[论文解读] Coronal Photopolarimetry with the LASCO-C2 Coronagraph over 24 Years [1996-2019] -- Application to the K/F Separation and to the Determination of the Electron Density

P. Lamy, A. Llébaria+4 more|arXiv (Cornell University)|Jan 16, 2020

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 34被引用 6

一句话总结

本研究对1996–2019年共24年的LASCO-C2日冕仪偏振数据进行了校正与重处理，实现了K-和F-日冕成分的精确分离，并实现了电子密度的高精度反演。通过针对在轨和地面校准数据，系统性地修正了仪器偏振伪影、镜面双折射效应及曝光时间变化等问题，作者构建了一个经过验证的、高保真的偏振数据集，为未来三维电子密度断层成像与太阳日冕建模提供了关键支持。

ABSTRACT

We present an in-depth characterization of the polarimetric channel of the Large-Angle Spectrometric COronagraph LASCO-C2 onboard the Solar and Heliospheric Observatory (SoHO). The polarimetric analysis of the white-light images makes use of polarized sequences composed of three images obtained though three polarizers oriented at +60°, 0° and -60°, complemented by a neighboring unpolarized image, and relies on the formalism of Mueller. The Mueller matrix characterizing the C2 instrument was obtained through extensive ground-based calibrations of the optical components and global laboratory tests. Additional critical corrections were derived from in-flight tests relying prominently on roll sequences and on consistency criteria, mainly the tangential direction of polarization. Our final results encompass the characterization of the polarization of the white-light corona, of its polarized radiance, of the two-dimensional electron density, and of the K-corona over two solar cycles. They are in excellent agreement with measurements obtained at several solar eclipses except for slight discrepancies affecting the innermost part of the C2 field-of-view, probably resulting from an imperfect removal of the bright diffraction fringe surrounding the occulter.

研究动机与目标

• 校正LASCO-C2日冕仪长期存在的仪器偏振伪影，这些伪影已影响先前的偏振测量结果。
• 利用校正后的偏振数据，实现K-日冕（汤姆孙散射光）与F-日冕（光球反射光）成分的精确分离。
• 基于已知的物理模型，从校正后的偏振亮度（pB）测量中反演日冕电子密度分布。
• 通过日食观测验证校正结果，并确保其与汤姆孙散射理论的一致性。
• 为未来采用时变重建方法的三维电子密度断层成像提供可靠基础。

提出的方法

• 应用综合校准框架，校正三片偏振片滤光器系统引入的仪器偏振与非均匀响应。
• 建模并校正光学路径中两块折叠镜引起的偏振误差，包括其波长相关的双折射效应。
• 利用在轨与地面校准数据，为每个探测器通道确定并应用波长依赖的穆勒矩阵校正。
• 实施曝光时间归一化与光度校正，以稳定24年来长期的偏振测量结果。
• 通过日食观测验证结果，并与汤姆孙散射理论进行一致性检查，尤其关注内日冕区域。
• 采用时变断层成像方法（Vibert et al., 2016）作为校正数据未来应用的可行路径。

实验结果

研究问题

• RQ1 LASCO-C2偏振系统中的仪器效应在多大程度上扭曲了太阳日冕真实偏振状态？
• RQ2 在完整太阳周期内，能否利用校正后的LASCO-C2偏振数据可靠分离K-与F-日冕成分？
• RQ3 在日冕外区，从校正后的偏振亮度（pB）测量中反演电子密度的精度如何？
• RQ4 日冕长期偏振趋势与总光球磁场变化之间的相关性如何？
• RQ5 与校正方法相比，标准Solarsoft处理流程在LASCO-C2数据上产生的偏振结果可靠性如何？

主要发现

• 作者成功校正了LASCO-C2中主导的仪器偏振效应，包括偏振片滤光器与折叠镜的影响，实现了24年间的精确偏振测量。
• 校正后数据表现出偏振亮度与总光球磁场之间显著的相关性，证实了磁场在日冕结构演化中的关键作用。
• K/F分离实现了高保真度，揭示了在太阳活动周24期间南北日冕极区之间存在显著不对称性。
• 日冕的偏振状态，特别是其切向方向，现已能可靠反演，验证了汤姆孙散射理论在内日冕区域的适用性。
• 标准Solarsoft处理流程在LASCO-C2数据上存在根本性缺陷，无法产生正确的偏振结果，仅实施了部分校正。
• 校正后的数据集现已适用于采用时变断层成像方法进行高级三维电子密度重建，如高质量合成图像的生成所示。