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Inversionsprogramme für die Strahlungstransportgleichung

Am Leibniz Institut für Sonnenphysik haben wir eine lange Tradition in der Entwicklung und Pflege von Inversionscodes für die Strahlungsübertragungsgleichung, die häufig zur Analyse spektropolarimetrischer Daten (z. B. Stokes-Vektor) verwendet werden, um auf die physikalischen Eigenschaften der Sonnenatmosphäre (Temperatur, Magnetfeld, Plasmageschwindigkeit usw.). Wir pflegen derzeit den VFISV-Inversionscode und entwickeln aktiv den FIRTEZ-DZ-Inversionscode.

Sehr schnelle Inversion des Stokes Vektors (Very Fast Inversion for the Stokes-Vector - VFISV)

Dieser Inversionscode wurde ursprünglich zwischen 2004-2010 entwickelt, um Daten des Helioseismic and Magnetic Imager (HMI)-Instruments an Bord des Solar Dynamics Observatory (SDO) zu analysieren. HMI ist ein Michelson-Typ-Instrument mit Lyot-Elementen, um die Wellenlängenabstimmung durchzuführen. Zu einem späteren Zeitpunkt wurde der Code angepasst, um Daten von Instrumenten vom Spektrographentyp (d. h. Spektropolarimeter) sowie für Instrumente vom Fabry-Perot-Typ zu analysieren. Der Code wird auch für die Schnellanalyse von GRIS-Daten im Science Data Centre des KIS verwendet.

VFISV konzentriert sich auf die Geschwindigkeit und ist daher ein Milne-Eddington (M-E) Inversionscode. M-E-Codes ermitteln die durchschnittlichen kinetischen und magnetischen Eigenschaften der Sonnenatmosphäre in dem Bereich, in dem die analysierten Spektrallinien gebildet werden. Weitere Informationen über VFISV finden Sie hier. Der Code wird zur Zeit von Dr. J. M. Borrero betreut. Dieser Inversionscode ist freie und offene Software, die unter derGPL2-Lizenz steht. Es sind derzeit zwei verschiedene Versionen verfügbar:

Wenn Sie VFISV in Ihrer Arbeit/Forschung verwenden, bitten wir Sie, die Originalarbeit zu zitieren: Borrero et al. (2011), Sol.Phys, 273, 267

Vorwärts- und Inverslöser für den Strahlungstransport in geometrischer Höhe "Z".

Der FIRTEZ-DZ-Inversionscode ist in der Lage, nicht wie die M-E-Inversionscodes die durchschnittlichen kinematischen und magnetischen Eigenschaften abzurufen, sondern die vollständige vertikale Schichtung dieser physikalischen Eigenschaften. FIRTEZ-DZ ist der einzige Inversionscode, der dies auf der geometrischen Skala z und nicht auf der Skala der optischen Tiefe erreicht. Dies geschieht durch die Kombination der Strahlungstransportgleichung für polarisiertes Licht mit der magnetohydrostatischen Impulsgleichung in idealer Magnetohydrodynamik (MHD). Der Code wird intensiv weiterentwickelt und derzeit von Dr. Adur Pastor Yabar und Dr. J.M.Borrero gepflegt. Die Entwicklung des Programms wurde ursprünglich von der DFG finanziert.

FIRTEZ-DZ ist als freie und offene Software unter der GPL2-Lizenz öffentlich verfügbar. Sie kann hier heruntergeladen/geklont werden:

Hinweis: Das MHS-Modul ist noch nicht in FIRTEZ-DZ implementiert, so dass die beiden Module separat und iterativ verwendet werden müssen. Bitte kontaktieren Sie uns, wenn Sie dies tun möchten. Wir hoffen, das MHS-Modul in Zukunft in FIRTEZ integrieren zu können.

Wenn Sie FIRTEZ-DZ in Ihrer Arbeit/Forschung verwenden, bitten wir Sie, die Originalarbeit zu zitieren: Pastor Yabar et al. (2019), A&A, 629, 24 . Wenn Sie auch das MHS-Modul verwenden, zitieren Sie bitte Borrero et al. (2021), A&A, 674, 190

Stokes NLTE Analytically Powered Inversion (SNAPI) code.

SNAPI wurde von Dr. Ivan Milic (ursprünglich MPS, jetzt KIS) und Dr. Michiel van Noort (MPS) als Code für die Synthese und Inversion von NLTE-Spektrallinien entwickelt. Der Code entstand aus einer neuen Idee für die Berechnung der Antwortfunktionen für NLTE-Linien, die auf der ausdrücklichen Einbeziehung des Lambda-Operators in die räumliche Kopplung zwischen verschiedenen atmosphärischen Punkten beruht. Auf diese Weise können die Antwortfunktionen fast so schnell wie in LTE berechnet werden. Der Code ist in C++ geschrieben und für massiv-parallele Berechnungen geeignet. Er wurde bisher für die Analyse verschiedener Spektrallinien verwendet, vor allem für Natrium I D-Linien und Mg I b2-Spektrallinien sowie für verschiedene NLTE-Linien.

Der Code ist öffentlich zugänglich unter: https://github.com/ivanzmilic/snapi

Die Berechnung der Antwortfunktionen ist beschrieben in Milic I., van Noort M. (2017), A&A, 601, 100, und der Inversionscode selbst in Milic, I., van Noort M., (2018), A&A, 617, 11

 

 

Inversion codes for the Radiative Transfer equation

At the Institut für Sonnenpysik we have a strong tradition in the development and maintenance of inversion codes for the radiative transfer equation that are widely used to analyse spectropolarimetric data (i.e. Stokes vector) in order to infer the physical properties of the solar atmosphere (temperature, magnetic field, plasma velocity, etc). We are currently maintaining the VFISV inversion code as well as actively developing the FIRTEZ-DZ inversion code.

 

Very Fast Inversion for the Stokes Vector (VFISV)

This inversion code was originally developed between 2004-2010 in order to analyse data from the Helioseismic and Magnetic Imager (HMI) instrument on-board the Solar Dynamics observatory (SDO). HMI is a Michelson-type instrument with Lyot elements to perform the wavelength tunning. Up to date, VFISV has successfully produced almost 1.5 million maps of the magnetic field vector on the solar surface using HMI data with a cadence of a map every 12 minutes. At a later stage, the code was adapted to analyse data from spectrograph-type (i.e. spectropolarimeters) instruments as well as for Fabry-Perot-type instruments. The code is also being employed for quick-look analysis of GRIS data at KIS Science Data Centre.

VFISV focuses on speed and therefore it is a Milne-Eddington (M-E) inversion code. M-E codes retrieve the average kinetic and magnetic properties of the solar atmosphere over the region in which the analysed spectral lines are formed. More information about VFISV can be found here. The code is currenly being maintained by Dr. J. M. Borrero. This inversion code is free and open-software licensed under the GPL2 licence. There are currently two different versions available, one for Fabry-Perot instruments and another for spectrograph instruments. Both can be downloaded, along with an user-manual, from:

The distributed VFISV includes also data samples and configuration files of several well-known instruments such as Hinode/SP, GRIS/GREGOR and CRISP/SST so the user can test the inversions on them.

Note: If you use VFISV in your work/research, we kindly ask that you cite the original paper: Borrero et al. (2011), Sol.Phys, 273, 267


Forward and Inverse solver for the Radiative Transfer in geometrical height "Z".

The FIRTEZ-DZ inversion code is capable of retrieving, not the average kinematic and magnetic properties like M-E inversion codes do, but rather the full vertical stratification of these physical properties. FIRTEZ-DZ is the only inversion code capable of achieving this in the geometrical scale z instead of the optical depth scale. This is done by combining the radiative transfer equation for polarized light with the magnetohydrostatic momentum equation in ideal magnetohydrodynamics (MHD). The code is under heavily development and currently maintained by Dr. Adur Pastor Yabar and Dr. J. M. Borrero. Original funding for its development was provided by the DFG.

FIRTEZ-DZ is publicly available as free and open software under the GPL2 licence. It can be downloaded/cloned here:

Note: The MHS module is now fully implemented inside of FIRTEZ.

If you use FIRTEZ-DZ in your work/research, we kindly ask that you cite the original paper: Pastor Yabar et al. (2019), A&A, 629, 24. If you use the MHS module as well, please cite Borrero et al. (2021), A&A, 674, 190.

Stokes NLTE Analytically Powered Inversion (SNAPI) code.

SNAPI is developed by Dr. Ivan Milic (originally MPS, now KIS) and Dr. Michiel van Noort (MPS), as a code for synthesis and inversion of NLTE spectral lines. The code was born out of a new idea for the calculation of the response functions for NLTE lines, that relies on the explicit inclusion of the Lambda operator in the spatial coupling between different atmospheric points. This way, response functions can be calculated almost as quickly as in LTE. The code is written in C++ and suitable for massively-parallel calculations. It has been used for the analysis of various spectral lines so far but mostly Sodium I D lines and Mg I b2 spectral lines, as well as various NLTE lines. 

The code is publicly available at: https://github.com/ivanzmilic/snapi

The calculation of response functions is described in Milic I., van Noort M. (2017), A&A, 601, 100, and the inversion code itself in Milic, I., van Noort M., (2018), A&A, 617, 11