[论文解读] 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 4

一句话总结

在天德-01卫星上的太阳上过渡区成像仪（SUTRI）在轨成功验证了钪/硅多层膜反射镜和2k×2k EUV CMOS相机，以约8"的分辨率和30秒的时间间隔，获取了波长为46.5 nm的全圆面太阳图像，观测温度约为0.5 MK的过渡区，为日冕喷流、耀斑和活动区下冲流提供了新见解。

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.

研究动机与目标

• 验证新研制的钪/硅多层反射镜和2k×2k EUV CMOS相机在轨性能。
• 在约0.5 MK温度下形成的46.5 nm Ne VII发射线波段内，获取全圆面太阳图像，该温度范围在现有仪器中极少被采样。
• 实现上过渡区的常规太阳观测，以研究日冕动力学和太阳活动。
• 建立数据处理流程，用于校正热点、尘埃引起的伪影以及指向漂移，以获得高保真度的科学数据。
• 向公众发布经过校准的高级科学数据，以促进更广泛的太阳物理学研究。

提出的方法

• SUTRI采用具有18 cm孔径的里奇-克莱琴光学系统，并使用针对46.5 nm反射优化的钪/硅多层膜涂层。
• 仪器使用中心波长为46.5 nm、半高全宽（FWHM）约3 nm的窄带滤光片，以隔离Ne VII发射线。
• 在轨数据处理包括使用中值滤波自动识别并替换热点和尖峰，方法与AIA类似。
• 通过模板匹配检测由尘埃引起的暗斑，并使用低通滤波图像的强度值替换其像素值以进行校正。
• 利用光流法追踪太阳圆盘运动，实现图像对齐并校正卫星指向漂移。
• 坐标变换将探测器坐标映射到日心球面直角坐标系，校正滚动角并使太阳北极朝上。

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.

实验结果

研究问题

• RQ1 钪/硅多层膜反射镜和2k×2k EUV CMOS相机能否在低地球轨道中实现稳定、高保真度的性能？
• RQ2 SUTRI在轨46.5 nm波段全圆面太阳成像的空间分辨率和时间间隔是多少？
• RQ3 该数据处理流程在纠正热点、尘埃伪影和指向引起的图像偏移方面效果如何？
• RQ4 利用46.5 nm发射线观测0.5 MK过渡区，能发现哪些新的太阳特征和动力学现象？
• RQ5 观测到的过渡区结构与日珥喷发、耀斑等日冕活动之间有何关联？

主要发现

• SUTRI于2022年8月31日首次获得光信号，2022年9月4日起开始常规太阳观测，时间间隔稳定在30秒。
• 该仪器视场约为41.6′ × 41.6′，在无图像稳定的情况下空间分辨率约为8"。
• 在轨四个月内已收集超过1.6 TB数据（约20万帧）。
• SUTRI成功捕捉到日冕喷流、耀斑、暗条爆发和日冕物质抛射，且在活动区环状结构腿上普遍观测到0.5 MK温度下的下冲流。
• 数据处理流程有效抑制了热点、尖峰和尘埃伪影，实现了高质量科学数据的发布。
• 公众数据发布于2023年1月11日启动，处理后的Level 0.9数据已在线提供。

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.