小型射电望远镜太阳成像

# 当时观测的设备

可参考 2020 年 4 月的氢谱线观测记录 – 业余射电天文 – radioastronomy.online 中的设备

# 如何进行太阳成像

当我们用射电望远镜观测太阳时，实际上就相当于拿着一个视野很小的相机对望远镜拍照，每次只能拍取一个像素。我们可以按如下图所示的蛇型扫描走位来对太阳进行拍照，黑色的线代表走位，红色的圈代表在该位置进行一次拍照，最终我们可以得到 5X5=25 个像素。

# 每个像素里 “光的强度”

相机对光的收集和用水桶来收集雨水是一样的，这样说来，我们实际上是拿着一个水桶，在 25 个位置上收集雨水。每个位置我们都收集相同的时间，然后把每个位置收集到的水的重量记录下来，这个值就代表了该位置下雨的强度。

我们对每个位置拍照得到的是一个频谱，每个频谱都是我们在同样积分时间下得到的，如下图所示。假设我们的水桶是二维的，即所谓的纸片人。同样的积分时间相当于我们用水桶收集雨的时间是一样的，横坐标的频率范围相当于水桶的宽度，而信号强度则相当于水桶中水面的高度（下图的水面看起来高低不平，像海平面的波浪一样），所以这个频谱的面积便相当于我们收集到水的总量，也就是每个像素里 “光的强度”。

# 形成马赛克太阳 —— 用 25 个像素

按照上面的方法，我们把 25 个像素按照扫描的走位排列好，然后用颜色表示该像素收集到的 “光的强度”，越红表示越强，越蓝表示越弱，如此我们便得到了太阳的马赛克图，正式的叫法应该是太阳的热力图。

# 对马赛克图进行插值

上面的热力图过于模糊，我们可以在对像素进行插值。所谓的插值，即是在两个挨着的像素之间再插入一个像素，那么这个刚插入的像素的强度是多少呢？可以简单地取为两个像素之间的平均值。插值之后得到的图片如下所示

我们可以对上面插值得到的图片再次进行插值，如此进行多次插值，最终得到的图像如下所示。这个图片看起来像是太阳，只是拍摄时拍偏了，导致太阳在视野的右下角。

# 关于扫描角度间隔

对于 75cm 口径的天线，其波束宽度（分辨率）在 20° 左右。我们可以每隔 5° 左右扫一次。大家可能会疑惑，天线的分辨率都已经大于太阳的视角（0.5°）了，我们为什么还能对太阳成像？因为在太阳附近扫描时，天线指向离太阳越远，收集到的能量肯定越小，而恰好指向太阳时，收集到的能量肯定最大，这样看来，我们至少能用天线拍出这里有个比较强的射电源。

# 观测代码

代码 + 数据（点击下载）处理由 Sdrsharp 的 IF average 导出的数据，关于 Sdrsharp 和 IF average 插件可以见于论坛的帖子或者上网搜索。

具体的注释我都写在了代码中，扫描方式按照上文，依次把导出的数据从 1 开始按数字命名，比如 1,2,3,4,5......，具体可参考附件里的数据。

主要调节的参数就是沿着 x 方向和沿着 y 方向的扫描点数，即 x_num，y_num。插值次数 inter_num 我默认调到了 3，如果不想插值的话，可以改为 0

注 1：附件压缩包里观测太阳的数据可能并不准确，因为当时观测太阳时，氢谱线也在附近，所以数据里面在 1420MHz 附近明显有峰突起。

注 2：如果读者使用 rtl sdr 观测的话，可以先在 IF Average 插件中扣除凹凸不平的底噪。当然，不扣除应该也可以得到正确的成像，在此我只是提示一下有这个操作，也许哪天能用得到，可以参考 Sdrsharp 的 IF-Average 插件以及大致原理红字部分所示