[论文解读] Historical solar Ca II K observations at the Rome and Catania observatories

Theodosios Chatzistergos, I. Ermolli+6 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2019

Solar and Space Plasma Dynamics参考文献 1被引用 4

一句话总结

本研究处理了罗马和巴勒莫天文台（分别于1964–1979年和1970–1971年）历史数字化的Ca II K图像，以推导 plage 区域面积，并应用与阿奇特里档案相同的光度校正和边缘暗化校正方法。结果显示，罗马与阿奇特里数据之间具有良好的一致性， plage 面积分数的均方根差为0.01，且确认尽管空间分辨率较低，罗马档案仍具有高时间采样率和可靠性。

ABSTRACT

Here we present the little explored Ca II K archives from the Rome and the Catania observatories and analyse the digitised images from these archives to derive plage areas.

研究动机与目标

• 处理并分析未被充分利用的历史Ca II K图像，来自罗马和巴勒莫天文台，以推导 plage 面积。
• 评估这些档案与现有、更广为人知的Ca II K数据集（特别是阿奇特里档案）的一致性与可靠性。
• 评估数字化伪影和仪器差异对 plage 面积测量的影响。
• 确定高时间采样率的罗马数据是否能为瞬态色球层现象的研究提供可靠且有用的信息。
• 支持全球Ca II K数据集中在太阳辐照度和气候研究方面的数据空白填补。

提出的方法

• 将罗马（417×417 px，5″/像素）和巴勒莫（3287×2102至1972×1261 px，1.5–5″/像素）的数字化Ca II K图像转换为FITS格式以进行处理。
• 使用Sobel滤波识别太阳圆面中心和半径。
• 通过使用宁静太阳区域进行光度校准，以校正仪器和曝光差异。
• 通过在去除活动区域后，沿径向、垂直和水平方向迭代应用滑动窗口滤波并拟合五次多项式，实现边缘暗化校正。
• 通过相对于宁静太阳区域标准差的乘法因子识别 plage 区域。
• 所有处理步骤均与阿奇特里Ca II K档案所采用的方法对齐，以实现直接比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 罗马和巴勒莫Ca II K档案中的 plage 面积测量结果与公认的阿奇特里档案相比如何？
• RQ2 数字化伪影（如过曝）在多大程度上影响历史Ca II K数据中 plage 面积推导的准确性？
• RQ3 高时间采样率的罗马数据（每天约100幅图像）能否为研究瞬态色球层现象提供可靠且有用的信息？
• RQ4 处理后的罗马和巴勒莫Ca II K图像的空间分辨率和动态范围如何？与其它档案相比有何差异？
• RQ5 罗马和巴勒莫的 plage 面积时间序列与阿奇特里档案的一致性如何，特别是在重叠期间？

主要发现

• 尽管罗马档案的空间分辨率（12.8±3.4″）低于阿奇特里（6.7±2.3″），其推导的 plage 面积与阿奇特里数据高度一致，共同日期的平均差值为0.001，均方根差为0.01。
• 巴勒莫档案的 plage 面积系统性低于阿奇特里和罗马档案，共同日期的平均差值为-0.01，均方根差为0.017（面积分数）。
• 罗马档案提供更优的时间采样率（每天1–2次观测，约2983天），优于巴勒莫（92次观测）和阿奇特里（1931–1974年间5133次观测），使其在高时间采样研究中极具价值。
• 尽管在所有三个档案中均观察到数字化过程中引入的过曝伪影，但 plage 面积推导在罗马和阿奇特里之间仍保持稳健且一致。
• 经过边缘暗化校正后，所有三个档案的处理图像在视觉上高度相似，但太阳黑子在阿奇特里和巴勒莫数据中比在罗马数据中更清晰可见。
• 本研究证实，罗马和巴勒莫档案具有科学价值，可有助于填补历史Ca II K数据集在太阳辐照度和气候研究方面的空白。