[논문 리뷰] The Solar Upper Transition Region Imager (SUTRI) onboard the SATech-01 satellite

Xianyong Bai, Hui Tian외 57명|arXiv (Cornell University)|2023. 03. 07.

Solar and Space Plasma Dynamics인용 수 4

한 줄 요약

SATech-01 위성에 탑재된 태양 상부 전이 영역 이미지기(SUTRI)는 궤도상에서 Sc/Si 다층 거울과 2k×2k EUV CMOS 카메라를 성공적으로 시험하여, 약 8" 해상도와 30초 간격으로 46.5 nm 파장에서 전체 태양 디스크 영상을 촬영하였다. 이는 약 0.5 MK의 전이 영역을 관측함으로써 코로나 제트, 플레어 및 활성 지역 내 강하류에 대한 새로운 통찰을 가능하게 한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 신규 개발된 Sc/Si 다층 반사 거울과 2k×2k EUV CMOS 카메라의 궤도상 성능을 검증하기 위해.
• Ne VII 46.5 nm 복사선에서 형성된 약 0.5 MK의 온도 영역을 대상으로 전체 태양 디스크 영상을 확보하기 위해.
• 코로나의 역학과 태양 활동을 연구하기 위해 상부 전이 영역에서의 정기적 태양 관측을 가능하게 하기 위해.
• 고정밀 과학 데이터를 확보하기 위해 뜨거운 픽셀, 먼지 유도 잡음, 자세 이격 현상을 보정하는 데이터 처리 파이프라인을 구축하기 위해.
• 교정된 고수준 과학 데이터를 공개하여 태양물리학 연구의 광범위한 발전을 이끌기 위해.

제안 방법

• SUTRI는 18 cm 입구를 가진 리치티-크레티앙 광학 시스템을 사용하며, 46.5 nm 반사에 최적화된 Sc/Si 다층 코팅을 적용하였다.
• Ne VII 복사선을 정확히 분리하기 위해 중심 파장 46.5 nm에서 FWHM 약 3 nm의 협대역 필터를 사용하였다.
• 궤도상 데이터 처리에는 AIA 방식과 유사하게 중앙값 필터링을 활용해 뜨거운 픽셀과 자가를 자동으로 식별하고 교체하였다.
• 먼지로 인한 어두운 영역은 템플릿 매칭을 통해 탐지하고, 저통과 필터링된 영상의 강도로 값을 대체함으로써 보정하였다.
• 위성 자세 이격 현상을 보정하기 위해 광학 흐름을 활용해 태양 디스크의 운동을 추적하고 영상을 재정렬하였다.
• 좌표 변환은 검출기 좌표를 태양중심 기준 직각좌표계로 변환하여 기울기 각도를 보정하고 태양 북극을 상단으로 뒤집었다.

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.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 Sc/Si 다층 거울과 2k×2k EUV CMOS 카메라는 저궤도에서 안정적이고 고정밀 성능을 유지를 할 수 있는가?
• RQ2 SUTRI는 46.5 nm에서 전체 태양 디스크 영상 촬영 시 궤도상 공간 해상도와 관측 간격이 어떻게 되는가?
• RQ3 데이터 처리 파이프라인은 뜨거운 픽셀, 먼지 유도 잡음, 자세 이격으로 인한 영상 이동을 얼마나 효과적으로 보정하는가?
• RQ4 46.5 nm 복사선을 통해 0.5 MK 전이 영역에서 새로운 태양 구조와 역학을 어떻게 관측할 수 있는가?
• RQ5 관측된 전이 영역 구조는 제트 및 플레어와 같은 코로나 활동과 어떻게 관련되어 있는가?

주요 결과

• SUTRI는 2022년 8월 31일에 첫 빛을 보였고, 2022년 9월 4일부터 안정적인 30초 간격의 정기적 태양 관측을 시작하였다.
• 장치는 약 41.6′ × 41.6′의 시야를 제공하며, 영상 안정화 없이도 약 8"의 공간 해상도를 확보하였다.
• 궤도상 4개월 동안 1.6 TB 이상의 데이터(약 20만 프레임)가 수집되었다.
• SUTRI는 코로나 제트, 플레어, 필라멘트 분출, 코로나 질량 방출을 성공적으로 촬영하였으며, 활성 지역의 고리 다리에서 0.5 MK에서 흔히 관측되는 강하류가 확인되었다.
• 데이터 처리 파이프라인은 뜨거운 픽셀, 자가, 먼지 잡음을 효과적으로 보정하여 고품질 과학 데이터의 공개를 가능하게 하였다.
• 공개 데이터는 2023년 1월 11일부터 시작되었으며, 처리 완료된 Level 0.9 데이터가 온라인으로 제공되었다.

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.