Institut für Astronomie und Astrophysik Abteilung Astronomie Sand 1, D-72076 Tübingen, Germany
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Dissertation Hans R. Härle

Hochauflösende Röntgenspektroskopie und Heliographie der Sonne mit Raketen

Summary.
Die erste Aufnahme der Sonne gelang 1960 Friedman et al. (18) mit einer Lochkamera. Nach diesem ersten erfolgreichen Experiment lag es nun nahe die Qualität der Bilder bezüglich räumlicher und spektraler Auflösung zu verbessern, um so mit Hilfe neuerer Theorien der solaren Röntgenstrahlung Aussagen über die Temperaturverteilung und Elektronendichteverteilung der koronalen Aktivitätsgebiete zu erhalten.
Anstelle der Lochblende schlug A.V.Baez (19) vor, zur Erhöhung der Lichtstärke und der Winkelauflösung eine Fresnelsche Zonenplatte (FZP) zur Abbildung zu verwenden, die zum ersten Mal im Jahr 1966 zur Aufnahme der Sonne zum Einsatz kam (20), dem dann später weitere erfolgreiche Raketenstarts folgten, bei denen Zonenplatten eingesetzt wurden (21-25).
Neben den Zonenplatten gibt es noch eine weitere Möglichkeit weiche Röntgenstrahlen zu fokussieren. Hierzu werden Spiegeloptiken unter streifendem Einfall - auch Wolterteleskope genannt - eingesetzt. Mit solch einem Teleskop gelangen 1965 die ersten Aufnahmen der Sonne (26), denen weitere Einsätze folgten (27) unter anderen auch während der ersten Skylab Mission (28).
Ein Problem, das bei beiden Systemen, sowohl Zonenplatte als auch Spiegeloptik zu lösen ist, ist die spektrale Vorzerlegung. H.Bräuninger (29) konnte zeigen, daß durch die Verwendung von Metallfiltern die spektrale Auflösung verbessert werden kann. Eine Weiterentwicklung der spektralen Vorzerlegung war dann die Anwendung von geblazeten Reflexionsgittern (30,31).
Sowohl die spektrale, als auch die räumliche Auflösung der abbildenden Systeme wurde im Lauf der Zeit immer weiter verbessert, um auch Feinstrukturen der Aktivitätsgebiete zu untersuchen. Ein Problem, das dann jedoch bei der quantitativen Auswertung der Photonenflüsse von der Sonne immer mehr ins Gewicht fiel, war die Streuung in der Eichung der Röntgenfilme, so daß quantitative Aussagen nur auf 20 % genau gemacht werden konnten.
Um nun einen Schritt weiter zu kommen, die die Ergebnisse limitierenden Fehler zu reduzieren, wurde eine Raketennutzlast unter dem Namen Astro 4/1 entwickelt, die sowohl Röntgenkameras mit spektraler Vorzerlegung durch Metallfilter und Reflexionsgitter, als auch einen Gitterspektrographen und ein Kristallspektrometer zur genauen quantitativen Messung der Linienintensitäten der koronalen Aktivitätsgebiete an Bord hat, so daß man zusätzlich zur Bodeneichung des Films eine In-Flugeichung vornehmen kann. Außerdem wurde die Brennweite der Kameras gegenüber früheren Experimenten vergrößert, um eine höhere räumliche Auflösung (ca. 10 arcsec) zu erhalten.
Der Vorteil dieser Nutzlast ist, daß es zum ersten Mal möglich ist Aktivitätsgebiete simultan mit verschiedenen Experimenten hoher räumlicher und spektraler Auflösung zu beobachten. Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit bestand unter anderem in der Mitentwicklung der Nutzlast, der Eichung einzelner Experimentkomponenten und der Gesamteichung der in die Nutzlast integrierten Experimente.
Anhand eines theoretischen Sonnenspektrums werden geeignete Metallfilter zur spektralen Vorzerlegung bestimmt. Die Messungen der Effizienz der Reflexionsgitter werden mit Rechnungen der Reflektivität verglichen und die Abbildungseigenschaften des Gesamtsystems Gitter-Zonenplatte untersucht .
Mit den Gitterspektrographen werden Spektren aufgenommen und die spektrale Auflösung bestimmt. Die Funktionen der wichtigsten Komponenten des Kristallspektrometers werden beschrieben, getestet und geeicht. Theoretische Betrachtungen der Kristalleigenschaften, deren Messung und Diskussion sowie eine Eichung des Gesamtexperiments schließen diesen Teil der Arbeit ab.
Zum Schluß werden noch einige Ergebnisse der Astro 4/1 -Mission vom 13.3.1979 vorgestellt und kurz diskutiert.
Da der Start der Nutzlast aus sonnenphysikalischen Gründen erst kurz vor Abschluß der Arbeit stattfinden konnte, befaßt sich der zweite Teil mit der Auswertung der bei einem Flug im Jahr 1975 gewonnenen vier Zonenplattenbilder. Die Abbildungsfehler des Systems werden korrigiert, ohne auf theoretische Modelle Bezug nehmen zu müssen. Hierzu werden mehrere Computerprogramme entwickelt, die auch zur Datenreduktion der Astro 4/1 Bilder herangezogen werden können. Aus den vier spektralreinen Photonendichteverteilungen werden Temperatur- und Emissionsmaßverteilungen abgeleitet und mit gängigen Modellen verglichen.
 

Dissertation (14,88 Mb PDF file including figures)

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| Impressum Last modified 26 Jul 2011