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Institut für Astronomie und Astrophysik

Abteilung Astronomie

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Dissertation Heinrich Bräuninger


Absorptionsfilter für die Photographie der Sonne mit weicher Röntgenstrahlung

Summary.
Die Untersuchung heißer Emissionsgebiete auf der Sonne mit Hilfe räumlich hochauflösender Röntgenoptiken erlaubt es, Aussagen über die räumliche Materiedichteverteilung und Temperaturstruktur dieser Regionen zu machen. Zur Lösung dieser Fragen ist es notwendig, daß die Sonne gleichzeitig im Lichte mehrerer Emissionslinien hochionisierter Atome im weichen Röntgengebiet abgebildet wird.
Erst in den letzten 10 Jahren war es mit Hilfe von Höhenforschungsraketen möglich, Röntgenkameras in eine Flugbahn zu schießen, deren Apogäum infolge der Absorption in der Atmosphäre mindestens 160 km betragen muß.
Die Raketen müssen neben einer Dreiachsenstabilisierung, die die Nutzlast mit einer Genauigkeit von wenigen Bogensekunden auf den Sonnenmittelpunkt ausrichtet, auch ein Bergungssystem besitzen.
Das Astronomische Institut der Universität Tübingen war im letzten Jahr an 3 Raketenversuchen beteiligt. Dabei wurde die Sonne in den 4 Emissionslinien der Ionen Si-X (50,5 Å), C-VI (33,8 Å), O-VTI (21,6 Å) und Fe-XVII (15,5 Å) mit Hilfe von Fresnelschen Zonenplatten und Lochblenden abgebildet. Insbesondere sollte bei diesen Versuchen die zur Zeit mögliche hohe räumliche Auflösung der Zonenplatten, die die Firma Dr. Heidenhain, Traunreut, herstellt, erhalten bleiben und gleichzeitig so schmalbandig registriert werden, daß Abbildungen nur im Lichte einer Emissionslinie aufgenommen werden.
Aufgrund der geringen Effektivität der Reflexionsgitter, Transmissionsgitter und Stearatkristallen mußte für die Tübinger Versuche eine andere Methode verwendet werden, da bei Raketenversuchen nur Belichtungszeiten zwischen 200 und 300 sec über einer Höhe von 120 km zur Verfügung stehen.
Fresnelsche Zonenplatten bzw. Lochblenden wurden mit sog. Absorptionsfiltern zu scharf abbildenden Röntgenoptiken zusammengebaut. Die Aufgabe, die in der vorliegenden Arbeit gelöst wurde, bestand darin, zu untersuchen, wie weit es möglich ist, nur eine Emissionslinie aus dem Sonnenspektrum auszufiltern. Die Transmission der Röntgenoptiken sollte 30 % nicht unterschreiten, da die Strahlungsflußdichte der Sonne eine höhere Abschwächung bei den kurzen Beobachtungszeiten nicht zuließ.
Für die beiden Abbildungen im Lichte der Emissionslinien bei lamda = 15,5 Å bzw. lamda = 21,6 Å konnte mit Absorptionsfiltern eine ausreichende Wellenlängenselektion erreicht werden, während für die beiden anderen Abbildungen bei lamda = 33,8 Å bzw. lamda =50,5 Å die Bildqualität durch Strahlung kürzerer Wellenlänge vermindert wurde.
Es konnte gezeigt werden, daß mit Hilfe von Absorptionsfiltern nur unterhalb einer Wellenlänge von lamda = 30 Å eine ausreichende Wellenlängenselektion möglich ist, die für Abbildungen der Röntgensonne mit Fresnelschen Zonenplatten notwendig ist.
Bevor die Transmission der Absorptionsfilter in Abhängigkeit von der Wellenlänge angegeben werden konnte, mußten die Absorptionskoeffizienten der Substanzen bestimmt werden, die im weichen Röntgengebiet eine K- bzw. L-Absorptionskante besitzen und sich zu einem Absorptionsfilter verarbeiten lassen. Diese Messungen waren erforderlich, da sich in der Literatur nur einzelne Werte finden, die z. T. sehr stark voneinander differieren.
Bei einem Absorptionsfilter muß neben der Transmission im weichen Röntgengebiet auch die im sichtbaren Wellenlängengebiet bestimmt werden, da bei photographischer Registrierung dieser Anteil der Sonnenstrahlung um mindestens den Faktor 107 reduziert werden muß.
Absorptionsfilter, die für die Raketenexperimente vorgesehen wurden, wurden vor dem Start auch auf ihre mechanische Stabilität überprüft.
Bei dem Raketenexperiment R170 in der ESRO-Nutzlast S55 wurden am 11.3.1971 in Sardinien mit den optischen Systemen, bestehend aus Zonenplatten und Absorptionsfiltern, Aufnahmen mit einer Bildqualität erzielt, die bei den 3 früher geflogenen, ähnlichen Versuchen einer amerikanischen, englischen und holländischen Gruppe nicht erreicht werden konnte. Dies muß bei den Aufnahmen mit lamda = 15,5 Å bzw. lamda = 21,6 Å im wesentlichen auf die bessere Wellenlängenselektion zurückgeführt werden. Es konnten auffalende Strukturen auf diesen beiden Aufnahmen festgestellt werden, die augenscheinlich von Protuberanzen herrühren.
Meinem verehrten Lehrer, Herrn Professor Dr. G. Möllenstedt, schulde ich Dank für die Anregung zu dieser Arbeit, seinem steten Interesse an ihrem Fortgang und seiner mir jederzeit gewährten Unterstützung.
Die Arbeit wurde am Astronomischen Institut der Universität Tübingen im Rahmen eines Forschungsauftrages des Ministeriums für Bildung und Wissenschaft durchgeführt, dem für die Bereitstellung von finanziellen Mitteln gedankt wird.
 

Dissertation (110,46 Mb PDF file including figures)


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Jürgen Barnstedt | Impressum
Last modified 14 Jul 2011
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