万フレーム）が収集された。
• SUTRIはコロナジェット、フレア、フレア filament 突然噴出、コロナ質量放出を正常に捉えた。活動領域のループ脚部では、0.5 MKで広範にわたる下降流が観測された。
• データ処理パイプラインは、高温ピクセル、スパイク、チリアーチファクトを効果的に低減し、高品質な科学データの公開を可能にした。
• 2023年1月11日から公的データ公開を開始し、処理済みのレベル0.9データがオンラインで利用可能になった。

Figure 2 : Block diagram of SUTRI. M1 and M2 indicates the primary and secondary reflecting mirrors, respectively. SM represents step motor while PS represents position switch. PPS is the pulse per second signal used for determining the time.