Особенности параметризации дневной оптической турбулентности в месте расположения Большого Солнечного Вакуумного Телескопа

Атмосферная оптическая турбулентность - это явление, связанное с формированием неоднородностей плотности воздуха по лучу зрения астрономического телескопа наземного базирования и вызывающее турбулентные флуктуации фазы и амплитуды световой волны, распространяющейся в атмосфере. Как результат разрешающая способность телескопов наземного базирования существенно падает в сравнение с дифракционным пределом разрешения телескопа.

Диагностика и прогноз характеристик мелкомасштабной и атмосферной оптической турбулентности - это задачи, решение которых важно в приложении к планированию наблюдательного времени и поиску новых астроплощадок. Оно должно опираться на поиск и уточнение физических связей между флуктуациями атмосферных характеристик в различных диапазонах пространственных и временных масштабов. При этом наиболее сложный слой - атмосферный пограничный слой, в котором структура турбулентности часто оказывается неоднородной и неизотропной. В этом слое наблюдаются наиболее интенсивные оптические флуктуации.

В настоящей работе предложена новая схема параметризации вертикального профиля структурного параметра оптической турбулентности, конкретно величины CN2. Параметризация это характеристики (мелкомасштабной) турбулентности выполнена на основе сопоставления амплитуд фазовых турбулентных искажений в плоскости апертуры телескопа, измеренных приземных значений характеристик турбулентности и глобальных данных об атмосферных характеристиках Era-5. В частности, для разных высотных уровней рассматривается, что значения структурного параметра оптической турбулентности определяются через внешний масштаб турбулентности и вертикальные градиенты (разности) метеорологических характеристик. При этом значения внешнего масштаба турбулентности параметризуются на основе учета вертикальных сдвигов горизонтальной составляющей скорости ветра, приводящих к генерации турбулентности; вертикальных градиентов температуры воздуха, ответственных за усиление или подавление турбулентных флуктуаций (в условиях неустойчивой и устойчивой термических стратификаций); мезомасштабной вихревой завихренности, с которой мы связываем эффекты определенной структуризации и, чаще всего, подавления турбулентности в нижних слоях атмосферы (конкретно, до 500 -700 м над подстилающей поверхностью в месте расположения Байкальской Астрофизической Обсерватории (БАО). Именно учет мезомасштабной вихревой завихренности позволил скорректировать значения интенсивности оптической турбулентности в нижнем слое атмосфере и оценить геометрические размеры зон подавления турбулентности в нижнем, 500-700 м слое атмосферы над БАО.

Для места расположения Байкальской Астрофизической Обсерватории анализируются изменения структуры оптической турбулентности с высотой. Показано, что наиболее интенсивная оптическая турбулентность формируется в нижнем слое атмосфере, т.н. в атмосферном пограничном слое и на высотах в окрестностях крупномасштабного струйного течения [2]. Обсуждаются проблемы и перспективы решения обратной задачи: оценки вертикальных профилей внешнего масштаба турбулентности по данным об амплитудах фазовых искажений и дисперсии дрожания изображений, соответствующих разным высотным уровням в атмосфере. При этом характеристики турбулентных фазовых искажений на разных высотных уровнях (в метазрачках телескопа) и дисперсии дрожания изображений для разных атмосферных слоев могут быть оценены и/или уточнены путем применения методов томографии оптической турбулентности, включая такие технологии как S-DIMM+ , SLODAR и их модификации.

В перспективе, полученные результаты могут быть полезны не только в приложении к астрономии и совершенствованию методов диагностики и прогноза атмосферных характеристик, но и для углубления представлений переноса примесей в Байкальском регионе [2,3].

«Развитие подходов для параметризации турбулентности выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 24-72-10043, https://rscf.ru/project/24-72-10043/». Данные измерений частично получены при финансовой поддержке Минобрнауки России. Привязка профилей оптической турбулентности выполнена с использованием Уникальной научной установки Большой солнечный вакуумный телескоп http://ckp-rf.ru/usu/200615/.