Omdat onze zon zo dichtbijstaat, is het de ster die hetbest in detail te bestuderen

is. Dat geldt niet alleen voor de(ruimtelijke) resolutie, ook in hettijdsdomein is er op de zon hetmeest te zien. De combinatie vanbeide is ook het uitgangspunt ge-weest voor de DOT. De DOT heefteen spiegel van 45 cm en dat leverteen diffractielimiet op van 0,25”.Dat komt overeen met 180 km ophet oppervlak van de zon. De ge-luidssnelheid op de zon bedraagtzo’n 7 km/s en daardoor duurt hetminimaal 25 seconden voordat eenverandering in structuur zichtbaarwordt. Als we dynamische proces-sen zo gedetailleerd mogelijk wil-len bestuderen, betekent dit voorde DOT dat elke 25 seconden eenopname moet worden gemaakt.Het blijkt niet gemakkelijk de te be-reiken kwaliteit daadwerkelijk tehalen en de reden daarvan is onzeeigen aardse dampkring, die alseen slechte en steeds veranderendelens het beeld verslechtert.

Van seeing tot speckleWaarnemingen in de afgelopendrie jaar laten zien dat het ideeachter de DOT bijzonder goedwerkt. Dit komt allereerst door hetunieke ontwerp van de telescoop,die gebouwd is op een voor dewind open toren en zelf ook zo‘doorzichtig’ mogelijk is voor dewind. De wind zorgt ervoor dat devan de opgewarmde grond opstij-gende turbulente warme luchtweer met koelere gemengd wordt,met als gevolg een thermisch uni-forme luchtmassa en daardoorgoede seeing.Ten tweede komt het door de uit-stekende locatie waar de DOTstaat opgesteld: een boven de in-versielaag uit priemende groenevulkaantop op een klein eiland inde Atlantische Oceaan, ver wegvan grote landmassa’s en met eenoverheersend noordoostelijke pas-saatwind. Tot op de dag van van-

Kijken met de ogKijken met de og

Opname in de Fraunhofer G-band (430,5 nm) van de enorme vlekkengroep AR9393, hier dicht bij dezonnerand, die dit jaar gedurende in totaal drie zonneomwentelingen zichtbaar is geweest. De opnamewerd gemaakt in de ochtend van 2 april en is een mozaïek van in totaal tien (2x5) DOT-beelden dat intotaal 3800x2100 pixels beslaat. Later die dag, om 21.51 UT, veroorzaakte de groep een zonnevlam, degrootste in 25 jaar.

G-band opname van vlekkengroep AR8700 op 19 september 1999. De schalen langs de assen geven deschaal in boogseconden. De pijlen tonen drie heldere dots op een rij en illustreren de kwaliteit van deDOT: ze staan 0,3” uiteen. Let op de talloze kleine heldere puntjes in de donkere lanen tussen de granu-len. Het zijn fluxbuizen, waar magnetisch veld door de fotosfeer prikt.

Sinds 1997 heeft Nederland een eigen zonnetelescoop op LaPalma. Deze ‘Dutch Open Telescope’, kortweg DOT, is nu descherpst kijkende zonnetelescoop ter wereld en maakt be-halve buigingsbegrensde beelden vooral fantastische filmsvan details op de zon.

Felix Bettonvil,Rob Hammerschlag en Pit Sütterlin

394 ZENIT SEPTEMBER 2001

daag is er geen andere gelijkwaar-dige locatie bekend met eenzelfdedagseeing als La Palma.Ten derde maakt de DOT gebruikvan de speckle-reconstructie-techniek om de resterende onrustuit het beeld te halen. Speckle-reconstructie is een alternatief vooradaptieve optiek en gebeurt in te-genstelling tot adaptieve optiekniet ‘on the fly’, tijdens de waarne-ming dus, maar achteraf. Om eengoede correctie te bereiken is hetnodig heel veel afzonderlijke beel-den van het te bestuderen objectop te nemen. Elk beeld dient zokort te worden belicht, dat geenversmering door luchtonrust op-treedt. De langst toegestane be-lichtingstijd bedraagt hiervoorslechts 10 milliseconden. Een af-zonderlijk beeld moet nog vol-doende signaal bevatten en datgeldt met name voor de fijnste de-tails. Met behulp van een geschiktstatistisch model kan de speckle-methode uit de vele opnamen een‘origineel’ reconstrueren.

Bij de DOT worden telkens binneneen tijdbestek van 25 secondenhonderd afzonderlijke beelden,samen een burst genoemd, opge-nomen zodat er geen versmeringdoor veranderingen op de zon zelfaanwezig is, maar uitsluitendluchtonrust de oorzaak is van debeeldverslechtering.

ReconstructieOmdat seeing afhankelijk is van deluchtkolom waar je doorheen kijkt,en deze voor elke kijkrichting ver-schillend is en zelfs verschillendblijkt voor centrum en hoeken vanhet beeld, wordt voor de eindre-constructie het beeld in kleine

en van de DOTen van de DOT

Deze opname toont het eerste resultaat met de nieuwe 1296x1030 camera: AR9407 opgenomen op1 april 2001 in G-band. Het getoonde beeld meet 87x70”, de kleinste details zijn 0,25” groot. De pijlwijst naar het centrum van de zon en het witte kader rechtsboven is onder vergroot weergegeven, hetschaalstreepje is 1” groot. Ook in de donkere umbra op de grote foto is structuur te zien. De 1 uur durende film van deze vlek is te zien op http://dot.astro.uu.nl.

Deze opname toont een enkel beeld uit een film van AR8737 die gemaakt werd net na het optreden van een zonnevlam op 21 oktober 1999. Het beeld laat fotosfeer zien (G-Band) en bijzonder is het sterk verstoorde granulatiepatroon tussen de vlekken links en rechts in beeld. De film laat heftige bewegingenvan de granulatie zien met snelle veranderingen in het fluxbuizenpatroon. Ook de vorm van de gra-nulen is abnormaal.

Waarnemingen in

de afgelopen drie

jaar laten zien

dat het idee achter

de DOT bijzonder

goed werkt.

ZENIT SEPTEMBER 2001 395

veldjes van vijf bij vijf boogsecon-den verdeeld die daarna afzonder-lijk worden gereconstrueerd. Nareconstructie worden alle subveld-jes weer als een puzzel in elkaargeschoven met als resultaat het uit-eindelijke volledig voor seeing ge-corrigeerde beeld.In dit opzicht is de speckle-techniek beter dan adaptieve op-tiek, die in principe slechts vooréén enkele ‘luchtkolom’ (in profes-sionele termen isoplanatic patch),kan corrigeren, dus slechts perfectkan zijn voor één enkel subveldje.Keerzijden van de speckle-techniek zijn de korte belichting-stijden en de enorme hoeveelhe-den data die nodig zijn. De DOT-computers zijn voorzien van hardeschijven met een totale capaciteitvan 360 Gb en een camera schrijftdie in een dag vol.

De eerste waarnemingen werdengedaan met analoge video-camera’sen toonden reeds het succes vanhet DOT-concept. Tegenwoordigworden snelle digitale 10-bit1296x1030 pixel camera’s gebruiktdie via een door de InstrumenteleGroep Fysica van de UniversiteitUtrecht ontwikkelde supersnelleglasvezelverbinding beelden zen-den naar de acquisitiecomputers,die staan opgesteld in de Zweedsezonnetoren, zeventig meter van deDOT.

Het multi-wavelengthsysteemOm de mogelijkheden van deDOT nog verder te kunnen benut-ten, is besloten de telescoop tevoorzien van meerdere camera’sdie exact tegelijkertijd in verschil-lende golflengten eenzelfde ge-bied op de zon kunnen waarne-men. Gelijktijdig waarnemen inmeerdere golflengten betekent in-formatie verzamelen uit verschil-lende hoogten in de fotosfeer ende (hoger gelegen) chromosfeer,waardoor het mogelijk wordt ver-banden te leggen tussen verschil-lende fysische processen in de

In juli 2000 werden tests gedaan met een in Irkoetsk ontwikkeld smalbandig Lyot-filter voor de Ba-II absorptie-lijn (455,4 nm). Hiervoor werd de Zweedse zonnetelescoop SVST samen met het DOT speckle-camerasysteem ge-bruikt. Het filter heeft een breedte van 0,008 nm en is daarmee waarschijnlijk het smalste ter wereld. De erva-ringen met het filter zijn dermate positief dat het nu een vaste plaats krijgt in het DOT multi-wavelengthsysteem.

Figuur C illustreert deze versterkingvan het contrast in de rode en ver-mindering van het contrast in deblauwe vleugel. De onderste curvetoont het gemiddelde zonlicht, de bo-venste curve het helderder licht vanhet centrum van de granule, dat bo-vendien blauw – dat is naar links –verschoven is. Hierdoor treedt voorlangere golflengte – dat is in rodevleugel – een groot verschil in intensi-teit op met de gemiddelde lichtsterkte.De situatie is omgekeerd als er eenomgekeerde relatie bestaat tussensnelheid en intensiteit, dus wanneerheldere structuren juist van ons af be-wegen. Dit is het geval voor de velekleine heldere structuren in deblauwe vleugel (figuur B).

Figuren A en B laten respec-tievelijk de blauwe en rodevleugel van de bariumlijnzien. Het veld meet 80x60”.Opvallend zijn de grote ver-schillen tussen de rode enblauwe vleugel. De rode vleu-gel laat zeer duidelijk de gra-nulatie zien, terwijl het con-trast van de granulatie in deblauwe vleugel juist heel laagis. Het sterke contrast in derode vleugel is het gevolg vande correlatie tussen snelheiden intensiteit: in heldere gra-nulen beweegt het gas naarons toe, en is de golflengtedaardoor blauw verschoven,in de donkere lanen tussende granulen beweegt het vanons af. B

De ‘Dutch OpenTelescope’,

kortweg DOT, is nu de scherpst

kijkende zonnetelescoop

ter wereld

396 ZENIT SEPTEMBER 2001

A

C

zonneatmosfeer. De combinatiemet zowel hoge ruimtelijke alstemporele resolutie en het relatiefgrote veld zijn daarbij uniek. Hetcamerasysteem bestaat in totaal uitzes camera’s.Deze eigenschappen zorgen er-voor dat de DOT een tomografischinstrument wordt en te gebruikenis voor het beantwoorden van allevraagstukken waar magnetischetopologie een rol speelt: in ruimte-lijke schaal van kleine fluxbuizentot uitgebreide actieve gebieden,in temporele schaal van hoogfre-quente oscillaties tot evolutie vanactieve gebieden en in dynamischgedrag van stabiele (maar oscille-rende) vlekken tot zonnevlammen,protuberansen en coronal massejections (CME’s).Onmiskenbaar het sterkste puntvan de DOT is het kunnen makenvan lange reeksen buigingsbe-grensde opnamen, die als filmskunnen worden bekeken. Een indruk verschijnend tijdschrift alsZenit vormt daardoor niet hetmeest geschikte medium om de re-sultaten te laten zien. We beper-ken ons in bijgaand ‘fotoalbum’noodgedwongen tot het tonen vangeselecteerde beelden uit hetDOT-archief, maar het bekijkenvan de bijbehorende films is ei-genlijk een must. Dat kan op deDOT-website:http://dot.astro.uu.nl.

Het multi-wavelength systeem wordt ge-bouwd door de werkplaats van hetSterrekundig Instituut en deInstrumentele Groep Fysica van deUniversiteit Utrecht, die samen met deCentrale Werkplaats van de TechnischeUniversiteit Delft ook de DOT realiseer-den. De voltooiing en installatie werdennaast de Utrechtse universitaire middelenin belangrijke mate gefinancierd door deStichting Technologie WetenschappenSTW. Thans ontvangt de DOT bijdragenvan de Universiteit Utrecht, NWO, deNederlandse Onderzoeksschool voorAstronomie NOVA en het Europese SolarMagnetometry Network ESMN.De DOT staat op La Palma onder auspi-ciën van het Instituto Astrofísica deCanarias en wordt bediend vanuit deSwedish Vacuum Solar Telescope (SVST)van de Zweedse Koninklijke Akademievan Wetenschappen.

Literatuur:P. Sütterlin, ‘The size of penumbral finestructure’, 2001, A&A, in press.P. Sütterlin, R.H. Hammerschlag, F.C.M.Bettonvil, R.J. Rutten, V.I. Skomorovsky,G.N. Domyshev, 2001, ‘Multi-ChannelSpeckle Imaging System for the DOT’,Procs. 20th NSO/SP Summer Workshop‘Advanced Solar Polarimetry – Theory,Observation, and Instrumentation’, Ed. M.Sigwarth, Astron. Soc. Pac. Conf. Series, inpress.

Het is ook mogelijk de hogere zonneatmosfeer te bestuderen door een filter te kiezen in een daarvoor ge-schikte absorptielijn. Met een CaII-H of –K-filter kijken we in de lage chromosfeer, ongeveer duizend ki-lometer boven het ‘oppervlak’ van de zon. Deze opname is gemaakt in de CaII-H lijn (396,9 nm). Wezien hier geen granulatie meer; de heldere structuren zijn een directe indicatie voor verhitting doormagneetveld. Films tonen in de umbra snelle bewegingen en flitsen met een periode van ongeveer drieminuten. Ook zijn er radiaal naar buiten bewegende golven te zien, die gezien hun snelheid duiden opschokgolven, en doorgaan tot in de penumbra en incidenteel zelfs tot buiten de vlek. De film suggereerteen verband tussen de schokgolven en flitsen. Ook in de lager gelegen fotosfeer zijn heldere punten tezien (umbral dots), maar vooralsnog is geen bewijs gevonden dat zo’n verband bestaat.

Bijzonder spectaculair zijn de waarnemingen van zonnevlammen en protuberansen. In juli 2000 wer-den als onderdeel van een internationale campagne protuberansen in H-alfa (656,3 nm) opgenomen.De speckle-techniek bleek extreem succesvol in het reconstrueren van de draderige structuren en doorde hoge snelheden ogen de films enorm spectaculair. Een van de films, waar deze opname uit gekozenis, laat een ketting van lichtend waterstofgas zien dat uiteenvalt in cyclonisch draaiende wolken. Hetbeeld meet 288x208 pixels, overeenkomend met 62x45”. De zonnerand bevindt zich net boven deopname.

ZENIT SEPTEMBER 2001 397

Rob Rutten, ‘Dutch Open Telescope, spie-gel op de tocht’, Natuur en Techniek 67,mei 1999, blz. 70-79.Rob Rutten, Rob Hammerschlag, FelixBettonvil, ‘De Dutch Open Telescope,nieuwe zonnetelescoop op La Palma’,Zenit 24, november 1997, blz. 481-485.F.C.M. Bettonvil en R.H. Hammerschlag,‘De Utrechtse Open Toren Telescoop’,Zenit 20, juli/augustus 1993, blz. 327-331.

398 ZENIT SEPTEMBER 2001

Montage van de tweede camera in dekop van de telescoop. Voor het bereikenvan de hoge beeldkwaliteit is trillen doorde wind taboe en daarom is veel aan-dacht besteed aan stijfheid. Met name inde winter kan het weer op de Palmanesevulkaantop erg ruig zijn en ieder in-strument wordt daarom goed ‘ingepakt’.

De DOT in bedrijf. Midden in de driehoekige structuur in de kop van detelescoop bevindt zich het primaire brandpunt met een watergekoelddiafragma. De waterkoeling zorgt samen met luchtafzuiging (door deslangen rechts in beeld) dat de temperatuur in het brandpunt niet meerdan 0,1 °C afwijkt van de omgevingstemperatuur.

Gezicht op de 15 m hoge toren met de kabelpijp die de telescoop met deDOT-controlekamer in de Zweedse SVST verbindt. De rechtsonderzichtbare witte kast staat halverwege DOT en SVST en bevat de water-tank met koelvloeistof voor het primaire brandpunt.