С.В.Балдин, В.М. Богод., В.И.Гараимов, С.Х.Тохчукова Специальная астрофизическая обсерватория, Н.Архыз. Шестое рабочее совещание-семинар "Информационные. - презентация

1 С.В.Балдин, В.М. Богод., В.И.Гараимов, С.Х.Тохчукова Специальная астрофизическая обсерватория, Н.Архыз. Шестое рабочее совещание-семинар "Информационные системы в фундаментальной науке" июля 2009 г, САО РАН

2 Общий объем архивов астрономических данных удваивается ежегодно. (Солнечная динамическая обсерватория SDO - 1,5 Терабайта данных в сутки). Возникает проблема «усвоения» этой информации. Закон Мура

3 Наблюдения Солнца на РАТАН-600 В 2000 г. был реализован режим многоазимутальных наблюдений (до 61 в день), что увеличило количество наблюдений от ~350 в год до в год В 2005 г. на облучателе 3 была установлена новая спектральная аппаратура, с более высоким спектральным разрешением (с 5% до 1%), и более быстродействующая система регистрации, что привело к увеличению размера 1 файла наблюдений с ~1 Мб до ~40 Мб В настоящее время готовится к запуску новая система регистрации (112 каналов в диапазоне от 750 МГц до 18 ГГц) Объем получаемых данных растет непрерывно, поэтому большое внимание уделяется автоматизации процессов Крупнейший в мире радиотелескоп рефлекторного типа РАТАН-600 обладает уникальным набором параметров для наблюдений Солнца, благодаря размерам антенны, и комплексу регистрации, который позволяет получать в настоящее до 61 одномерных изображений Солнца в день на 56 частотах, регистрируя параметры Стокса R и L в диапазоне от 1.64 до 10 см со спектральным разрешением 1%, с пространственным разрешением от 15 сек. X 16 мин. дуги на волне 1.74 см, и точностью измерения поляризации порядка 3%. В то же время, несмотря на постоянное совершенствование аппаратуры и методик, зачастую радиоданные не находят широкого применения у исследователей, работающих в других спектральных диапазонах, и даже у радиоастрономов, не знакомых со спецификой телескопа, так как возникают трудности из-за сложной обработки и интерпретации данных. Наша задача- максимально автоматизировать множество рутинных операций, и сделать данные доступными для широкого круга исследователей через веб-интерфейс, в графическом виде, и в виде предварительных таблиц физических параметров локальных источников, позволяющих сделать оценки и выбрать объект для дальнейшего, более детального исследования, например в программе WorkScan [15].

4 Представление данных на странице ГСИ С 1997 данные наблюдений Солнца ежедневно избирательно выставляются на странице Группы Солнечных Исследований на сайте САО РАН, в форматах FITS и GIF, последние в виде сканов I&V и двумерных карт Tа (x, ν), и нанесенных на скан над ЛИ значений магнитных полей, вычисленных из предположения о гирорезонансном механизме излучения Поляризованное излучение на нескольких частотах Автом. определение магнитных полей в короне Полный поток на нескольких частотах диапазона Поляризованное излучение на всех волнах, карта Полный поток на всех волнах, карта (по горизонтали отложено расстояние от центра Солнца, по вертикали- частота; Интенсивность выражена цветом в температурной шкале.

5 Создана и развивается единая информационная система, решающая задачи: подготовка наблюдений сбор данных (проведение наблюдений, поканальное управление усилением в ходе наблюдений, проведение калибровок) контроль качества данных (с ежедневной рассылкой писем в случае обнаружения неисправных каналов) хранение данных, передача по каналам связи (оптоволокно, GPRS) на специализированный сервер в СПб, занесение в базу данных первичная автоматическая обработка данных распознавание одномерных изображений гаусс-анализ найденных источников интерактивный поиск и визуализация данных сбор вспомогательных данных (с сайтов других обсерваторий) сопоставления с данными других обсерваторий он-лайн моделирование ЛИ расчет физических параметров ЛИ прогноз солнечной активности Задачи ИС наблюдений Солнца на РАТАН-600 (1)image pre-processing procedures; (2)automated detection of spatial features; (3)automated detection and tracking of temporal features (events); and (4) post-processing tasks, such as visualization of solar imagery, cataloguing, statistics, theoretical modeling, prediction and forecasting.

6 Сбор данных (сервер в СПбФ САО РАН) В 2006 г в СПбФ САО РАН был запущен специализированный сервер ( для анализа многоволновых наблюдений Солнца на РАТАН Сервер автоматически собирает информацию с многоволнового спектрографа Облучателя 3 РАТАН-600, обрабатывает и представляет ее в виде удобном для сопоставления с данными других наземных и спутниковых обсерваторий. На данный момент первичная автоматическая обработка состоит из следующих функций: 1) отфильтровка неработающих или сбойных каналов 2) Удаление записей ГШ на скане 3) Вычитание уровня неба 4) Преобразование параметров Стокса R&L в I&V 5) Калибровка по спокойному Солнцу 6) Занесение в базу данных 7) Рассылка писем Сервер осуществляет сбор данных для сопоставления- с радиогелиографов ССРТ (Россия) и Нобеяма (Япония), с магнитографа спутника SOHO MDI и др.обсерваторий.

7 Представление данных Для визуализации, анализа, и обработки данных разработаны приложения на IDL и ION (IDL on the Net). ION обеспечивает возможность интерактивной работы в многопользовательском режиме on- line посредством WEB-браузера.

8 Анализ данных

9 Многообразие способов графического представления данных определяется основными функциями IDL для отображения 2-мерных и 3-ехмерных массивов (plot, surf3d, tvscl, и др), и большим количеством возможных сценариев обработки данных РАТАН Основной способ представления, который позволяет оценить наличие активности на диске и за лимбом, это простая группировка сканов.

10 Различные способы графического представления данных позволяют взглянуть на данные «с разных сторон» - например, подчеркнуть спектральную или морфологическую структуру области излучения. Интенсивность Поляризация

11 «Вычитание спокойного Солнца» позволяет выделить мелкомасштабную составляющую, а также увидеть более детально структуру крупных источников (например, пятенных). Алгоритм выделения спокойного Солнца комбинированный, с использованием различных способов сглаживания (медианное, гауссовое, кубическими сплайнами), и априорной информации и характерных размерах на Солнце, шаге между отсчетами и т.п. Интенсивность Поляризация

12 Сопоставление (отождествление ЛИ) Наложение записи Солнца на РАТАН-600 (скана) на выбранной частоте на двумерное изображение Солнца с других инструментов часто используется для определения второй координаты, для отождествления области излучения (межпятенный источник, источник над головным пятном, источник в основании петли и др), для астрофизических выводов на основании смещения максимумов излучения в различных диапазонах и др.

13 Отождествление грануляции

14

15 Гаусс-анализ

16 Поиск в базе данных

17 Модель базы данных

18 МОДЕЛИРОВАНИЕ Расчет силовых линий магнитного поля петли в двумерной дипольной аппроксимации. Силовые линии соединяют два разнополярных диполя, погруженных под фотосферу. Расчет силовых линий магнитного поля и 5 гирорезонансных уровней пятна в двумерной дипольной аппроксимации магнитного поля.

19 Результаты расчетов: 1) двумерные карты распределения яркостных температур по плоскости пятна (обыкновенное излучение, необыкновенное излучение, их сумма и разность) 2) одномерные распределения потока излучения вдоль пятна (обыкновенное излучение, необыкновенное излучение, их сумма и разность) и сглаженные с диаграммой направленности одномерные распределения потока излучения вдоль пятна (интенсивность и поляризация) 4) интегральные характеристики на заданной длине волны, получаемые из гаусс-анализа сглаженных с ДН одномерных распределений потока: интегральный поток в интенсивности, размер источника в интенсивности, яркостная температура, интегральный поток в поляризации, размер источника в поляризации.

20 двумерные карты распределения яркостных температур I, V (e+o, e-o).

21 Для получения физических параметров источника, путем подбора входных параметров модели нужно добиться наиболее полного совпадения результатов модельных расчетов (таблица 2) с с результатами гаусс-анализа наблюдаемого источника (таблица 1). Связь между наблюдениями и моделированием

22 Создана информационная система для сбора, хранения, обработки, анализа, моделирования, и выдачи информации по наблюдениям Солнца на РАТАН-600. Система предоставляет свободный и авторизованный сетевой доступ к данным наблюдений Солнца на радиотелескопе РАТАН-600 в режиме сопровождения наблюдений (ежедневно через несколько минут после завершения наблюдений). Система осуществляет автоматическую первичную обработку и контроль качества данных, с рассылкой предупреждений о неисправных каналах Для работы в интерактивном режиме разработаны веб-приложения на ION (IDL on The Net) Script для анализа и визуализации данных, в том числе получения спектров интенсивности и поляризованного излучения, вычитания уровня спокойного Солнца, сопоставления с данными других обсерваторий. Предоставлены приложения для расчета наблюдаемых параметров солнечных источников (размеры, плотность потока, яркостная температура, степень поляризации) на основе гаусс-анализа ЛИ и моделирования их радиоизлучения. Выводы

23 Для чего можно использовать представленные данные: Микроволновые наблюдения дают возможность измерять параметры плазмы в структурах в атмосфере Солнца на уровнях хромосферы и нижней короны, недоступные для регистрации в УФ и рентгеновском диапазонах. В частности, большой интерес для исследователей представляют радио методы измерения магнитных полей в короне, которые основаны на различных механизмах излучения- гирорезонансном (доминирует в ЛИ), тепловом тормозном, и плазменном. Величинам магнитных полей (< 2500 Гс), которые встречаются в короне, соответствует гиро резонансное излучение в диапазоне 1-18 ГГц, поэтому наблюдения на РАТАН-600 позволяют ежедневно публиковать максимальные значения магнитных полей в отдельных активных областях. При этом, чем выше спектральное разрешение инструмента, тем точнее оценка магнитного поля, и тем меньшие изменения величины магнитного поля он может регистрировать. Многоазимутальные наблюдения, проводимые с 2000 г на РАТАН-600 [16], показали, что спектры поляризованного излучения активных областей, производящих мощные вспышки, являются немонотонными, в отличие от спектров невспыхивающих АО. Как показывают расчеты, к таким немонотонностям могут приводить неоднородности в высотной структуре АО, например, величины магнитного поля, а также других параметров, определяющих плотность поляризованного потока, например, температурная инверсия, и др. Наблюдения показывают, что на масштабах времени несколько часов- дней до вспышки происходят изменения в структуре АО на уровнях хромосферы и нижней короны, где, по мнению большинства исследователей, зарождаются мощные солнечные вспышки, поэтому спектрально- поляризационные радионаблюдения могут быть использованы для предсказания вспышек. Для более точного анализа данных РАТАН-600 необходимо сопоставление с другими данными. Так, радиогелиографы дают разрешение по второй координате, хотя не обладают спектральным разрешением (как правило, 1-2 волны) и высокой чувствительностью к изменениям поляризованного потока. Достижение всех нужных параметров в одном радиотелескопе пока является недостижимым (проект FASR, по-видимому, не превзойдет, например, некоторые параметры РАТАН-600), поэтому наибольшие результаты в исследованиях солнечных образований могут быть в настоящее время достигнуты путем сопоставления данных различных телескопов. Для облегчения использования солнечных данных РАТАН-600 заинтересованными исследователями, способы представления данных в сети Интернет нами будут развиваться и дальше.