140

cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

  • Upload
    others

  • View
    2

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

 

Page 2: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

 

                                                  

Submitted to the National Science Foundation under Cooperative Agreement No. 0946422

and Cooperative Support Agreement No. 0950946

This report is also published on the NSO Web site: http://www.nso.edu

The National Solar Observatory is operated by the Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. (AURA) under

cooperative agreement with the National Science Foundation  

Page 3: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan

 

MISSION  

The  mission  of  the  National  Solar  Observatory  (NSO)  is  to  provide 

leadership and excellence in solar physics and related space, geophysical, 

and astrophysical science research and education by providing access to 

unique  and  complementary  research  facilities  as  well  as  innovative 

programs  in  research  and  education  and  to  broaden  participation  in 

science. 

NSO accomplishes this mission by: 

providing  leadership  for  the  development  of  new  ground‐based  facilities  that 

support the scientific objectives of the solar and space physics community; 

advancing  solar  instrumentation  in  collaboration  with  university  researchers, 

industry, and other government laboratories; 

providing background  synoptic observations  that permit  solar  investigations  from 

the ground and space to be placed in the context of the variable Sun; 

providing research opportunities for undergraduate and graduate students, helping 

develop  classroom  activities,  working  with  teachers,  mentoring  high  school 

students, and recruiting underrepresented groups; 

innovative staff research. 

 

RESEARCH  OBJECTIVES  

The broad research goals of NSO are to: 

o Understand  the mechanisms generating solar cycles – Understand mechanisms 

driving  the  surface  and  interior  dynamo  and  the  creation  and  destruction  of 

magnetic fields on both global and local scales. 

o Understand  the  coupling  between  the  interior  and  surface  –  Understand  the 

coupling between surface and interior processes that lead to irradiance variations 

and the build‐up of solar activity. 

o Understand  the  coupling  of  the  surface  and  the  envelope:  transient  events  – 

Understand  the  mechanisms  of  coronal  heating,  flares,  and  coronal  mass 

ejections which lead to effects on space weather and the terrestrial atmosphere.  

o Explore  the  unknown  –  Explore  fundamental  plasma  and  magnetic  field 

processes on the Sun in both their astrophysical and laboratory context. 

Page 4: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan

TABLE OF CONTENTS 

EXECUTIVE SUMMARY ....................................................................................................................... 1 

1   INTRODUCTION............................................................................................................................... 5 

2   FY 2013 SCIENTIFIC RESEARCH & DEVELOPMENT HIGHLIGHTS ................................... 6 

2.1   Full‐Disk Nonlinear Force‐Free Field Extrapolation – Comparing SOLIS/VSM  

and SDO/HMI Magnetograms .......................................................................................... 6 

2.2   The Quasi‐Biennial Periodicity as a Window on the Solar Magnetic Dynamo 

  Configuration (the Sunʹs Two‐Year Period and Its Drivers) ......................................... 7 

2.3   Active  Regions  with  Superpenumbral  Whirls and Their Subsurface  

        Kinetic Helicity ..................................................................................................................... 8 

2.4   He I Vector Magnetometry of Field‐Aligned Superpenumbral Fibrils ........................ 8 

2.5  1565 nm Observations of the Transit of Venus, Proxy for a Transiting Exoplanet ...... 9 

2.6  Velocity and Magnetic Field Distribution in a Forming Penumbra ............................ 10 

2.7  The Properties of Flare Kernels Observed by the Dunn Solar Telescope ................... 11 

3   SCIENTIFIC AND KEY MANAGEMENT STAFF ..................................................................... 13 

4   SUPPORT TO PRINCIPAL INVESTIGATORS AND THE SOLAR‐TERRESTRIAL     

PHYSICS COMMUNITY ................................................................................................................ 16 

4.1  Dunn Solar Telescope ......................................................................................................... 17 

4.1.1  Adaptive Optics ................................................................................................................ 18 

4.1.2  DST Instrumentation ....................................................................................................... 19 

4.1.3  Replacements and Upgrades .......................................................................................... 21 

4.1.4  Current and Future Use of the DST ............................................................................... 22 

4.1.5  Divestiture Planning ........................................................................................................ 22 

4.2  McMath‐Pierce Solar Telescope ................................................................................. 22 

4.2.1 Diverse Observing Capabilities ....................................................................................... 23 

4.2.2  Divestment or Closure of the McMP ............................................................................. 23 

4.2.3 Impacts of Early Closure of the McMP .......................................................................... 24 

4.2.4  Collaboration with the New Solar Telescope Cyra Development ............................. 24 

4.2.5 Current Programs .............................................................................................................. 25 

4.3  NSO Integrated Synoptic Program ................................................................................... 26 

4.3.1  NISP Instrumentation ...................................................................................................... 26 

4.3.2   NISP Data Products ........................................................................................................ 27 

4.3.3   NISP Status   ..................................................................................................................... 28 

4.3.4   NISP 2014 Goals .............................................................................................................. 30 

4.4  Evans Solar Facility ............................................................................................................. 31 

4.5  Access to NSO Data ............................................................................................................ 31 

Page 5: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan

5   INITIATIVES: THE ATST AND THE NEW SYNOPTIC NETWORK ................................... 34 

5.1  Advanced Technology Solar Telescope (ATST) ............................................................. 34 

5.1.1  ATST Science Working Group and Science Requirements ........................................ 36 

5.1.2  ATST Project Engineering and Design Progress .......................................................... 38 

5.1.3  Funding   ..................................................................................................................... 41 

5.2  A Multi‐Purpose Global Network .................................................................................... 43 

6  EDUCATION AND PUBLIC OUTREACH AND BROADENING PARTICIPATION ....... 47 

6.1  Goals and Metrics ............................................................................................................... 47 

6.2  Recruiting a New Generation of Scientists ...................................................................... 50 

6.3  Increasing Diversity ............................................................................................................ 51 

6.3.1 Near‐Term Goals: .............................................................................................................. 52 

6.3.2  Long(er)‐Term Goals: ....................................................................................................... 52 

6.4  Public Outreach ................................................................................................................... 54 

6.4.1 Visitor Centers ................................................................................................................... 54 

6.4.2  Internet Resources and Public Web Pages .................................................................... 54 

7  FY 2014 PROGRAM IMPLEMENTATION ................................................................................... 55 

7.1  NSO  Organization ............................................................................................................. 55 

7.1.1  Director’s Office ................................................................................................................ 55 

7.1.2  NSO/Sacramento Peak ..................................................................................................... 55 

7.1.3  NSO Tucson and NSO Synoptic Program .................................................................... 56 

7.1.4  NSO ATST   ..................................................................................................................... 57 

7.2  Planning for the Future Organization of NSO ................................................................ 57 

7.3  FY 2014 Spending Plan ....................................................................................................... 58 

7.3.1  Total Budget  ..................................................................................................................... 58 

7.3.2  Work Package Break Out ................................................................................................ 61 

7.4  Infrastructure Plan and Strategic Needs .......................................................................... 65 

7.4.1   FY 2014 Unfunded Infrastructure Improvement Requests ....................................... 66 

APPENDICES ......................................................................................................................................... 69 

APPENDIX A:.  NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 2020–2025  VISION ......................... 70 

APPENDIX  B:  OBSERVING AND USER STATISTICS .............................................................. 72 

APPENDIX C:  ORGANIZATIONAL PARTNERSHIPS ............................................................... 75 

C1.  Community Partnerships and NSO Leadership Role .............................................. 75 

C2.  Operational Partnerships .............................................................................................. 76 

Page 6: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan

APPENDIX  D:  PUBLICATIONS (OCTOBER 2012 THROUGH SEPTEMBER 2013) ............. 77 

APPENDIX  E:  MILESTONES FY 2014 ............................................................................................. 90 

APPENDIX  F:  STATUS OF FY 2013 MILESTONES ..................................................................... 94 

APPENDIX G:  NSO FY 2014 STAFFING SUMMARY ................................................................ 103 

APPENDIX H:  SCIENTIFIC STAFF RESEARCH AND SERVICE ........................................... 104 

APPENDIX I:  ACRONYM GLOSSARY ......................................................................................... 129 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

Page 7: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

  

EXECUTIVE SUMMARY 

The  National  Solar  Observatory  (NSO)  is  the  primary  provider  of  key  ground‐based  solar 

facilities to the US solar community.  NSO currently provides a range of assets that allow solar 

astronomers to probe all aspects of the Sun, from the deep interior to its interface in the corona 

with  the  interplanetary medium.   NSO provides  scientific  and  instrumentation  leadership  in 

helioseismology,  synoptic observations of  solar variability, and high‐resolution  studies of  the 

solar atmosphere in the visible and infrared.  

 

Major components of the National Solar Observatory strategic planning include:  

Developing the 4‐meter Advanced Technology Solar Telescope (ATST) on behalf of, and 

in collaboration with, the solar community.  

Development of the adaptive optics (AO), multi‐conjugate AO (MCAO), and infrared (IR) 

technology needed for the ATST.  

Operating the Dunn Solar Telescope (DST) and maintaining its competitiveness through 

adaptive  optics, MCAO  and  state‐of‐the‐art  instrumentation until  the ATST nears  first 

light.  

Helping  the scientific consortium  that plans  to assume operation of  the McMath‐Pierce 

Solar Telescope (McMP)  in a timely fashion to meet the NSF mandate to divest or close 

the facility. 

Finding organizations  (such  as  the Southern Rockies Education Centers or universities 

with potential  interest) to assume operation of Sacramento Peak and a logical transition 

for the Dunn Solar Telescope. 

Operating  a  suite  of  instruments  comprising  the  NSO  Integrated  Synoptic  Program 

(NISP).   This  includes  the Synoptic Optical Long‐term  Investigation of  the Sun  (SOLIS) 

and the Global Oscillation Network Group (GONG). 

Establishing funding partners for the operation of NISP. 

Developing partnerships to establish a multi‐station synoptic network. 

Increasing diversity of the solar workforce. 

An orderly  transition  to a new NSO structure, which can efficiently operate ATST and 

NISP and continue to advance the frontiers of solar physics. This new structure will have 

its headquarters collocated with  the University of Colorado, Boulder and will  integrate 

the NSO  staff currently divided between  sites at Sunspot, New Mexico and  in Tucson, 

Arizona.  Some of the programmatic highlights of the NSO program in FY 2014 include: 

Continuation of ATST construction on Haleakalā. 

Increasing the NSO footprint at the University of Colorado, Boulder (CU‐Boulder). 

Page 8: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

2 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Delivery of several ATST key components such as the telescope enclosure and the high‐

order AO real‐time hardware.   

Continue the Service Mode tests at the Dunn Solar Telescope and study possible ways to 

improve user experience, providing help to the PIs with the data reduction pipelines.  

Appointment of a new ATST Data Center Project Manager. 

Appointment of a transition team and a single point of contact with CU. 

 

A few of the major actions to advance solar physics that NSO will undertake in FY 2014 include: 

Continuing  the  construction  of  ATST  through  the  NSF  Major  Research  Equipment 

Facilities Construction (MREFC) program. 

Developing  a  complete  transition  plan  for  NSO  during  the  period  2015‐2017  that 

describes the various steps and milestones needed to have the institution relocated to the 

Boulder and Maui facilities.   

Working toward the responsible divestiture of the McMath‐Pierce Telescope Facility and 

Sacramento Peak. 

Continuing early moves to Boulder by leasing office space at the CU‐Boulder Laboratory 

for Atmospheric and Space Physics (LASP). 

Providing specifications to LASP for the NSO needs in remodeling the 3rd floor of the new 

LASP building. 

Continuing to work with CU‐Boulder on faculty appointments. 

Conducting additional testing of service‐mode observations at the Dunn Solar Telescope. 

Finishing the SOLIS program by reaching full functionality of the vector spectromagneto‐

graph (VSM) guider and installing and calibrating the visible tunable filter (VTF).  

Initiating  the  upgrade  of  the  SOLIS  VSM  for  chromospheric  vector  magnetic  field 

measurements as requested by the solar community 

 

Figure  1  summarizes NSO’s  FY  2014  program  plans.  In  the  President’s  budget  released  in 

February 2013, NSO’s FY 2014 budget remains flat at $8M.   This will continue to put pressure 

on  current  operations.    Implementation  of  the NSF  Portfolio  Review made  it  clear  that we 

should work toward divestiture of current facilities by the end of FY 2017.  Closure of the DST 

before ATST is on line  leaves a gap in US high‐resolution capabilities.   We will work with the 

Big Bear Solar Observatory  (BBSO) and  the European community  to obtain access  for  the US 

community to their facilities, and we will work with the NSF to understand how to pay for such 

access. A DST Data Center  that contains  the observations compiled during  the service‐ mode 

activities  is  being  studied  as  a  possible way  to  offer  the  community  access  to  high‐spatial 

resolution data during the gap until ATST becomes fully functional.   Early  closure of  the McMP eliminates NSO  capabilities beyond ~2 microns, which will be an 

important wavelength  regime  for  the ATST.   Until  the advent of  the ATST,  these capabilities 

will only be accessible to tha US community at the NJIT BBSO New Solar Telescope (NST). 

Page 9: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

3 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 The ATST project has begun construction on Maui and has contracts in place for all of its major 

components. Rapid progress on the enclosure is being made. Its shipment is expected to occur 

in 2014.  Delivery of some items has begun.  The Visible Broadband Imager (VBI), which serves 

as a pathfinder for the other ATST instruments, had its final design review (FDR) and many of its 

parts  have  been  manufac‐tured  and  tested.    Critical  design  reviews  (CDR)  for  other  ATST 

instruments have been scheduled in 2014. 

 

The NSO Integrated Synoptic Program was formed in July 2011, and combines the GONG and 

SOLIS programs.  These programs have similar scientific goals and share a number of technical 

approaches; thus the merger has resulted in improved system efficiency and increased scientific 

synergy.  Bringing NISP from a budget level of over $4M to $2M will seriously reduce the level 

of  support   NSO  can provide  this  important program. Additional non‐astronomy  funding  is 

being actively sought. 

 

NSO’s FY 2014 spending plan  (Section 7) attempts  to accommodate the reduced budget while 

still supporting  the user community and an ATST operations model.   To ensure  that  the next 

generation  that  will  form  the  core  of  ATST  users  is  well  trained,  NSO  will  support  the 

resurgence  of  significant  interest  in producing  high‐resolution  images with  existing  facilities 

using adaptive optics and new diffraction‐limited instruments.  To support the importance the 

Solar and Space Physics Decadal Survey placed on synoptic measurements, NSO will work with 

other agencies to find the funding needed to support a robust NISP program. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 10: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

4 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

NSO 2014 Program

ATST

o Continue construction on Haleakalā.

o Develop concepts for ATST data center.

Dunn Solar Telescope (all ATST related activities)

o Continue development of multi-conjugate adaptive optics (MCAO). o Test bed for ATST instrument development. o Conduct PI and service mode observations for the solar

community.

McMath-Pierce Solar Telescope

o Begin to implement transition to consortium of users.

o Continue IR observations.

o Continue synoptic sunspot magnetic field strength measurements.

NSO Integrated Synoptic Program (NISP)

o Operate SOLIS and GONG instruments.

o Develop partnerships for a synoptic network.

o Continue to seek outside operation funding.

Digital Library and Virtual Solar Observatory

o Begin transition of data storage to Boulder.

New NSO Directorate Site and Staff Consolidation

o Negotiate with the University of Colorado, Boulder terms for the lease of building space.

o Develop plans for relocation of staff.

Education and Outreach and Broadening Participation

o Train the next generation of solar astronomers (REU's, SRA's, thesis students, postdocs).

o Coordinate with the Akamai Workforce Initiative and University of Hawai‘i Maui College on workforce development on Maui.

o Increase outreach to underrepresented minorities.

Figure  1.  Planned and ongoing programs and projects at NSO.

Page 11: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

5 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

1   INTRODUCTION 

While solar research continues to make progress in many areas of observation and theory, there 

remains many unanswered questions about how solar activity and variability are driven.   The 

extreme difficulty of measuring and modeling the solar magnetic field underlies many of these 

questions.   

 

NSO remains on a path to achieve these objectives as outlined in its strategic Long Range Plan 

(LRP).  These include bringing the ATST on line, establishing a new NSO directorate site where 

we can consolidate our scientific staff, and developing a robust synoptic program.  This Annual 

Progress Report and Program Plan highlights the progress during implementation of NSO’s FY 

2013 program and plans for FY 2014.  Part of our efforts in FY 2013 included the development of 

a ten‐year Cooperative Agreement proposal.  

 

Section 2 provides a brief description of both science and development highlights achieved with 

NSO facilities and projects.  Section 3 provides a description of scientific and key management 

staff.   Section 4 describes NSO tools and facilities and the support they provide the solar user 

community.  Section 5 describes our major initiatives and Section 6 presents the major aspects of 

our Educational and Public Outreach (EPO) plan and our plan to increase diversity at NSO and 

in the solar community.  Finally, Section 7 lays out the FY 2014 organization and spending plan 

needed  to  carry  out  the  NSO  program.    The  appendices  contain  user  statistics,  list  of 

publications, status of 2013 project milestones and milestones for FY 2014, a staffing table, and 

descriptions of scientific staff research. 

   

Page 12: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

6 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

2  FY 2013 SCIENTIFIC RESEARCH & DEVELOPMENT HIGHLIGHTS 

2.1   Full‐Disk Nonlinear Force‐Free Field Extrapolation – Comparing SOLIS/VSM and 

        SDO/HMI Magnetograms  The magnetic  field configuration  is essential  for understanding solar explosive phenomena, such 

as flares and coronal mass ejections. To compensate for the unavailability of coronal magnetic field 

measurements, which are extremely difficult to make, photospheric magnetic field vector data are 

often used to reconstruct the coronal field by extrapolation.   The use of full‐disk vector magneto‐

grams  allows  the  extrapolation  models  to  better  represent  the  global  magnetic  connectivity 

between separate active regions and to estimate free magnetic energy and large‐scale distribution 

of electric currents—key parameters that characterize the flare potential of solar active regions. 

 

T. Tadesse, T. Wiegelmann, B.  Inhester, P. MacNeice, A. A. Pevtsov, and X. Sun  (A&A 550, A14, 

2013)  used photospheric magnetic  field measurements  from  the  SOLIS Vector  Spectromagneto‐

graph  (VSM) and  the SDO Helioseismic and Magnetic  Imager  (HMI)  to model  the  coronal  field 

above  multiple  solar  active  regions,  assuming  magnetic  forces  to  dominate.  They  solved  the 

nonlinear  force‐free  field  (NLFFF) equations by minimizing a  functional  in spherical coordinates 

over a  full disk and   compared  the models with  the coronal  images  from  the SDO Atmospheric 

Imaging Assembly (AIA).  Tadesse and colleagues found that  magnetic field lines obtained from 

nonlinear  force‐free  extrapolation  based  on  VSM  and  HMI  data  show  good  agreement.    The 

average vector correlation between the NLFFF fields of HMI and VSM data is 0.94.  There are some 

differences, however.  For example, extrapolated field lines from SDO/HMI magnetogram (Figure 

2.1‐1) do not show transequatorial loops connecting trailing polarity of NOAA AR 11339 (west of 

central meridian in northern hemisphere) and trailing polarity of AR11338 (southern hemisphere). 

These  transequatorial  loops are well  represented by NLFFF extrapolation based on SOLIS/VSM. 

This difference can be attributed to presence of a patch of weak fields between two active regions 

(in  SDO/HMI  data).  With  this  weak  field  patch,  SDO/HMI  model  tends  to  close  field  lines 

originating  in  trailing polarity of AR11339, while  SOLIS/VSM model  extends  them  to AR11338. 

Overall coronal connectivity observed in SDO/AIA images is well represented by both models.   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure  2.1‐1.  a)  SOLIS  (left)  and  b) 

HMI (right)  magnetograms using NLFFF 

modeling.  The  gray‐scale  color  coding 

shows  radial  component Br  of magnetic 

field  on  the  photosphere  (white/black 

corresponds  to  positive/negative  polarity). 

Yellow  lines  represent  closed  field  lines, 

while  field  lines  changing  in  color  from 

yellow to brown (from bottom to the top) 

represent  the  open  ones.  The  gray  area 

indicates the region where magnetic field 

values are close to zero. 

 

Page 13: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

7 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Reconstructed magnetic  field  based  on  SDO HMI  data  yield  larger  total magnetic  energy  and 

about 14.4% more free magnetic energy as compared with SOLIS VSM data.  The density of surface 

electric currents  is also  larger  for  the model based on SDO HMI   data. The disagreement  in  the 

energy content and density of electric currents  is attributed  to stronger  transverse  fields  in SDO 

HMI measurements.  

2.2   The Quasi‐Biennial Periodicity as a Window on the Solar Magnetic Dynamo  

        Configuration (the Sunʹs Two‐Year Period and Its Drivers) 

Manifestations of the solar magnetic activity through periodicities of about 11 and 2 years are now 

clearly  seen  in  all  solar  activity  indices. R. Simoniello, K.  Jain, S. Tripathy, S. Turck‐Chièze, C. 

Baldner, W. Finsterle, F. Hill, and M. Roth (ApJ 765, 2013) investigated the mechanism driving the 

two‐year  period  by  studying  the  time  and  latitudinal  properties  of  acoustic  modes  that  are 

sensitive probes of the subsurface layers. Almost 17 years of high‐quality resolved data provided 

by NISP/GONG have been used in this investigation to provide a better understanding of the solar 

cycle related changes  in p‐mode frequencies.   For both periodic components of solar activity,  the 

origin  of  the  frequency  shift  is  found  to be  located  in  the  subsurface  layers with  evidence  of  a 

sudden  enhancement  in  amplitude  occurring  in  just  the  last  few  hundred  kilometers.  It  is  also 

shown  that,  in both  cases,  the magnitude  of  the  shift  increases  toward  equatorial  latitudes  and 

from minimum  to maximum  solar  activity,  in  agreement with  previous  findings.    The  quasi‐

biennial  periodicity  (QBP),  however,  causes  a weaker  shift  in mode  frequencies  and  a  slower 

enhancement  than  that caused by  the 11‐year cycle.   These observational  findings are compared 

with  the  features  predicted  by  different  models  to  explain  the  origin  of  this  QBP,  and  it  is 

concluded  that  the  observed  properties  could  result  from  the  beating  between  a  dipole  and 

quadrupole magnetic configuration of the solar dynamo.  

 

  

Figure 2.2‐1.  a) Temporal variation of mean frequency shifts (symbols). The errors in frequency shifts are smaller than the 

size  of  the  symbols. The  solid  line  represents  the dominant 11‐year  signal  of  the  solar  cycle  as  calculated by  applying  a 

boxcar filter of width of about two years.  b) The top panel shows the residual shifts after removing the 11‐year signal, while 

the bottom panel depicts  the  local wavelet power  spectrum; white  representing areas of  little power,  red with  the  largest 

power. c) Global wavelet power spectrum. The dotted line is 90% confidence level. 

Page 14: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

8 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

Figure  2.3‐1.    In  this  GONG  H‐alpha  image,  NOAA 

11092  is  a  medium  region  in  the  northern  hemisphere 

with a counter‐clockwise whirl.  

2.3   Active  Regions  with  Superpenumbral  

Whirls and Their Subsurface Kinetic Helicity 

R.  Komm,  S.  Gosain,  A.  Pevtsov  (SoPh Online 

First (18  pp.),  2013)  search  for  a  signature  of 

helicity  flow  from  the  solar  interior  to  the photo‐

sphere and  chromosphere. For  this purpose,  they 

study two active regions, NOAA 11084 and 11092, 

that  show  a  regular  pattern  of  superpenumbral 

whirls  in  chromospheric  and  coronal  images. 

These  two  regions  are  good  candidates  for  com‐

paring magnetic/current  helicity  with  subsurface 

kinetic  helicity  because  the  patterns  persist 

throughout the disk passage of both regions.  They 

use  photospheric  vector magnetograms  from  the 

SOLIS  Vector  Spectromagnetograph  and  SDO 

Helioseismic and Magnetic Imager to determine a 

magnetic  helicity  proxy,  the  spatially  averaged 

signed shear angle (SASSA).  The SASSA parameter 

produces  consistent  results,  leading  to  positive  values  for NOAA  11084  and  negative  ones  for 

NOAA 11092, consistent with the clockwise and counter‐clockwise orientation of the whirls. They 

then  derive  the  properties  of  the  subsurface  flows  associated with  these  active  regions.  They 

measure subsurface  flows using a ring‐diagram analysis of GONG high‐resolution Doppler data 

and derive their kinetic helicity.  The sign of the subsurface kinetic helicity is negative for NOAA 

11084 and positive for NOAA 11092; the sign of the kinetic helicity is thus anticorrelated with that 

of  the  SASSA parameter. As  a  control  experiment, Komm  and  colleagues  study  the  subsurface 

flows  of  six  active  regions without  a  persistent whirl  pattern.  Four  of  the  six  regions  show  a 

mixture  of  positive  and  negative  kinetic  helicity,  resulting  in  small  average  values, while  two 

regions are clearly dominated by kinetic helicity of one sign or the other, as in the case of regions 

with whirls.  The regions without whirls follow overall the same hemispheric rule in their kinetic 

helicity as in their current helicity with positive values in the southern and negative values in the 

northern hemisphere.  

2.4  He I Vector Magnetometry of Field‐Aligned Superpenumbral Fibrils 

Atomic‐level polarization and Zeeman effect diagnostics in the neutral helium triplet at 10830 Å in 

principle  allow  full  vector magnetometry  of  fine‐scaled  chromospheric  fibrils.   T. A.  Schad, M. 

Penn,  and H.  Lin  (ApJ  768:111  (17pp),  2013)  present  high‐resolution  spectropolarimetric  obser‐

vations of super‐penumbral fibrils in the He I triplet with sufficient polarimetric sensitivity to infer 

their full magnetic field geometry.  He I observations from the Facility Infrared Spectropolarimeter 

(FIRS) are paired with high‐resolution observations of  the Hα 6563 Å and Ca  II 8542 Å spectral 

lines  from  the  Interferometric  Bidimensional  Spectrometer  (IBIS)  at  the Dunn  Solar  Telescope. 

Linear and circular polarization signatures  in  the He  I  triplet were measured and analyzed with 

the advanced  inversion capability of  the “Hanle and Zeeman Light” modeling code  (HAZEL, A. 

Ramos, J. Trujillo Bueno, & E. Landi Degl’Innocenti, E., ApJ 683, 542, 2008).  Their analysis provides 

direct evidence for the often assumed field alignment of fibril structures.  

Page 15: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

9 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

 

Figure  2.4‐1.  Thirty‐nine  fibrils 

manually  traced by  inspection of  the 

entire  observed  He  I  spectral  data 

cube  using  CRISPEX.  The  fibrils 

traced  constitute  curvilinear  features 

of greater absorption and account for 

lateral variations of the Doppler shift 

and width of the He I triplet.  

Figure 2.4‐2. Photospheric magnetic field vector in local solar coordinates for the entire FIRS field of view derived from a Milne–

Eddington analysis of the Si I 10827.089 Å spectral line. The selected fibrils are also overplotted. The arrows denote the locations of 

the photospheric magnetic field with opposite polarity with regard to the sunspot umbra.

 The projected angle of the fibrils and the inferredmagnetic field geometry align within an error of 

±10◦ (Figures 2.4‐1 and 2.4‐2).  They describe changes in the inclination angle of these features that 

reflect  their connectivity with  the photospheric magnetic  field.   Evidence  for an accelerated  flow 

(∼40 m s−2) along an individual fibril anchored at its endpoints in the strong sunspot and weaker 

plage in part supports the magnetic siphon flow mechanism’s role in the inverse Evershed effect.  

However, the connectivity of the outer endpoint of many of the fibrils cannot be established.    

   

  

2.5  1565 nm Observations of the Transit of Venus, Proxy for a Transiting Exoplanet 

The  transit  of Venus  in  June  2012  provided  a  unique  chance  to  view  a well  studied  planetary 

atmosphere  as  we  might  see  that  of  a  transiting  exoplanet,  through  scattered  and  refracted 

illumination of  its parent  star.   This  is  the  second  time  that  the  IR  atmospheric  transmission of 

Venus has been measured during  a  transit; previous observations were made with  the Tenerife 

Infrared  Polarimeter  during  the  2004  transit  by  Hedelt  et  al.  (2011),  who  confirmed  well 

Page 16: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

10 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

established isotopic abundances and atmospheric scale height.  S. Jaeggli, K. Reardon, J. Pasachoff, 

G. Schneider, T. Widemann, and P. Tanga (AAS SPD meeting #44, Bozeman, MT, 2013), performed 

spectroscopy and polarimetry during the transit of Venus, focusing on extracting signatures of CO2 

absorption.   Observations  were  taken  during  the  first  half  of  the  transit  using  the  Facility  InfraRed 

Spectropolarimeter (FIRS) on the Dunn Solar Telescope.  An average spectrum of the off‐limb arc, 

or aureole, was taken while Venus was crossing onto the solar limb.  The spectra in the figure were 

produced by averaging over the aureole (top panel), the average off‐limb stray light spectrum was 

subtracted and the residual solar spectrum was divided (middle panel), and a  line spectrum was 

made by averaging over the spatial extent of the arc (bottom panel).  A synthetic spectrum of the 

Venus model atmosphere provided by Pascal Hedelt was resampled and convolved with the FIRS 

spectrograph profile determined from laser measurements by Jaeggli (2011) to produce the model 

spectrum  shown  in  violet.    The  strong  agreement  between  the  observed  and model  spectra  is 

highly encouraging  for  further analysis of  this dataset.   Polarimetry was performed after Venus 

had  moved  onto  the 

solar disk, however no 

polarization signal from 

Venus  is apparent even 

in highly averaged data. The  transit  also  pro‐

vided  the  opportunity 

to  characterize  stray 

light and other  instru‐

mental  properties  of 

FIRS. The off‐limb scans 

during  the  transit 

revealed  that  the  ap‐

parent  uniform  stray 

light  background  is 

actually  a  faint  and 

spatially offset version 

of the image, probably 

due  to  a  back‐

reflection  upstream 

from the spectrograph 

in the telescope.  The analysis of the Venus data also leads to further analysis of optical and digital 

fringes due  to  the  infrared optics and array detector  respectively.   More  rigorous analysis and 

removal of the fringe patterns will greatly improve analysis of this and other datasets from FIRS.  

2.6  Velocity and Magnetic Field Distribution in a Forming Penumbra 

The formation process of the penumbra in sunspots presents several aspects that are not yet well 

understood because of the difficulty of observing this rather fast process, which has a duration of 

a  few  hours,  with  high  spectral,  spatial,  and  temporal  resolution.  P.  Romano,  D.  Frasca,  S. 

 

Figure 2.5‐1. Spectra produced by averaging over the aureole (top panel); the average off‐limb 

stray  light  spectrum  was  subtracted  and  the  residual  solar  spectrum  was  divided  (middle 

panel); a line spectrum (bottom panel) was made by averaging over the spatial extent of the arc.  

Page 17: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

11 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

Figure 2.6‐1. Snapshots of the emerging part of NOAA AR 11490 as seen  in the broadband image (left panel), in the Ca II line 

center image (middle panel), and in the circular polarization map (right panel) taken by IBIS at ~14:20 UT. North is at the top, 

west is on the right. The contours indicate the edge of the pore as seen in the corresponding broadband image. 

Guglielmino, I. Ermolli, A. Tritschler, K. Reardon, and F. Zuccarello, (ApJ 771, L3, 2013) present 

results from the analysis of high‐resolution spectropolarimetric and spectroscopic observations of 

the solar photosphere and chromosphere, obtained shortly before the formation of a penumbra in 

one of the leading polarity sunspots of NOAA active region 11490.   The  observations  were  performed  at  the  Dunn  Solar  Telescope  on  28 May  2012,  using  the 

Interferometric  Bidimensional  Spectrometer  (IBIS).  The  dataset  comprises  a  one‐hour  time 

sequence of measurements in the Fe I 617.3 nm and Fe I 630.25 nm lines (full Stokes polarimetry) 

and in the Ca II 854.2 nm line (Stokes I only).  Romano and colleagues performed an inversion of 

the Fe I 630.25 nm Stokes profiles to derive magnetic field parameters and the line‐of‐sight (LOS) 

velocity  at  the  photospheric  level.    They  characterized  chromospheric  LOS  velocities  by  the 

Doppler shift of the centroid of the Ca II 854.2 nm line.  They found that, before the formation of 

the penumbra, an annular zone of 3ʺ‐ 5ʺ width is visible around the sunspot.  In the photosphere, 

they  found  that  this  zone  is  characterized  by  an  uncombed  structure  of  the magnetic  field, 

although no  visible penumbra has  formed  yet.   They  also  found  that  the  chromospheric LOS 

velocity field shows several elongated structures characterized by downflow and upflow motions 

in the inner and outer parts of the annular zone, respectively.  

2.7  The Properties of Flare Kernels Observed by the Dunn Solar Telescope 

A.   Kowalski, L. Fletcher, G. Cauzzi, S. Hawley, and H. Hudson  (presented by Fletcher at AAS 

SPD meeting #44, Bozeman, MT, 2013), conducted a campaign at the Dunn Solar Telescope which 

resulted in successful imaging and spectroscopic obser‐vations of a C1.1 solar flare on 18 August 

2011 using the IBIS instrument and the Horizontal Spectrograph in a custom setup.  The majority 

of a  flare’s energy  is  radiated  in  the optical and UV part of  the  spectrum, and  the goal of  the 

campaign was  to obtain  the  flare’s optical spectrum over a wide spectral range,  to characterize 

the continuum and search for evidence of a Balmer jump.  This feature would indicate free‐bound 

Page 18: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

12 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Figure 2.7‐1. Shown here are  the  finely  structured  ribbons observed 

by  IBIS  in  the  continuum  near  H‐alpha,  crossing  into  a  sunspot 

umbra. The  arrow  indicates  the  kernel where  the HSG  spectrum  is obtained.

emission,  one  of  the  mechanisms 

proposed  for  generating  a  flare’s 

white‐light radiation. 

 

The  flare  exhibited  ribbons  with 

complicated  fine  structure  at  the 

resolution  of  the  DST/IBIS 

instrument,  and  a  number  of  bright 

kernels with  sizes  comparable  to  the 

smallest  scales  sampled  by  IBIS, 

around  2‐4  pixels  (0.ʺ3‐0.ʺ6)  FWHM.  

Kowalski et al.  focus on  these bright 

kernels,  describing  their  spatial 

characteristics in the core and wing of 

H‐alpha  and  Ca  II  8542,  and  in  the 

UV  and  EUV  with  the  Solar 

Dynamics  Observatory.  Preliminary 

broadband  spec‐troscopy of  the kernels  shows clearly  the presence of an optical  continuum  in 

this  small  flare,  as well  as  strong  high‐order  Balmer  lines,  although  a  clear  Balmer  jump  is 

entirely missing.  Some  of  these  characteristics  are  strikingly  similar  to  the  spectral  behavior 

observed during large flares on active M dwarfs, suggesting physical processes and atmospheric 

conditions in common. Detailed calculations are required to fully understand the spectra which 

will  provide  new  plasma  diagnostics  of  the  ill‐understood  lower  chromospheric  and 

photospheric plasma response in solar flares.  

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          

Figure  2.7‐2.    Shown  here  is  the  flare 

minus  pre‐flare  excess  spectrum  in  the 

kernel  indicated  in  Figure  2.7‐1, with  the 

positions  of  lines,  and  expected  Balmer 

jump (BJ). The spectral hump between 3600 

and 3700 Å  is one of  the  features observed 

in M‐dwarf flares. 

Page 19: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

13 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

3   SCIENTIFIC AND KEY MANAGEMENT STAFF 

The  NSO  staff  provides  support  to  users  including  observational  support,  developing  and 

supporting  state‐of‐the‐art  instrumentation  to  ensure  that  users  obtain  the  best  data,  and 

maintaining data archives and the means to accessing the data.  Members of the scientific staff 

are defining how ATST will be operated and how NSO will handle the data.  In addition, both 

scientific and engineering staff serve as mentors for undergraduate and graduate students and 

postdoctoral  fellows.    They  also  organize  community  workshops  on  critical  areas  of  solar 

research and planning.   Staff  science and  instrument development allows NSO  to  stay at  the 

forefront of solar physics and play a crucial role in fulfilling user support.  The current NSO scientific and management staff, as well as affiliated scientific staff, are listed 

below with their primary areas of expertise and key observatory responsibilities.    

Scientific Staff   

Christian Beck  DST visitor and instrument support; solar magnetic fields and 

convection; ATST operations development. 

Thomas E. Berger  Astronomer; ATST Project Scientist.; solar magnetoconvection; high‐

resolution observations. 

Luca Bertello  NISP/SOLIS Data Scientist; solar vector magnetic fields; helioseismology. 

Serena Criscuoli  DST visitor and instrument support; solar magnetic fields and 

convection; ATST operations development. 

David F. Elmore  ATST Instrument Scientist; ground‐based spectrograph and filter‐

based polarimeter development. 

Mark S. Giampapa  Current NSO Deputy Director; stellar dynamos and magnetic activity; 

asteroseis‐mology; astrobiology; Ch., NSO/KP Telescope Allocation 

Committee; Ch., Scientific Personnel Committee. 

Irene E. González 

Hernández 

Solar Interior Data Scientist; local helioseismology; seismic imaging; 

ring‐diagram analysis. 

John W. Harvey  NISP; solar magnetic and velocity fields; helioseismology; instrumentation. 

Frank Hill  NSO Associate Director for NISP; solar oscillations; data management. 

Stephen L. Keil  Solar variability; convection. 

Shukur Kholikov  Helioseismology; data analysis techniques; time‐distance methods. 

John W. Leibacher  NISP; helioseismology; atmospheric dynamics. 

Valentín Martínez Pillet  NSO Director;  solar activity; magnetic field measurements; 

spectroscopy; polarimetry; astronomical instrumentation. 

Page 20: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

14 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

Key Management Staff 

Craig Gullixson  DST Technical and Project Manager. 

Rex G. Hunter  NSO budget management; ATST business support; Support Facilities 

and Business Manager. 

Joseph P. McMullin  ATST Project Manager. 

Priscilla Piano  Administrative Manager: Director’s office and Tucson site support; 

NSO grants and NSO budget management. 

Kim V. Streander  NISP Program Manager; NSO/KP Technical Program & Telescope Manager.

 

Postdoctoral Fellows 

James Lewis Fox  Imaging spectroscopy; spectropolarimetric studies of solar prominences.

Sanjay Gosain  Spectropolarimetry; solar magnetic fields; instrumentation. 

Brian Harker  Stokes spectropolarimetry and inversion techniques; automated tracking 

and classification of sunspot and active‐region structure; parallel 

processing computational techniques for data reduction. 

Dirk Schmidt  Multi‐conjugate adaptive optics. 

Fraser T. Watson  Sunspot identification and evolution.   

Matthew J. Penn  Solar atmosphere; solar oscillations; polarimetry; near‐IR instrumentation; 

ATST near‐IR; McMath‐Pierce Facility Scientist.  

Gordon J. D. Petrie  NISP; solar magnetism; helioseismology. 

Alexei A. Pevtsov  NISP/SOLIS Atmosphere section Program Scientist; solar activity; 

coronal mass ejections; solar magnetic helicity, Sun‐as‐a‐star.  

Kevin P. Reardon  Data Center Scientist; high‐resolution solar data acquisition and analysis; 

ATST data handling, storage and processing. 

Thomas R. Rimmele  NSO Associate Director for ATST; ATST PI and Project Director; solar 

fine structure and fields; adaptive optics; instrumentation. 

Alexandra Tritschler  ATST operations development; solar fine structure; magnetism; Stokes 

polarimetry. 

Han Uitenbroek  DST Program Scientist; atmospheric structure and dynamics; radiative 

transfer modeling of the solar atmosphere; ATST Visible Broadband 

Imager 

Friedrich Wöger  ATST Data Handling Scientist; ATST Visible Broadband Imager PI; high‐

resolution convection; solar fine structure; magnetic fields. 

Page 21: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

15 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Thesis Students     

Teresa Monsue  (Fisk/Vanderbilt U.)  Solar flares. 

Matthew Richardson  (Fisk University)  Helioseismology. 

Thomas Schad  (University of Arizona)  IR spectropolarimetry.  Grant‐Supported Scientific Staff 

Olga Burtseva  Time‐distance analysis; global helioseismology; leakage matrix. 

Kiran Jain  NISP  Interior Program Scientist; helioseismology; solar cycle variations; 

ring‐diagram analysis; sub‐surface flows. 

Rudolf W. Komm  Helioseismology; dynamics of the convection zone. 

Jose Marino  ATST wavefront correction; image restoration. 

Sushanta C. Tripathy  Helioseismology; solar activity.    

Name Adm/Mgt1 Research2 EPO3 Project Support

User Support

Internal Comm.

External Comm.

TOTAL

Beck, C. 52.7 13.5 33.8 100.0

Berger, T.E. 82.0 5.0 1.0 12.0 100.0

Bertello, L. 51.0 31.0 18.0 100.0

**Burtseva, O. 56.7 29.2 14.1 0.0 0.0 100.0

Criscuoli, S. 59.5 1.0 19.2 20.3 100.0

Elmore, D.F. 1.0 1.0 94.0 2.0 2.0 100.0

**Fox, L.J. 66.0 4.0 30.0 100.0

Giampapa, M.S. 57.0 37.7 0.4 0.2 1.6 3.1 100.0

González Hernández , I. 6.0 48.0 24.0 22.0 100.0

Gosain, S. 82.0 10.0 8.0 100.0

**Harker-Lundberg, B.J. 47.0 3.0 50.0 100.0

Harvey, J.W. 27.0 55.0 15.0 1.0 2.0 100.0

Hill, F. 42.0 15.7 3.0 37.0 1.3 1.0 100.0

**Jain, K. 6.0 39.0 55.0 100.0

Keil, S.L. 50.0 5.0 5.0 30.0 5.0 5.0 100.0

Kholikov, S.S. 63.0 23.0 14.0 100.0

**Komm, R.W. 85.0 10.0 5.0 100.0

Leibacher, J.W. 1.0 2.7 2.0 62.7 7.5 24.1 100.0

**Marino, J. 10.0 90.0 100.0xMartinez Pillet, V.

Penn, M.J. 48.6 31.4 12.4 3.0 0.5 4.1 100.0

Petrie, G.J.D. 62.0 8.0 30.0 100.0

Pevtsov, A.A. 48.3 1.7 43.9 1.3 1.0 3.8 100.0

Reardon, K.P. 22.1 51.8 26.1 100.0

Rimmele, T.R. 75.8 1.0 1.0 22.2 100.0

Schmidt, D. 10.0 90.0 100.0

**Tripathy, S.C. 75.0 2.0 20.0 2.0 1.0 100.0

Tritschler, A. 8.7 1.0 85.1 3.1 2.1 100.0

Uitenbroek, H. 47.5 1.0 13.5 16.8 10.8 10.4 100.0

Watson, F. 80.5 0.5 19.0 100.0

Woeger, F. 43.0 6.0 51.0 100.0

Table 3.1 NSO Scientific Staff Estimated Percent FTE by Activity (FY 2013)

x New NSO Director; started 01 Aug. 2013. **Grant supported staff.

1Administrative and/or Management Tasks. 2Research, including participation in scientific conferences. 3Educational and Public Outreach.

Page 22: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

16 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

4  SUPPORT  TO  PRINCIPAL  INVESTIGATORS  AND  THE  SOLAR‐

TERRESTRIAL PHYSICS COMMUNITY   

Fulfilling NSO’s mission of providing opportunities  to  the  scientific  community and  training 

the next generation of solar researchers for forefront observations of the Sun require that first‐

class ground‐based solar facilities remain available on a continuous basis.  Thus NSO developed 

Long‐Range Plans with the flexibility to transition from current facility operations to the period 

when  new  facilities  are  in  place without  seriously  impacting  the US  solar  user  community.  

Through  advancements  in  instrumentation  and  the  implementation  of  adaptive  optics  at  its 

focal planes, NSO has maintained its telescopes at the cutting edge of solar physics.  They play a 

key role in the support of US and international solar research and research‐based training. 

  

NSO telescopes remain extremely productive and are among the most accessed  solar telescopes 

in  the world.   Facility usage  is given  in Appendix B.   We note  that 25 US and 4  international 

groups used the Dunn Solar Telescope (DST) in FY 2013 and 22 US and 2 international groups 

used   the McMath‐Pierce Solar Telescope (McMP).   This  indicates a strong ongoing  interest  in 

high‐resolution and  infrared  solar observing. Although  the major NSO  telescopes are  four or 

more decades old,  their advanced  instrumentation enables  the DST and McMP  to continue as 

key  ground‐based  facilities  in  support  of  US  and  international  solar  research.    The  NSO 

telescope  upgrade  and  instrument  development  program  is  guided  by  the  scientific  and 

technical  imperatives  of  the  new ATST.    Therefore,  telescope  and  instrument  upgrades  and 

operations are reviewed and supported on the basis that they serve as necessary preludes to the 

ATST  initiative, while  concurrently  serving  the  goals  of  the  scientific  community.    Table  4 

provides a list of the instruments available at NSO operated facilities.   

 

Both as a necessary prelude to the ATST and as  indispensable facilities for current research  in 

solar physics, NSO planned  for  the operation of  the Dunn Solar Telescope and  the McMath‐

Pierce Solar Telescope until the ATST is commissioned.  NSF/AST, however, has stated that the 

McMath‐Pierce Telescope should enter a minimal operations phase by the end of 2013 and the 

DST  should be divested  in 2017,  two years before  the ATST  is  scheduled  for commissioning.  

Neither closure is optimal for maintaining and continuing to build a strong user community for 

ATST.  

 

These  early  closures  make  it  imperative  that  we  find  organizational  entities  interested  in 

continuing the operation of these facilities, and we have started searching for such in earnest. 

  

A workshop on Sac Peak/DST divestiture was held on 25 October 2012 and a similar workshop 

for the McMP was held in February 2013.  Divestiture of Sac Peak is crucial, since closing it and 

restoring  the  site  to natural  forest would be very expensive  (tens of millions of dollars), and 

depending on how it is divested, there may be opportunity for joint calibration operations with 

ATST.   Until  the ATST  is  online,  the  solar  community  relies  on  the DST  for high‐resolution 

spectropolarimetry  and  the  McMP  for  high‐resolution  spectro‐polarimetry  and  imaging 

infrared observations beyond  two microns.   With  closure of  the McMath‐Pierce by  2017,  the 

latter  capability will be  lost  for  two years before ATST  is on  line.   A gap of only  two years 

Page 23: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

17 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

between divestiture of the DST and the commissioning of ATST is perhaps less serious for the 

community, but still will impact high‐resolution users.  While time may be available on the Big 

Bear Solar Telescope  (BBSO) New Solar Telescope  (NST)  and  the European  telescopes,  those 

will be “pay‐for‐use,” which most US solar users will be unable to afford. 

 

The following sections describe status and plans for NSO facilities for FY 2014 and beyond. 

4.1  Dunn Solar Telescope 

The  76‐cm  Richard  B.  Dunn  Solar  Telescope,  located  on  Sacramento  Peak,  is  a  diffraction‐

limited solar  telescope with strong user demand and excellent scientific output.   The DST has 

two  identical  AO  systems—well  matched  to  seeing  conditions—that  feed  two  different 

instrument  ports.    These  ports  accommodate  a  variety  of  diffraction‐limited,  facility‐class 

instrumentation,  including  the  Diffraction‐Limited  Spectro‐Polarimeter  (DLSP),  the  Spectro‐

Polarimeter  for  Infrared  and  Optical  Regions  (SPINOR),  the  Interferometric  BIdimensional 

Spectrometer  (IBIS),  the  Facility  Infrared  Spectrograph  (FIRS),  the  Rapid Oscillations  of  the 

Solar Atmosphere (ROSA).  This has made the DST the most powerful facility available in terms 

of post‐focus instrumentation.  In addition to supporting the solar community and the science discussed in Section 2, the DST 

supports observations  that will drive ATST high‐resolution  requirements at visible and near‐

infrared wavelengths, and refine ATST science goals.  The DST also supports the development 

of  future  technologies  such  as  multi‐conjugate  AO  (MCAO),  and  experimental  wavefront 

sensing  on  off‐limb  targets  in H‐alpha.    The  first  successful  on‐sky MCAO  experiment was 

performed in 2009 at the DST and further efforts are ongoing.    The DST supports the US and international high‐resolution and polarimetry communities and is 

often used  in  collaboration with  space missions  to develop  global pictures  of magnetic  field 

evolution.  While competing European telescopes have emerged, they have not supplanted the 

need for the DST.  Many Europeans still compete for time on the DST and provide instruments, 

such as IBIS (Italy) and ROSA (Northern Ireland, UK), that are available to all users.  The DST 

will continue  to play  the major role  in supporting US high‐resolution spectropolarimetry and 

the  development  of  instruments  needed  for  progress  in  this  important  field.    Most  DST 

instruments will have higher resolution analogues in the ATST instrument suite. 

 

The NSO instrumentation program is focused on the development of enabling technologies that 

will be central to the ATST and a strong program of understanding solar magnetic variability.  

The primary areas of instrumental initiatives at NSO are high‐resolution vector polarimetry in 

the visible and near‐IR.    In many ways  instruments developed  for  the DST can be considered  

prototypes  for  ATST  first‐light  instruments.    For  example,  FIRS  (Facility  Infrared  Spectro‐

polarimeter) and  the new  fiber‐optic spectrograph SPIES  (Spectro‐Polarimetric  Imager  for  the 

Eneregetic Sun) implement and verify state‐of‐the‐art technologies that will be used for the DL‐

NIRSP (Diffraction‐Limited Near‐Infrared Spectropolarimeter) of ATST.  SPINOR is a precursor 

to ATST’s  ViSP  (Visible  Spectropolarimeter)  and  ROSA  implements  and  tests  concepts  that 

drive  the design  of  the ATST VBI  (Visible Broadband  Imager)  and  camera  systems.    IBIS,  a 

partner  instrument provided  to  the DST by  Italy  is operated by NSO with  support  from  the 

Page 24: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

18 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Italian  community.    This  collaboration  does  not  only  provide  experience  with  the  design, 

operations,  data  handling  and  processing  of  such  a  complex  instrument  but  also  teaches 

valuable  lessons  on  making  international  partnerships  work  successfully  and  with  mutual 

benefit.  IBIS can be regarded as a prototype for the Visible Tunable Filter (VTF), which will be 

provided to ATST by an  international partner as well.   Instrument development and scientific 

applications  in these areas rely on the unique capabilities of the DST and  its science, technical 

and operations staff and strong collaborations with university and international partners.  ATST operational concepts are tested at the DST with the DST Service Mode Operations (SMO). 

Service mode is an operational mode in which the PI of the observing request does not travel to 

the telescope. Instead, observations are ranked, scheduled and performed by a team of telescope 

scientists at the DST.  This mode of scheduling is more efficient, allows a flexible schedule that 

maximizes adaptation  to solar  target availability and atmospheric conditions, and wastes  less 

time waiting for opportunities and changing instrumentation.  It is expected that the ATST will 

be run in Service Mode for a significant fraction of its operational time.  Lessons that need to be 

learned include how to rank proposals, how to plan and react to target availability, and how to 

disseminate  the  acquired data.   Two  SMO  experiments have  been  conducted  for  one month 

each  in  January/February  and October  2013.    Both  experiments  saw  high  interest  from  the 

community, with 21 and 19 observing requests, respectively.  

4.1.1  Adaptive Optics 

Adaptive optics is essential for the new generation of ground‐based solar telescopes because the 

science is driven by the quest for the highest spatial resolution observations. AO and MCAO are 

essential  technologies  for obtaining  the  full benefit  from existing  telescopes and are critical  to 

the operation of the ATST.  The NSO  is  continuing AO  and MCAO  development  in  primary  partnership with  the New 

Jersey Institute of Technology (NJIT) and the Kiepenheuer Institute (KIS) in Freiburg, Germany.  

A 357‐ actuator system (compared to the 97 actuators for the current system) for the 1.6‐m Big 

Bear Solar Observatory New Solar Telescope has been developed jointly between NSO and NJIT 

personnel and is now operational (funded by NSF‐AST‐ATI 0905279).  In addition to providing 

the highest resolution imagery to date (Figure 4.1‐1), this effort is also serving as a prototype for 

scaling up  the current 100‐actuator systems operated at  the DST  to a system  that meets ATST 

requirements (a 1900‐actuator system).   The lab facility at Sacramento Peak (NSO/SP) has been 

retrofitted with a clean‐room tent and a solar light feed to enable system integration and testing 

of  the  sensitive  and  costly  optical  components  needed  for  both  the  BBSO  and  ATST  AO 

systems.  Essential laboratory space and test equipment can be provided to the ATST project at 

NSO/SP in a very cost effective manner.    The ATST  high‐order AO  (HOAO)  system  development  is  progressing  on  schedule.   Major 

components  and  subsystems  are  in production,  or  have  been  received,  and  have undergone 

testing  and  requirements verification  in  the  lab  or  at  the DST.   These  include  the wavefront 

sensor  camera,  the  field  programmable  gate  array  (FPGA)  processor  system  prototype,  the 

tip/tilt  mirror,  the  deformable  mirror  (in  production),  and  various  opto‐mechanical 

components. 

Page 25: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

19 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

Figure 4.1‐1.  A sunspot image taken at the BBSO NST with 

the 357‐actuator AO system. 

 In  addition  to  the  ATST  HOAO  system 

development,  the  development  of MCAO  is 

progressing.    The  Sun  is  an  ideal  object  for 

the development of   MCAO   because    solar 

structure provides the “multiple guide stars” 

needed  to  determine  the  wavefront  

information  in different parts of  the  field of 

view.   The NSO  system was one of  the  first 

successful  on‐sky  MCAO  experiments  (the 

Kiepenheuer MCAO system being the other). 

The NSO’s main goal, however, is to develop 

MCAO  technology  for  future  implemen‐

tation  at  the  ATST.    Close  collaborations 

between  NSO,  NJIT  and  the  Kiepenheuer 

Institute exist.   Dirk Schmidt, an NSO/ATST 

postdoctoral  fellow,  is  working  at  NSO,  at 

the BBSO NST and at the GREGOR telescope 

on Tenerife on the implementation of MCAO systems.  As of November 2013, final integration 

and testing of MCAO  is progressing at both the   1.5‐m GREGOR and the 1.6‐m NST and first 

on‐sky results are expected very soon.   The NSTʹs MCAO is strongly based on the concepts of 

the MCAO system of  the German GREGOR  telescope which are  the results of  the pioneering 

and continuous solar MCAO research at NSO and KIS.  The MCAO work at BBSO is funded by 

an  NSF  Major  Research  Instrumentation  (MRI)  grant  (NSF‐MRI  0959187).    The  fruitful 

collaboration between NSO, a university (NJIT) and an international partner (KIS), in addition 

to providing MCAO at current large‐aperture solar telescopes, results in development of crucial 

technology and prototyping for the ATST MCAO system that NSO expects to implement at the 

ATST during the first few years of operations.   Following the strong desire expressed by the community to have an AO system available that 

can work on off‐limb structure, such as prominences and filaments, the NSO has begun a small 

development effort at  the DST.   Making adaptive optics  function using  the  faint prominence 

structure  that  can  be  observed  only  with  narrow‐band  (0.5  Å)  filters  (e.g.,  H‐alpha)  is  a 

challenge. A prototype system has recently been tested successfully at the DST.   The project is 

led by a New Mexico State University (NMSU) graduate student, who  is supervised by Dr. T. 

Rimmele.  The  ongoing AO  efforts  are  educating  and  training  the  personnel  needed  to  support  these 

efforts in the future.  4.1.2  DST Instrumentation  

4.1.2.1  Diffraction‐Limited Spectro‐Polarimeter (DLSP) 

The Diffraction‐Limited Spectro‐Polarimeter  is  fully  integrated with one of  the high‐order AO 

systems  (Port 2).    In addition, a 1 Å K‐line  imaging device and a high‐speed 2K  2K G‐band imager with speckle reconstruction capability as well as a slit‐jaw imager have been integrated 

Page 26: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

20 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

with the DLSP.   A diffraction‐limited resolution mode (0.09 arcsec/pixel, 60 arcsec FOV) and a 

medium‐resolution  mode  (0.25  arcsec/pixel,  180  arcsec  FOV)  are  available.    The  Universal 

Birefringent  Filter  (UBF)  can  be  combined  with  the  DLSP/imaging  system.    This  full‐up 

instrumentation set is available for users.    The DLSP has been used to implement a “solar queue observing mode” at the DST. Predefined 

observations, or observations of targets of opportunity, are carried out by the observing support 

staff.   Implementation of this mode allows for more efficient use of the best seeing conditions.  

A similar operating model  is envisioned  for  the ATST, and  the DST/DLSP experience will be 

crucial for developing an efficient operations strategy for the ATST. 

4.1.2.2  Facility Infrared Spectropolarimeter (FIRS) 

This  is  a  collaborative project between  the National Solar Observatory  and  the University of 

Hawai‘i  Institute  for  Astronomy  (IfA)  to  provide  a  facility‐class  instrument  for  infrared 

spectropolarimetry at the Dunn Solar Telescope.  H. Lin (IfA) is the principal investigator of this 

NSF/MRI‐funded project.  This instrument takes advantage of the diffraction‐limited resolution 

provided by the AO system for a large fraction of the observing time at infrared wavelengths.  

Many of the solar magnetic phenomena occur at spatial scales close to or beyond the diffraction‐

limited  resolution of  the  telescope.   Diffraction‐limited  achromatic  reflecting Littrow  spectro‐

graph allows  for  the  required diverse wavelength  coverage.   A unique  feature of FIRS  is  the 

multiple‐slit  design,  which  allows  high‐cadence,  large  FOV  scans  (up  to  four  times  more 

efficient than SPINOR and DLSP), a vital feature for studying dynamic solar phenomena such 

as  flares.    The  high‐order  Echelle  grating  allows  for  simultaneous  multi‐wavelength 

observations  sensing  different  layers  of  the  solar  atmosphere,  and  thus  enabling  3‐D  vector 

polarimetry.   The two detectors are a 1K × 1K MgCdTe IR camera and a 2K × 2K camera with 

Kodak CCD  for  the visible arm, both synced  to  their own  liquid crystal modulator.   FIRS has 

been  fully  commissioned  as  a  supported  user  instrument  since  2009.  FIRS  also  serves  as  a 

prototype  for  the Diffraction‐Limited Near‐IR Spectro Polarimeter  (DL‐NIRSP), a major ATST 

first‐light instrument.

4.1.2.3  Spectro‐Polarimeter for Infrared and Optical Regions (SPINOR) 

SPINOR is a  joint HAO/NSO instrument that replaced the advanced Stokes polarimeter (ASP) 

at the Dunn Solar Telescope with a much more capable system.  The ASP has been the premier 

solar research spectropolarimeter  for  the  last decade.   SPINOR extends  the wavelength of  the 

former ASP  from  450  nm  to  1600  nm with  new  cameras  and  polarization  optics,  provides 

improved  signal‐to‐noise  and  field‐of‐view,  and  replaces  obsolete  computer  equipment.  

Software control of SPINOR  into the DST camera control and data handling systems has been 

completed and the instrument is fully commissioned as a user instrument. 

 

SPINOR and  IBIS, are  the primary  instruments  for  joint observations with Hinode, SDO, and 

IRIS.  They augment capabilities for research at the DST and extend the lifetime of state‐of‐the‐

art research spectropolarimetry at the DST for another decade.   SPINOR is also the forerunner 

of the Visible Spectro‐Polarimeter (ViSP) that is being developed by HAO for the ATST. 

Page 27: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

21 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

4.1.2.4  Interferometric BIdimensional Spectrometer (IBIS)  

IBIS is an imaging spectrometer built by the solar group of the University of Florence in Arcetri, 

Italy.   IBIS delivers high spectral resolution (25 mA  in the visible, and 45 mA  in the  infrared), 

high  throughput,  and  consequently  high  cadence.    In  collaboration with NSO  and  the High 

Altitude  Observatory,  the  Arcetri  group  has  upgraded  IBIS  to  a  vector  polarimeter.    The 

wavelength  range  of  IBIS  extends  from  the  visible  to  near‐IR  and  allows  spectroscopy  and 

polarimetry  of  photospheric  and  chromospheric  layers  of  the  atmosphere.    NSO  has  a 

Memorandum of Understanding with  the University of Florence  for continued operation and 

support  of  IBIS  at  the DST.     Two new  identical Andor  1K  ×  1K  cameras have  replaced  the 

slower Princeton narrow‐band and Dalsa wide‐band cameras for improved data rates. IBIS has 

been integrated into the DST SAN.  IBIS and ROSA (described below) also serve as prototypes 

for  the Visible  Tunable  Filter  (VTF)  and Visible  Broadband  Imager  (VBI)  on ATST  and  are 

providing experience in reducing the large data sets ATST will provide. 

4.1.2.5  Rapid Oscillations of the Solar Atmosphere (ROSA) 

ROSA  is  a  fast  camera  system  developed  and  built  by  Queens  University  (QU)  in  Belfast, 

Northern Ireland. It consists of up to 7 1K 1K Andor cameras, including one especially blue‐

sensitive camera, and a computer system capable of registering up to 30 frames per second. The 

computer  system  has  an  internal  storage  capacity  of  20  Tb,  enough  for  a  few  days  of 

observations,  even  at  the  extremely  high  data  rates  the  system  is  capable  of.  Typically,  the 

cameras are fed through some of NSOʹs wide band filters in the blue, while the red light is fed 

to IBIS. The DST observers have been instructed on operating ROSA and are capable of running 

the instrument without assistance from QU.  

4.1.3  Replacements and Upgrades 

Critical Hardware 

Given  the  finite  time  frame  for DST operations,  replacement  and upgrades of hardware  and 

software are limited to the necessary minimum.  The Critical hardware upgrade (CHU) is aimed 

at reducing unscheduled downtime by replacing obsolete and unreliable hardware, such as the 

vintage  1970s  CAMAC,  with  modern  hardware.    Critical  hardware  is  defined  as  follows: 

hardware elements  that  fail repeatedly, and/or, hardware elements  that cannot be repaired or 

replaced  without  significant  downtime  or  re‐engineering.    Significant  downtime  (total)  is 

defined  as more  than  two weeks  per  year.    These  upgrades will  be  limited  to  supporting 

existing capabilities rather than offering enhanced capabilities. 

Storage Area Network (SAN)  

The high data volumes produced by existing and new  instrumentation such as IBIS, SPINOR, 

FIRS, and ROSA, an instrument to measure Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere, require 

an  expansion  in data  storage  and handling  capabilities  at  the DST.   The DST data handling 

system is currently 4 Tb for storage of daily observations, and 20 Tb for long‐term (21 days or 

more)  storage.    A  10  Gbs  network  switch  allows  instruments  to  write  to  the  SAN  at  the 

sustained high data rates required by high‐spatial resolution, high‐cadence spectropolarimetry.  

Furthermore, the obsolete standard storage media, DLT tape, which was used to transfer data to 

Page 28: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

22 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

users, has been completely replaced by removable hard drive with the eSATA transfer protocol 

for much higher throughput.   

4.1.4  Current and Future Use of the DST 

NSO users and  staff will continue  to vigorously pursue  the opportunities presented by high‐

resolution, diffraction‐limited  imaging at  the DST, with a goal of  testing models of magneto‐

convection  and  solar  magnetism,  while  refining  ATST  science  objectives  and  ensuring  the 

growth of expertise needed to fully exploit ATST capabilities.  The advent of high‐order AO has 

increased  the  demand  for  DST  time  and  has  given  ground‐based  solar  astronomy  the 

excitement shared by space missions.  Currently, part of DST  scheduling  is devoted  to  testing  the main envisioned ATST operation 

mode  (often  referred  to as Service Mode), where PIs no  longer visit  the  telescope, but  rather 

submit proposals that are then put in a queue that is executed by NSO staff, based on scientific 

ranking, prevailing observing conditions, and solar conditions.  These experiments will provide 

important  information on  the  adjustments  the new observing mode  requires of  the proposal 

submission  process,  the  evaluation  of  proposals,  scheduling,  and  change  in  staff  roles, 

compared to the PI driven and fixed scheduling that now is standard at the DST.  

4.1.5  Divestiture Planning 

When ATST is complete, the high‐resolution capabilities of the DST will be surpassed and NSO 

will cease operations and either close the DST or, preferably, find a group or groups interested 

in exploiting the unique capabilities of the DST for their own use.   Because NSO plans to ramp down its operation of the DST over several years, we will seek (a) 

group(s) willing  to ramp up  their presence  in Sunspot over  the same  time  frame.   In order  to 

work out a divestment plan, a  series of workshops will be held, bringing  together  interested 

parties.  The first workshop was held on 25 October 2012 with six groups present.  Interest was 

expressed in assuming operation of Sunspot as an education and training center by two of the 

groups (Southern Rockies Education Centers (SREC) and CU‐Boulder).   More recently, NMSU 

has become interested in joinig the efforts to turn the DST into a training facility for the younger 

generations of astronomers and engineers.  The next step is to work out potential business plans 

and to coordinate with NSF on legal issues.  

4.2  McMath‐Pierce Solar Telescope 

The  McMath‐Pierce  solar  facility  is  a  set  of  three  all‐reflecting  telescopes,  with  the  main 

telescope having a primary diameter of 1.6 m, and the two auxiliary telescopes (East and West) 

with diameters of about 0.8 m.   The McMP provides  large‐aperture all‐reflecting systems  that 

can observe across nearly two orders of magnitude,  from 350 to 23000 nm;  the telescopes are  

very  configurable with  light  beams  that  can  feed  a  number  of  large,  laboratory‐style  optics 

stations for easy and flexible  instrument setup.   The McMP  is unique since  it  is the only 1.6 m 

aperture  solar  telescope  fully  available  to  any  scientist,  the  only  solar  telescope  with 

instrumentation  that  routinely  observes  in  the  infrared  beyond  2500  nm,  and  the  only  solar 

Page 29: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

23 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

facility in the world with instrumentation to observe the Sun at 12000 nm and beyond.   Recent 

joint observations in 2011 with the BBSO/NST illustrate the unique ability of the McMP to collect 

longer time series observations (factor of 2 or longer) with a much wider field‐of‐view (covering 

five times the area or more) than can be obtained by the NST.  Consistent with the NSF budget 

assumptions and the recommendations of the Portfolio Review, NSO has begun the process of 

identifying potential community user groups that could take over the operation of the McMP. If 

a suitable alternative is not identified, NSO will begin the process of shutting down operations.  

4.2.1 Diverse Observing Capabilities 

As recognized by the decadal report (NWNH, p. 34) solar physics research draws support from 

diverse  sources  and  the  research  recently  conducted  at  the McMP  uniquely  encapsulates  this 

scientific diversity.   Among this work are several infrared studies of the Sun, which range from 

the long‐term (13 years of data) sunspot magnetic field strength observations to the studies of the 

solar  atmospheric  dynamics  of  the  cold  chromosphere  that  span  just  several  hours  of 

observations.   Unique  spectral  observations  of  sodium  emission  from Mercury  and  the Lunar 

CRater  Observation  and  Sensing  Satellite  (LCROSS)  impact  event  as  well  as  the  ultra‐high 

spectral resolution infrared measurements of the atmospheric temperature on Venus illustrate the 

planetary astronomy applications of the McMP and its instruments.  Measurements of terrestrial 

HCl molecules have verified  the effectiveness of  the Montreal protocol.   Finally  the  laboratory 

determination of new spectroscopic parameters of the 13C14N molecule will enable better analysis 

of  cometary  and  cool  star  spectra,  and  point  to  the  important  contribution  to  fundamental 

physics by the instrumentation at the McMP facility.  

4.2.2  Divestment or Closure of the McMP  

The NSF/AST requires NSO to ramp down NSO support for the McMP to minimum operations 

by the end of 2013 with divestment to follow as soon as practically possible.  In order to get from 

the  current  level  of  2  FTEs  to  the  envisioned  shutdown  with  minimal  interruption  of 

observations, operations at  the McMP have been  streamlined by block  scheduling  to minimize 

set‐up  time  and  by  modifying  the  pointing  and  guiding  system  in  order  to  provide  more 

automation for observing programs.  

 

Discontinuing NSO operations can be accomplished by divesting  the McMP  to other groups or 

by mothballing  or  removing  the  facility.   There  are  no  agreements  that we  are  aware  of  that 

require  removal  of  the  facility.  This would  be  a matter  of  negotiation  between NSF  and  the 

Tohono   O’odom Nation.   The  cost of  long‐term mothballing of  the  facility will be  estimated. 

NSO has recently awarded a contract to assess the environmental impact of the divestiture of our 

facilities at Kitt Peak.  

 

The best, and least costly, path is to find a group or groups willing to assume responsibility for 

the McMP.  To this end, NSO conducted a workshop in early 2013 to identify parties interested in 

taking over the telescope facility and to discuss the costs and logistics of the transition. Currently, 

the NSO  has  a  few  (e.g., NASA‐funded)  users  that  contribute  to  the  cost  of  operating  their 

experiments  at  the McMP.    To  smooth  the  transition  and  give  other  groups  time  to  obtain 

funding,  NSO  proposes  allowing  users  that  can  provide  funding  and  their  own  support  to 

Page 30: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

24 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

continue  using  the  facilities  with  a  ramp‐down  plan  of  NSO  support  through  FY  2017.  

Thereafter,  it  is  expected  that  a  consortium  of  users would  assume  full  responsibility  for  the 

operation of the McMP on Kitt Peak as a tenant observatory.   This removes the McMP from the 

NSO  “books”  and  NSF  funding,  while  providing  interested  parties  more  time  to  raise  full 

operational funding.  We have a similar arrangement with the Evans Solar Facility at Sac Peak. 

 

A number of issues will arise in negotiating with potentially new operating institutions.  Some of 

the costs of maintaining the McMP are contained in the Kitt Peak National Observatory (KPNO) 

budget.  These include a number of KPNO partial FTEs that provide maintenance and the McMP 

footprint costs for overall mountain operations. NOAO’s long‐term plan for continuing mountain 

operations  is also a  factor  that any new operating  institution must consider.    In particular,  the 

NSF  expects  that  the NOAO will  not  be  operating  telescopes  on Kitt  Peak  (with  the  possible 

exception of the Mayall 4‐meter) by the end of FY 2015.  The NSO is in the process of negotiating 

a  ramp‐down of NOAO  support of NSO Kitt Peak  facilities  contained  in  the  shared  resources 

portion of the KPNO budget. 

4.2.3 Impacts of Early Closure of the McMP  

The McMP has been a model of Scientific Diversity.  In addition to solar observations, it is used 

for atmospheric and  laboratory spectroscopy, planetary studies and observations of exoplanets 

and stellar activity cycles.  The NSO is currently involved with estimating the cost of a complete 

removal of the McMP from Kitt Peak and  is communicating with university partners who have 

expressed an interest in operating the facility after NSO removes support. Unfortunately, an early 

closure may preclude some of these groups from obtaining funds, or make it more difficult and 

costly to operate if the McMP is forced to sit idle for an extended period.  

 

As part of the ramp‐down, the FTS instrument was moved out of the McMP facility in early FY 

2012 to the campus of a university.  This resulted in the loss of NSOʹs ability to support ultra‐high 

resolution spectroscopy for the laboratory, atmospheric and solar communities.  

 

The research activities at the McMP have several unique applications to the future ATST facility.  

Infrared spectropolarimetry  tests of optics at 4667 nm have been performed at  the McMP with 

direct  application  to  the ATST CryoNIRSP  (cryogenic near‐IR  spectropolarmeter)  instruments.  

Recent images at the McMP at 4667 nm have produced important design constraints for second‐

generation ATST  IR  imaging  instruments.   The  low‐order adaptive optics system at  the McMP 

recently had its first solar application at 4667 nm wavelength, verifying that daytime wavefront 

corrections made  in  the visible  improved  image quality on measurements across a wavelength 

range of nearly a factor of ten.  These capabilities are lost with closure of the facility.  

4.2.4  Collaboration with the New Solar Telescope Cyra Development 

The McMath‐Pierce  is currently  the only solar  telescope  that  is equipped  to observe  the Sun at 

wavelengths  longer  than  2.5 microns.     During  the development of  the NJIT/BBSO New Solar 

Telescope Cryogenic Infrared Spectrograph (Cyra), the McMP is playing an important role in the 

testing of optical elements and the design of the Cyra observations. 

 

Page 31: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

25 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

In  early  2012,  narrow‐band  filters  for  isolating  solar  spectral  lines  from  3600‐4200  nm  were 

ordered  for Cyra, and  these were  installed  in  the NSO Array Camera  (NAC) at  the McMP and 

tested.    In 2013, a polarimeter system consisting of a  rotating quarter‐wave  retarder and  linear 

polarizers was obtained by the Cyra program and tested at the McMP using the NAC.  While the 

McMP main  spectrograph  is  at  room  temperature,  resulting  in  a  large  background  at  these 

wavelengths, the NAC was able to make the first spectropolarimetric maps of a sunspot at 4135 

nm during observations in Fall 2013. 

 

Observing programs  to be run on  the Cyra  instrument are currently being  tested on  the McMP 

using  the  NAC.  While  the  Cyra  observations  will  benefit  from  a  greatly  reduced  thermal 

background,  exploratory  observations  at  the  McMP  with  the  warm  spectrograph  will  have 

important scientific results.   Several strange molecular transitions with negative effective Landé 

g‐factors  have  already  been  observed,  the  curious  linear  polarization  signals  seen  in  an 

unidentified  atomic  spectral  line  at  4136  nm  have  been  recorded,  and  observations  of  the 

polarimetric  signals  at  CO  4666  nm  were  achieved.    Initial  observations  of  the  infrared 

chromospheric lines in this region are planned for 2014.  The 3 – 4 micron region observed with 

the  NAC  and  the  McMP  have  revealed  spectral  diagnostics  arising  from  the  photosphere, 

chromosphere  and  corona  with  magnetic  sensitivies  that  are  five  to  ten  times  greater  than 

corresponding  features  in  the  visible.    Thus,  the  McMP  is  demonstrating  the  tremendous 

potential of the mid‐IR for solar magnetic field measure‐ments at the highest sensitivities. 

 

With  the  exploratory NAC  observations  come  experiments  designed  to  enhance  the  signal  to 

noise  of  the  observation  procedure,  and  important  tests  of  background  subtraction  and  gain 

correction  techniques  at  this wavelength.    These  all will  be  applied  to  the  Cyra  observation 

procedure at the NST, and should result  in observations of the magnetic fields  in the quiet Sun 

with unprecedented magnetic sensitivity.  

4.2.5 Current Programs 

Synoptic observations  from W. C. Livingston  (NSO) using  the McMath‐Pierce have  revealed a 

secular decrease  in  the mean sunspot magnetic  field strength during solar cycles 23 and 24.    If 

this decline continues, it has enormous implications: a weak cycle 24 is one outcome, and an even 

weaker, or non‐existent cycle 25 might also occur.  No analogous observations have been made at 

any other facility, and this data‐set alone shows the enormous value of the McMath‐Pierce and its 

infrared capability.  Extension to this data‐set using imaging spectropolarimetry at 1565 nm with 

the  new  NAC  system  is  currently  underway. We  have  started  an  intercalibration  program 

between McMath‐Pierce and DST‐FIRS instrument to further understand these secular changes. 

 

Much  of  the  infrared  spectrum  is  still  barely  explored,  especially  in  flares,  sunspots,  and  the 

corona.  The McMath‐Pierce Telescope and the NAC have begun to address these questions with 

new  observations  of  a  powerful  X1.8  flare  and  the  magnetic  structure  of  the  sunspot 

superpenumbra using the infrared He I line at 1083 nm, and new observations of the CO lines at 

2330 nm and at 4667 nm.  Full‐disk scans of the Mn I line at 1526 nm, which show sensitivity to 

low magnetic fields with hyperfine structure, have been made for the first time at the McMath‐

Page 32: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

26 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Pierce.    Further  studies  will  be  used  to  develop  techniques  and  science  questions  that  will 

continue to refine the ATST IR capabilities. 

 

As  part  of  the ATST  project,  observations  of  telescopic  scattered  light  are  being made  at  the 

McMP.   After  the ATST  selected Haleakalā  as  the  site  for  the ATST,  it  became  clear  that  the 

coronal  observation  of  the  ATST  would  be  limited  by  telescopic  rather  than  atmospheric 

scattered light.  The state‐of‐the‐art laboratory experiments in telescopic scattered light from dust 

do  not  probe  the  small  angle  regime  nor  the  wavelength  regime  where  ATST  coronal 

observations are proposed.   Direct measurements of  these angles and wavelengths are possible 

using the McMP telescope.  Preliminary observations at 1565 nm are different from the model fits 

using 10‐micron  laboratory data, which have been used  to predict ATST dust  scatter.   Further 

observations  in the 1‐12 micron wavelength region, particularly at 1075 and 3934 nm where the 

ATST will measure solar coronal emission lines, will be done at the McMP, and the results will be 

used to further refine the predicted ATST scattered light values as well as the cleaning program 

for the ATST primary mirror.  

4.3  NSO Integrated Synoptic Program 

NISP (the NSO Integrated Synoptic Program) was formed in July 2011, and combines the Global 

Oscillation Network Group (GONG) and the Solar Long‐Term Investigations of the Sun (SOLIS) 

programs.  These  two  programs  have  similar  scientific  goals  and  share  a  number  of  technical 

approaches,  so  the  combination  of  the  two  has  resulted  in  improved  system  efficiency  and 

increased scientific synergy.  

 

When ATST  is completed,  the combination of  the ATST and  the NISP will provide a complete 

view of solar phenomena on a range of spatial scales from tens of kilometers to the full disk, and 

on  time  scales  from milliseconds  to decades.  In particular, NISP  is  a  long‐term  and  consistent 

source  of  synoptic  solar  that  observes  the  Sun  as  a whole  globe  over  solar‐cycle  time  scales.  

While  space missions,  such as SOHO and SDO, also observe  the entire solar disk,  they cannot 

match  the  long‐term coverage provided by NISP, which started  in 1974 with  the advent of  the 

Kitt  Peak  magnetograph,  Sac  Peak  flare  patrol,  and  spectroheliograms.    In  addition,  space 

missions  are  vulnerable  to  the  effects  of  solar  flares  and  CMEs,  cannot  be  repaired,  and  are 

extremely expensive. These qualities make NISP invaluable as a source of data for national space 

weather needs.   The  recent National Academy  report on Solar and Space Physics: A Science  for a 

Technological Society strongly supported synoptic solar physics as an essential component of  the 

science needed for space weather.   

4.3.1  NISP Instrumentation 

The NISP/GONG  component  is  an  international,  community‐based  program  that  studies  the 

internal structure and dynamics of  the Sun by means of helioseismology—the measurement of 

resonating  acoustic  waves  that  penetrate  throughout  the  solar  interior—using  a  six‐station, 

world‐circling  network  to  provide  nearly  continuous  observations  of  the  Sun’s  five‐minute 

oscillations.   The  instruments obtain 1K × 1K 2.5‐arcsec pixel velocity,  intensity, and magnetic 

flux  images  in  the  photospheric  Ni  I  676.7  nm  line  of  the  Sun  every  minute,  with  an 

Page 33: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

27 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

approximately  90%  duty  cycle,  enabling  continuous  measurement  of  local  and  global 

helioseismic probes from just below the visible surface to nearly the center of the Sun.  Near‐real‐

time continuous data, such as 10‐minute cadence, high‐sensitivity magnetograms, seismic images 

of  the  far  side  of  the  Sun,  and  20‐second  cadence  2K  ×  2K H‐alpha  intensity  images  are  also 

available.   These  real‐time data  are  used  by  the US Air  Force Weather Agency  (AFWA),  and 

NOAA’s Space Weather Prediction Center (SWPC) for space weather forecasts.  AFWA provides 

NSO with funding towards GONG operations. 

 

NISP/SOLIS  has  three  main  instruments:  a  vector  spectromagnetograph  (VSM)  capable  of 

observing full‐disk vector and line‐of‐sight magnetograms in the photosphere and chromosphere, 

a full‐disk patrol (FDP)  imager, and an  integrated sunlight spectrometer (ISS) for observing the 

high‐resolution spectra of the Sun as a star.  The VSM produces 2K × 2K longitudinal and vector 

magnetograms constructed from full Stokes polarization spectra at a resolution of 200,000 in the 

Fe  I 630.15/630.25 nm  line pair, and  longitudinal magnetograms  in  the Ca  II 854.2 nm  line core 

and  wings.  This  allows  the  VSM  to  provide  simultaneous  photospheric  and  chromospheric 

magnetic  field  measurements,  a  powerful  combination  for  understanding  the  structure  of 

magnetic  fields  in  stellar  atmospheres.  The  VSM  also  produces  chromospheric  intensity 

(equivalent width) images in He I 1083.0 nm, which are used for identification of coronal holes.  

The FDP can take observations with a temporal cadence as short as 10 seconds in several spectral 

lines including Hα, Ca II K, He I 1083.0 nm, continuum (white light), and photospheric lines.  The 

ISS observations  are  taken  in nine  spectral bands  centered  at  the CN band  388.4 nm, Ca  II H 

(396.8 nm), Ca II K (393.4 nm), C I 538.0 nm, Mn I 539.4 nm, Hα 656.3 nm, Ca II 854.2 nm, He II 

1083.0 nm, and Na I 589.6 nm (D line) with a resolution of 300,000.  The ISS can observe any other 

spectral lines within its operating range. 

 

Hardware for the guider in the VSM was installed in early June 2013, completing the SOLIS hardware 

project.  The software for the VSM guider is under development and will be completed by the end of 

calendar year 2013.  The VSM will operate as usual during this period. 

 

With  the move  to Boulder and  the divestment of  the McMP, NSO will seek a superior site  to  locate 

SOLIS.   Under consideration are Big Bear Solar Observatory  in California, Haleakalā on Maui, and 

Mauna Loa on Hawai’i (or Big Island).  The final choice will balance cost and performance.  

4.3.2   NISP Data Products 

The  NISP  provides  a  large  number  of  data  products  to  the  community.  In  addition  to  the 

products mentioned  above, data processing pipelines produce global helioseismic  frequencies, 

localized  subsurface velocity  fields derived  from helioseismic  inversions,  synoptic maps of  the 

solar magnetic  field,  potential  field  source  surface  extrapolations  of  the magnetic  field  in  the 

corona,  vector magnetic  field maps  of  active  regions  produced  from  inversions  of  the  Stokes 

profiles, and the total global magnetic flux.  These data products are important for understanding 

the Sun and its activity cycle and related space weather. They also can be used for understanding 

the  impact  of  stellar  activity  on  habitable  planets.  In  addition,  the  experience  of  NISP  in 

pipelining a large number of data products, and in performing inversions, can be applied to the 

development of the ATST data processing and analysis system.  

 

Page 34: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

28 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

NISP scientists use insights from their own research to monitor and improve the quality of NISP 

data  and  to  develop  new  data  products.  Most  recent  examples  include  error  estimates  for 

synoptic magnetic maps, synoptic maps of vector fields, and sunspot field strengths derived from 

separation of Zeeman components of spectral  line profiles.   Within  the next  few years, NISP  is 

expected to provide vector magnetic field observations in the chromosphere using the Ca II 854.2 

nm  line. This will  provide  a much  fuller  picture  of  the  structure  of  the magnetic  field  in  the 

middle solar atmosphere, where the field direction changes from primarily vertical to horizontal 

as  it  forms  the magnetic  canopy.   This  transition  takes place  in  the  solar atmosphere near  the 

location where the solar wind  is accelerated.   These future chromospheric vector magnetic field 

observations would  be  extremely  important  not  only  for  understanding  the  origins  of  space 

weather  for  planets  in  our  solar  system,  but  also  for  testing  the  theories  of  the  generation  of 

stellar  winds  and  their  consequences  for  the  habitability  of  planets  around  other  stars.  A 

combination  of  the  ISS  and  VSM  data would  allow  us  to  deconvolve  the  solar‐disk  average 

characteristics  of  the  Sun  in  terms  of  activity  across  the  disk.  The  latter would  bring  a  new 

understanding  of  stellar  disk‐integrated  parameters.  It  is  also  expected  that  progress will  be 

made  on  a  new  synoptic  network  with  instrumentation  capable  of  providing  both  vector 

magnetic field and Doppler data in multiple wavelengths by 2020. 

 

Research  into  the  use  of  local  helioseismology  to  detect  active  regions  before  they  emerge  is 

continuing.   In addition, helioseismic measurements of subsurface vorticity as a forecast of flare 

activity are being developed. Both of these approaches hold out considerable promise of success, 

but also have proven to be challenging.  Global helioseismology has been tracking the evolution 

of large‐scale flows, including the north‐south meridional flow and the zonal flow known as the 

torsional  oscillation.    These  flows  are  intimately  connected with  the dynamo mechanism  that 

produces  the  solar  magnetic  field  and  associated  activity.    For  example,  the  timing  of  the 

migration of the zonal flow has proven to be a good indicator of the future behavior of sunspot 

activity.  Current  observations  suggest  that  the  next  activity  cycle,  number  25, may  be  even 

weaker than the current cycle.  

4.3.3   NISP Status 

4.3.3.1  NISP/GONG Component 

The NISP/GONG component continues to operate nominally with the usual maintenance issues 

concerning  the  turret and power supplies.   A  fire occurred at  the Udaipur site  in August 2010, 

which  delayed  the  deployment  of  the  final H‐alpha  instrument  there.    The  data  acquisition 

system (DAS) is being upgraded and replaced with a PC‐based system similar to that used in the 

SOLIS component; this is an example of the improved efficiency that NISP provides.  In addition, 

GONG has now  stopped  returning data on  tapes, and  is now obtaining data  in near‐real  time 

from five of the six sites (Learmonth will be done by the end of CY 2013).  This development will 

save  funds on  tape supplies and maintenance, but at  the added expense of Internet access  fees. 

The removal of the tapes has reduced the latency between data acquisition and reduction of the 

helioseismology products. A  long standing maintenance  issue has been  the degrading entrance 

windows  on  the  turrets.  An  alternative  to  the  problematic  100  layer  coating  was  recently 

designed and the new entrance windows will be installed in FY14.  

Page 35: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

29 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

4.3.3.1.1 NISP/GONG Operations Support  

NISP has been receiving substantial support from the US Air Force Weather Agency since 2009, when 

AFWA  provided  $650K  to  develop  and  install  H‐alpha  filters  in  the  GONG  shelters.    AFWA 

subsequently  provided  $800K  of  operational  funds  for  two  years,  but  has  been  forced  to  cut  that 

support by 50% in 2013 due to the Federal Sequestration Act. The immediate consequences of this cut 

to NISP were the loss of three FTE technical support positions and the need to drastically lower site 

operational  costs  at Big Bear  and Mauna Loa.    It  is  expected, however,  that  our  relationship with 

AFWA  is  good  for  the  long  term  since  In  addition AFWA  has  informally  stated  that  they  expect 

GONG to replace their aging Solar Optical Observing Network (SOON) on a long‐term basis.  AFWA 

however,  would like to have long‐term commitment for NISP support from the NSF. 

 

NISP is also providing data to the Space Weather Prediction Center in Boulder.  SWPC is funded 

by NOAA and uses GONG and SOLIS data as input to drive a predictive model of terrestrial geo‐

magnetic storms.  Discussions have indicated that SWPC recognizes the value of the data and the 

need  for support, but a  firm commitment  is on hold until  the SWPC director position  is  filled.  

We  note  that  NOAA  SWPC  declared  GONG  data  essential  during  the  recent  Government 

shutdown episode. While it is unlikely that SWPC will be able to directly supply funds, NOAA 

should be able to supply the resources as an in‐kind contribution, such as assigning NOAA staff 

to NSO or operating the Mauna Loa GONG site.  Similarly, NISP data are used to drive models 

hosted  by NASA’s Community Coordinated Modeling Center  (CCMC),  and  all  of  the NASA 

solar  space missions  use NISP  data  for  context  and  supporting  observations.   A  proposal  to 

NASA’s  recent  opportunity  for  Heliophysics  Infrastructure  and  Data  Environment  Enhance‐

ments has been submitted (July 2013). 

 

Using helioseismology, NISP produces estimates of the magnetic field on the farside of the Sun 

that is turned away from the Earth.  The estimates provide a signal that new active regions have 

emerged that will appear on the Earth‐facing side up to two weeks in advance.  Research at the 

US Air Force Research Laboratory (AFRL) has shown that the assimilation of farside data into the 

construction  of  synoptic magnetic  field maps  greatly  improves  the  quality  of  the maps  as  it 

reduces the errors at the edge of the map that would otherwise contain older data from 28 days 

earlier.  In September 2012, the AFRL data assimilation system, known as ADAPT, was  installed 

at NSO/Tucson  and will be used by NOAA/SWPC  to drive  the geomagnetic  storm prediction 

system discussed above.  

4.3.4.2  NISP/SOLIS Component 

The NISP/SOLIS component is nearing full operational status.  The last instrument, the Full‐Disk 

Patrol (FDP), was installed at Kitt Peak in July 2011.  The data from the FDP are available on the 

Web, but needs  additional  flat‐field development.   The  cameras  in  the VSM were  installed  in 

December 2009, and have been performing well.   The guider hardware  for  the VSM has been 

installed, and is expected to be fully operational in early 2014.  The temporary H‐alpha filter will 

be replaced with  the  tunable  filter  that  is currently under construction. This will allow NSO  to 

declare  the  SOLIS  hardware  phase  as  finished  by mid  FY14.  The  data  processing  system  for 

SOLIS is being revamped.  The data are no longer being processed on Kitt Peak, but instead are 

Page 36: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

30 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

now transferred down to Tucson and reduced in the NISP Data Center.  This removes what has 

been the most problematical SOLIS system, and exploits the pipeline expertise developed in the 

GONG program.  This is another example of the improved NISP efficiency. 

4.3.4.3  NISP Data Center 

There have been several developments  in the NISP Data Center.   Substantial progress has been 

made in creating a standardized synoptic map pipeline to process both SOLIS and GONG data.  

A  multi‐wavelength,  multi‐resolution  synoptic  map  pipeline  is  now  in  place.  The  SOLIS 

processing  now  occurs  in  Tucson  (instead  of Kitt  Peak),  in  a  centralized NISP  infrastructure 

isolated  from  SOLIS  legacy  hardware  dependencies.    The  entire  Level‐1 VSM  code  has  been 

revamped and  rewritten.   Significant  improvements  to 85421 and 6302v processing algorithms 

have been made.  A new, very fast vector inversion code based on the Instituto de Astrofísica de 

Canarias  (IAC)  system  that  is  also  being  used  for  the  HMI  instrument  on  SDO  has  been 

implemented.   The utilization of near‐real‐time NISP data products by space weather  forecasters  is  increasing. 

The hourly GONG magnetic  field  synoptic maps  are now  routinely used by NOAA/SWPC  to 

drive their forecasts of the solar wind and geomagnetic storms.  The H‐alpha images from GONG 

are  used  by  the  US  AFWA  for  flare monitoring.  AFWA  also  uses  the  high‐cadence  GONG 

magnetograms, and the AFRL receives a special ten‐minute GONG magnetic field data product 

tailored for ingest by their ADAPT data assimilation system to predict the surface solar magnetic 

field.   Both NOAA  and  the AFRL use  the maps of  the  far‐side magnetic  field produced  from 

GONG helioseismic data. 

4.3.4   NISP 2014 Goals 

NISP  goals  in  FY  2014  will  be  dominated  by  the  transition  to  Boulder.  For  NISP/GONG 

operations,  the main  issue will be  the  relocation of  the  two GONG engineering  instruments  to 

Boulder.    Since  the  network  sites  themselves  are  geographically  independent  of Tucson,  their 

operation and the resulting supply of space weather data should not be  interrupted.   Note that 

the data reduction  for  the AFWA H‐alpha  images  is already  located  in  the Cloud, and a prime 

Data Center  task  is  to  transition  the NOAA/SWPC magnetic  field processing  into  the Cloud as 

well.    For  NISP/SOLIS,  the  challenge  will  be  to  relocate  the  instrument  suite  with  as  little 

downtime as possible.   We are developing plans  for  temporarily relocating SOLIS  to Tucson  to 

expedite upgrades and develop a modularized, automated observing system.   A major decision 

will be made as to the permanent location for NISP/SOLIS at either Big Bear, Tenerife, Haleakalā, 

or Mauna Loa.  The time frame for permanent relocation is expected in 2015.  For the NISP Data 

Center, the near‐term goals are to move all mission‐critical pipelines in support of space weather 

to Cloud‐based  computing platforms,  continue  to  streamline and automate  legacy GONG and 

SOLIS reduction pipelines, develop  the NSO Data Center plan  for Boulder, and create a space‐

weather data oriented Website to cater to the growing user‐base of those products.  

Page 37: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

31 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

4.4  Evans Solar Facility 

The Evans Solar Facility provides a 40‐cm coronagraph as well as a 30‐cm coelostat.   The Evans 

Facility  is  the most  thoroughly  instrumented  coronograph  in  the world.    The Air  Force  group 

(AFRL)  at  Sacramento  Peak  provides  support  for  and  is  the  primary  user  of  the  ESF  40‐cm 

coronagraph.   SOLIS and  ISOON have  replaced  the  spectroheliogram capability of  the ESF with 

full‐disk  imaging.   The AFRL also provides  funding  for a part‐time observer and a postdoctoral 

fellow to support operations and data processing, as well as funds for minimal maintenance.  The 

High Altitude Observatory  has  installed  an  instrument  for  the  ESF  for measuring  prominence 

magnetic fields.   

4.5  Access to NSO Data 

4.5.1  Digital Library 

In addition to its dedicated telescopes, the NSO operates a Digital Library that provides synoptic 

datasets  (daily  solar  images  from  SOLIS, GONG  data,  and  a  portion  of  the  Sacramento  Peak 

spectroheliograms) over  the  Internet  to  the  research community.   Current NSO Digital Library 

archives include the Kitt Peak Vacuum Telescope (KPVT) magnetograms and spectroheliograms; 

the  Fourier  Transform  Spectrometer  transformed  spectra,  the  Sacramento  Peak  Evans  Solar 

Facility  spectroheliograms  and  coronal  scans,  and  solar  activity  indices.    In  addition,  NISP 

archives  comprise  GONG  and  SOLIS  instrument  datasets.    GONG  data  include  full‐disk 

magnetograms, Doppler  velocity  and  intensity  observations,  local  and  global  helioseismology 

products, and near‐real‐time H‐alpha, far‐side, and magnetic‐field products.  

 

The  near‐real‐time  products  are  automatically  disseminated  to  various  agencies,  including 

AFWA, AFRL,  and NOAA/SWPC  for  space weather prediction  applications.   The  SOLIS data 

archive  includes  the VSM,  ISS  and FDP.    In  2012,  about  14 TB of  combined NISP  and Digital 

Library data were exported to over 1,200 users.  Additional data sets from ISOON, the DLSP, and 

the remainder of the NSO/SP spectroheliograms (being digitized at NJIT) will be included in the 

future.   We will also be hosting some non‐NSO data sets such as the Mt. Wilson Ca K synoptic 

maps and the AFRL Air Force Data Assimilative Photospheric flux Transport (ADAPT) magnetic 

field  forecasts.  The  Digital  Libray  will  also  host  the  data  sets  form  the  DTS  Service Mode 

observing runs. 

 

Since  the  inception of  the Digital Library  in May 1998, more  than 54 million  science data  files 

have been distributed  to about 149,000 unique  computers.   These  figures  exclude any NSO or 

NOAO staff members.  The holdings of the NSO Digital Library are currently stored on a set of 

disk arrays and are searchable via a Web‐based  interface  to a  relational database.   The current 

storage  system  currently  has  125  TB  of  on‐line  storage.    The Digital  Library  is  an  important 

component of the Virtual Solar Observatory (VSO).  

4.5.2 Virtual Solar Observatory 

In  order  to  further  leverage  the  substantial  national  investment  in  solar  physics,  NSO  is 

participating  in  the  development  of  the  Virtual  Solar  Observatory.  The  VSO  comprises  a 

Page 38: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

32 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

collaborative distributed solar‐data archive and analysis system with access through the WWW.  

The system has been accessed approximately a million  times since Version 1.0 was  released  in 

December 2004.  The current version provides access to more than 80 major solar instruments and 

200 data sets along with a shopping cart mechanism  for users  to store and retrieve  their search 

results.   The  interface has now expanded and  in addition  to  the graphical user  interface  (GUI), 

there  is  an  interactive  data  language  (IDL)  and  a Web  service  description  language  (WSDL) 

interface (e.g., Python programmers).   These two new  interfaces currently make the bulk of the 

volume in the VSO. 

 

The overarching scientific goal of  the VSO  is  to  facilitate correlative solar physics studies using 

disparate and distributed data sets.  Necessary related objectives are to improve the state of data 

archiving in the solar physics community; to develop systems, both technical and managerial; to 

adaptively include existing data sets, thereby providing a simple and easy path for the addition 

of new sets; and eventually to provide analysis tools to facilitate data mining and content‐based 

data searches.  None of this is possible without community support and participation.  Thus, the 

solar physics  community  is  actively  involved  in  the planning  and management  of  the Virtual 

Solar Observatory.   None of the VSO funding comes from NSO; it is fully supported by NASA.  

For  further  information, see http://vso.nso.edu/.   Recently,  the major effort  in  the VSO has been 

the construction of remote mirror nodes for the data set produced by NASA’s SDO mission.  This 

effort is now complete, with one of these nodes is now located at NSO.  SDO downloads via the 

VSO are currently close to a 1TB/day, where the NSO provider is an important download node. 

 

With  the  completion  of  the  SDO mirror  nodes, VSO  is  resuming  the  development  of  spatial 

searches.  Currently, almost all of the data accessible through the VSO is in the form of full‐disk 

solar images. A spatial search capability will allow the user to locate data in a specific area on the 

Sun delineated by heliographic coordinates.  The returned data could be either observations of a 

restricted  area  on  the  Sun,  or  full‐disk data  covering  the  required Carrington  longitudes. The 

spatial  search  capability  requires  information on  the  location of  the observational  instruments, 

since current NASA missions such as STEREO are not located near the Earth.  In addition to the 

spatial  search  capability,  the VSO will  soon provide access  to another 6‐12 data  sets  that have 

requested to be included. 

 

In  the  time  frame  covered  by NSO’s  2012‐2016  Long Range  Plan, NSO will  continue  to  be  a 

central component of the VSO. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

Page 39: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

33 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Table 4. Telescope and Instrument Combinations FY 2014                    Key: DST = Dunn Solar Telescope ESF = Evans Solar Facility GONG = Global Oscillation Network Group HT = Hilltop Telescope KPST = Kitt Peak SOLIS Tower McMP = McMath-Pierce Solar Telescope McMPE = McMath-Pierce East Auxiliary Telescope Instrument Telescope Comments/Description

NSO/Sacramento Peak – OPTICAL IMAGING & SPECTROSCOPY

High-Order Adaptive Optics DST 60 - 70-mode correction (two systems, Port 2 and Port 4)

Interferometric Bidimensional Spectrometer (IBIS) DST Spectroscopy/Polarimetry, 25-45 mÅ resolution, 550 nm-860 nm Diffraction-Limited Spectro-Polarimeter (DLSP) DST 6302 Å polarimetry, 0.09 arcsec and 0.25 arcsec/pixel

Universal Birefringent Filter (UBF) DST Tunable narrow-band filter, R < 40,000, 4200 - 7000 Å

Horizontal Spectrograph (HSG) DST R < 500,000, 300 nm - 1.0 m

Universal Spectrograph ESF Broad-spectrum, low-order spectrograph, flare studies

Littrow Spectrograph ESF R < 1,000,000, 300 nm - 2.5 m

Spectro-Polarimeter for Infrared & Optical Regions (SPINOR) DST HSG based Spectro-Polarimeter, 450-1700 nm

Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere (ROSA) DST Imaging system, 350-660 nm

40-cm Coronagraph ESF 300 nm – 2.5 m

Prominence Magnetometer ESF Spectro-Polarimetry, 587.6, 656.3, 1083.0 nm

Coronal Photometer ESF Coronal lines: 5303 Å, 5694 Å, 6374 Å 6374 Å

NSO/Sacramento Peak –O/IR IMAGING & SPECTROSCOPY

Horizontal Spectrograph (HSG) DST High-resolution 1- 2.5 m spectroscopy/polarimetry, R < 300,000 Facility Infrared Spectropolarimeter (FIRS) DST Spectro-Polarimetry; 630.2, 1083.0, 1564.8 nm

Littrow Spectrograph ESF Corona and disk, 1 - 2.5 m spectroscopy/polarimetry

NSO/Kitt Peak – O/IR IMAGING & SPECTROSCOPY

SOLIS Vector Spectromagnetograph (VSM)

KPST

1083 nm: Stokes I, 2000 1.1 arcsec, 0.35-sec cadence 630.2 nm: I, Q, U, V, 2000 1.1 arcsec, 0.7-sec cadence 630.2 nm: I & V, 2000 1.1 arcsec, 0.35-sec cadence 854.2 nm: I & V, 2000 1.1 arcsec, 1.2-sec cadence

SOLIS Integrated Sunlight Spectrometer (ISS) KPST 380 – 1083 nm, R= 30,000 or 300,000

SOLIS Full-Disk Patrol (FDP) KPST High temporal cadence filterograms at 656.28 and 1083 nm

Vertical Spectrograph McMP 0.29 - 12 m, R < 106

NSO Array Camera (NAC) McMP 1 - 5 m, 1024 1024, direct imaging, and full Stokes polarimetry from 1- 2.2 m

CCD Cameras McMP 380 - 1083 nm, up to 2048 2048 pixels, high-speed IR Adaptive Optics McMP 2 – 12 m

Planetary Adaptive Optics McMP 0.4 - 0.7 m, planetary or stellar sources down to ~3rd magnitude at the stellar spectrograph

Stellar Spectrograph McMP 380 – 1083 nm, R < 105

Image Stabilizer McMP Solar, planetary or stellar use to 7th magnitude for use with the vertical or stellar spectrograph Integral Field Unit (IFU) McMP 6.25" 8" field, 0.25" per slice, producing a 200" long-slit. Optimized for 0.9 -5.0 µm on the vertical spectrograph

Wide-Field Imager McMPE Astrometry/Photometry, 6 arcmin field

NSO/GONG – GLOBAL, SIX-SITE, HELIOSEISMOLOGY NETWORKHelioseismometer & Magnetograph

H Intensity Images

California, Hawai῾i, Aus-tralia, India, Spain, Chile

2.8-cm aperture; imaging Fourier tachometer of 676.8 nm Ni I line; 2.5 arcsec pixels; 1-min. cadence.

Full Disk, 1 arcsec pixels; 20-sec. cadence

Page 40: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

34 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

5   INITIATIVES:  THE ATST AND THE NEW SYNOPTIC NETWORK 

The introduction of novel, post‐focus instrumentation and adaptive optics has greatly enhanced 

the  capabilities of  the  solar  telescopes of NSO,  thereby  enabling whole new  areas of  scientific 

inquiry, especially  in high‐resolution and  infrared observations of  the Sun.   These new  results, 

combined with  improved modeling, have shown  that advances  in spatial,  temporal, and spectral 

resolution are required to accurately measure fine‐scale, rapidly changing solar phenomena and 

to test the advances in our theoretical understanding.   Increasing the number of photons collected 

over  the  short  evolutionary  times of  solar  features  is needed  for making accurate polarimetric 

observations.  Meeting these challenges requires a new, large‐aperture solar telescope.  

5.1  Advanced Technology Solar Telescope (ATST) 

The 4m Advanced Technology Solar Telescope will be the most powerful solar telescope and the 

world’s  leading  ground‐based  resource  for  studying  solar magnetism  that  controls  the  solar 

wind, flares, coronal mass ejections, and variability in the Sun’s output.  The strong scientific case 

for the ATST was made in two previous decadal surveys (Astronomy and Astrophysics in the New 

Millennium  (2001)  and  The  Sun  to  the  Earth—and  Beyond  (2003)).    The  recent NSF  sponsored 

Community Workshop on  the Future of Ground‐based Solar Physics  (2011)  reemphasized  the “game 

changing”  science ATST will  enable.    The  detailed  science  drivers  for ATST  are  discussed  in 

numerous  publications    including  the  science  requirements  document  (http://atst.nso.edu/library).  The  science drivers  lead  to  a  versatile ATST design  that  supports diffraction‐limited  imaging, 

spectroscopy and, in particular, magnetometry at visible and near‐ and far‐infrared wavelengths, 

and infrared coronal observations near the limb of the Sun.  

 

A primary scientific objective of the ATST is to precisely measure the three‐dimensional structure 

of the magnetic field that drives the variability and activity of the solar atmosphere. The energy 

released  in solar  flares and coronal mass ejections was previously stored  in  the magnetic  field.  

The magnetic  field  is structured on very small spatial scales and understanding  the underlying 

physics  requires  resolving  the magnetic  features  at  their  fundamental  scales  of  a  few  tens  of 

kilometers  in  the  solar  atmosphere.   The  large  4‐m  aperture  of  the ATST, which  represents  a 

transformational  improvement over existing solar  telescopes, opens up a new parameter space 

and is an absolutely essential feature to resolve structures at 0.”025 (20 km on the Sun) at visible 

wavelengths.  

New  technologies developed  at  existing NSO  facilities,  such  as  the high‐order  adaptive optics 

(HOAO) system, are incorporated into the ATST design to deliver a corrected beam to the initial 

set  of  state‐of‐the‐art,  facility‐class  instrumentation  located  in  the  coudé  lab  facility. At  near‐

infrared wavelengths, the HOAO will enable space quality observations of high Strehl for a vast 

majority of the available clear time.   Magnetically sensitive spectral  lines  in the  infrared will be 

used to reveal and study in detail the elusive  internetwork magnetic fields that cover the entire 

solar disk.  The impact and significance of these fields are not yet understood.  These fields may 

contain  more  than  80‐90%  of  the  solar  magnetic  energy  that  would  interact  with  the  solar 

dynamo and heating of  the upper  solar atmosphere and  irradiance variations.   The ATST will 

provide  high‐precision  polarimetric  measurements  of  these  fields,  sometimes  referred  to  as 

Page 41: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

35 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

hidden or dark magnetic energy, by using combined visible and infrared diagnostics enabled by 

the powerful and sophisticated ATST first‐generation instrumentation. The 4‐m aperture will for 

the  first  time  provide  sufficient  spatial  resolution  at  near‐infrared wavelengths  (60  km  at  1.6 

micron), where spectral lines are found that can provide the critical sensitive diagnostics needed 

to precisely measure the properties of the weak internetwork fields.   The science requirement for 

polarimetric sensitivity (10‐5 relative to intensity) and accuracy (5 x 10‐4 relative to intensity) place 

strong  constraints  on  the  polarization  analysis  and  calibration  units,  making  ATST  a  high‐

precision magnetometer. 

 

A  large photon  collecting area  is an  equally  strong driver  toward  large aperture as  is angular 

resolution.  Observations of the chromosphere and, even more so, the faint corona are inherently 

photon  starved.    The  solar  atmosphere  is  structured  on  small  spatial  scales  and  is  highly 

dynamic. Small structures evolve quickly,  limiting  to  just a  few seconds  the  time during which 

the  large  number  of  photons  required  to  achieve  measurements  of  high  sensitivity  can  be 

collected. Measurements  of  the weak  coronal magnetic  fields  are  essential  to  understand  the 

physics  of,  for  example,  coronal  mass  ejections,  and  aid  space  weather  prediction  efforts.  

Measurements of the coronal magnetic field are desperately needed to make progress but are also 

extremely difficult.  The coronal intensity is only 10‐5 to 10‐6 of the disk intensity.  The polarimetric 

signal ATST  aims  to  detect  is  only  10‐3  to  10‐5  that  of  the  coronal  intensity.    This means  that 

contrast  ratios are of  the order of 10‐8  to 10‐11 and,  thus, are not  too different  from what planet 

detection efforts are  facing.   The  large collecting area and  low  scattered  light properties of  the 

ATST are essential to achieve the chromospheric and coronal science requirements.  The magnetic 

sensitivity of the infrared lines used to measure coronal fields and the dark sky conditions in the 

infrared  are  important  motivations  to  utilize  the  ATST  for  exploring  the  infrared  coronal 

spectrum.   The off‐axis design was motivated by the coronal science requirements as well as by 

technical considerations. 

 

A main driver for a large‐aperture solar telescope is the need to detect and spatially resolve the 

fundamental  astrophysical processes  at  their  intrinsic  scales  throughout  the  solar  atmosphere. 

Modern numerical  simulations have  suggested  that  crucial physical processes occur on  spatial 

scales  of  tens  of  kilometers.    Observed  spectral  and,  in  particular,  Stokes  profiles  of  small 

magnetic structures are severely distorted by  telescope diffraction, making  the  interpretation of 

low‐resolution vector magnetograms of  small‐scale magnetic  structures difficult  to  impossible.  

Resolving these scales is of utmost importance to be able to develop and test physical models and 

thus understand how the physics of the small‐scale magnetic fields drives the fundamental global 

phenomena.   An  example  is  the  question  of what  causes  the  variations  of  the  solar  radiative 

output, which impacts the terrestrial climate.  The Sunʹs luminosity increases with solar activity.  

Since  the  smallest  magnetic  elements  contribute  most  to  this  flux  excess,  it  is  of  particular 

importance  to  study  and  understand  the  physical  properties  of  these  dynamic  structures.  

Unfortunately, even  the most advanced and newest current solar  telescopes, such as  the 1.6‐m 

New Solar Telescope  (NST) or  the 1.5‐m GREGOR, cannot  resolve such scales because of  their 

limited aperture size (Figure 5.1‐1).  

 

The  European  Association  for  Solar  Telescopes  (EAST)  has  recently  and  independently 

developed  science  requirements  for  the  European  Solar  Telescope  (EST)  to  be  located  on  the 

Page 42: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

36 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Figure  5.1‐1.    Complex  line  profiles  from  a  quiet  Sun  MHD  simulation.  The  panel  shows  a 

simulation  of  convection  (far  left)  and  the  resulting Stokes V profiles  along  the  line  shown  on  the 

simulation  (column  labeled Sim). The  other  columns  show  the  effect  of  observing  the profiles with 

various apertures (the 4m ATST, the 1m Swedish Solar Tower, and the 0.5m Hinode Solar Optical 

Telescope. 

Canary  Islands.    It  is  interesting  to note  that  the EST  requirement  for aperture size  is also 4m, 

indicating that this is an aperture size that optimally enables addressing the science drivers.   

Science  operations,  including  data  handling  and  dissemination,  will  be much more  efficient 

compared to the operations of current NSO or similar facilities.  ATST operational concepts have 

been developed and will be refined during the construction phase.  These concepts build on the 

lessons  learned  from  recent  spacecraft  operations  such  as  TRACE, Hinode  and  SDO.  Efficient 

operational modes  such  as  Service Observations will make more  efficient use  of  the  available 

observing  time.   The NSO Data Center at NSO Headquarters  in Boulder will provide  science‐

ready ATST  data  products  to  the  solar  physics  community. An  open  data  policy  allows  for 

maximum science productivity.  

5.1.1  ATST Science Working Group and Science Requirements 

The Co‐Investigator institutions of the ATST project are the University of Hawaiʻi (Dr. J. Kuhn), the University of Chicago (Dr. R. Rosner), New Jersey Institute of Technology (Dr. P. Goode) and 

the High Altitude Observatory  (Dr. M. Knoelker). Monthly Co‐I meetings  ensure  that  the Co‐

Investigators are kept apprised of project progress and that scientific and programmatic concerns 

of  the  university  and  broader  user  community  are  considered.  Several  of  the Co‐Investigator 

institutions are actively  involved  in  teaching a graduate education  in  solar physics course  that 

was initiated by the University of Colorado (Dr. M. Rast). The Kiepenheuer Institute in Freiburg, 

Germany  is  contributing  one  of  the  first‐light  instruments,  the  Visible  Tunable  Filter  (VTF). 

Additional  collaborations  are  being  pursued with  the UK  (science detector development)  and 

Spain (polarimetric analysis). 

Page 43: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

37 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 The ATST Science Working Group (SWG) provides scientific oversight and advice concerning all 

aspects of  the project,  including operations planning. The SWG works  closely with  the Project 

Scientist in establishing and tracking science requirements for the telescope and its instruments.  

The SWG actively participated  in developing the ATST Science Requirements Document (SRD), 

the  formal  specification  document  from which  all  designs  flow.    The  SWG  has  guided  and 

reviews the Operations Concept Document (OCD), which lays out efficient operational modes for 

the  facility.    The  SWG  is  leading  the  definition  of  the Critical  Science  Plan  (CSP).    The CSP 

includes high priority science observations that the community desires to accomplish during the 

first  18  months  of  operations.  These  CSP  observations  will  be  performed  in  service  mode.  

Observations  proposed  by  principal  investigators  and  facilitated  by  the  regular  proposal 

submission process will also be performed during this early operations phase.  All data produced 

will be made available to the community though the NSO Data Center at NSO Headquarters in 

Boulder.  In addition, an important goal for the early operations phase is to optimize instrument 

and overall system performance and to refine and optimize service‐mode operational procedures. 

The  split  between  service‐mode  and  PI‐mode  operations will  also  be  established  during  this 

phase based on input and feedback from the community and considering budgetary constraints. 

 

The  SWG  has  broad  participation  from  the  US  and  international  community  and  includes 

members  from  the  fields of stellar and planetary physics, heliospheric physics, geophysics,  the 

space weather community, space sciences and other interdisciplinary fields.  The group includes 

members  from  the  university  community,  national  labs, NASA,  Air  Force,  and  international 

partners, and demonstrates the strong collaborative spirit of the international solar community as 

well as being an indicator for the broad societal impacts of solar astronomy. 

 

The SWG meets at least once a year and issues formal findings and recommendations.  In 2013, a 

two‐day meeting was held  just after  the AAS/SPD meeting  in  July  in Bozeman, Montana. The 

meeting covered issues ranging from the instrument design review progression to operations and 

Data Center design progress. 

 

Since  the ATST project design phase  is ramping down and construction  is underway,  the SWG 

will  undergo  a  shift  in  focus  and  in  composition  for  2014.    The  SWG  focus will  shift  to  the 

definition of the critical science plan (the science programs to be undertaken  in the first year of 

commissioning  and  operations)  and  supporting  operations  and  Data  Center  design.  The 

composition of the SWG for 2014, including new members, is shown in Table 5.1‐1.  

 

To support the ramp up of operations software and Data Center designs, the SWG will form two 

sub‐working groups.  The Operations sub‐working group will be chaired by Dr. Craig DeForest 

(SWRI) and will consist of 4‐5 SWG members familiar with complex facility operations.  The Data 

Center  sub‐working  group will  be  chaired  by Dr. Neal Hurlburt  (Lockheed Martin  Solar  and 

Astrophysics Laboratory)  and will  consist of  SWG members versed  in data  center design  and 

operations.  

 

The critical science plan (CSP) of the ATST will comprise approximately 20‐30 key science topics 

that will be developed and  supported by  teams of community  scientists, one of whom will be 

Page 44: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

38 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

resident on the ATST SWG at any given time between now and first‐light operations.  The topics 

will  be  grouped  into major  themes  such  as  “magnetoconvection”,  “atmospheric  heating  and 

dynamics”, “eruptive phenomena”, and “spectral surveys”. The CSP will be a  living document 

published in the ArXiv facility so that the entire solar physics community can track its progress 

and offer to contribute in its development if they so choose.  Topcis in each theme will be defined 

by the Spring of 2014 with preliminary writing assignments completed by SWG members by the 

next annual meeting in November of 2014.  

 

 Table 5.1-1. ATST Science Working Group

Nazaret Bello-Gonzales* Kiepenheuer Institute, Germany Wenda Cao New Jersey Institute of Technology Gianna Cauzzi Arcetri Observatory, Italy Steve Cranmer* Harvard Smithsonian Astrophysical Observatory Craig DeForest Southwest Research Institute Yuanyong Deng National Astronomical Observatory, China Lyndsay Fletcher University of Glasgow, United Kingdom Neal Hurlburt Lockheed Martin, Solar & Astrophysics Laboratory Philip G. Judge High Altitude Observatory Yukio Katsukawa* National Astronomical Observatory of Japan Piet Martens* Montana State University Scott McIntosh High Altitude Observatory Clare Parnell University of St. Andrews, Scotland Jiong Qiu Montana State University Mark Rast (Ch.) University of Colorado Luis Bellot Rubio Instituto de Astrofisica de Andalucia, Spain Eamon Scullion* Queen's University, Belfast Hector Socas-Navarro Instituto de Astrofisica, Spain Stein Vidar Haugen* University of Oslo, Norway

           *New member (2014)   

5.1.2  ATST Project Engineering and Design Progress 

The ATST  is  an  all‐reflecting,  4‐m, off‐axis Gregorian  telescope housed  in  a  co‐rotating dome.  

The ATST delivers a maximum 300‐arcsec‐diameter circular field of view.  Energy outside of this 

field  is  rejected  from  the  system  by  a  heat  stop  located  at  prime  focus,  allowing manageable 

thermal loading on the optical elements that follow.  The telescope also includes a sophisticated 

wavefront control system,  including active optics  (aO)  for  figure control of  the primary, active 

alignment  of  the  critical  optical  elements,  such  as  primary  and  secondary  mirrors,  and  an 

integrated high‐order adaptive optics system designed  to provide diffraction‐limited  images  to 

the focal‐plane instruments at the coudé observing stations.   The basic telescope parameters and design for the ATST and its subsystems have been described 

in detail  in a number of recent publications to which we refer the reader for design details and 

perfor‐mance analysis (see http://atst.nso.edu/library/pubs). Additional information can be found 

on  the  ATST  Web  site,  http://atst.nso.edu.    The  most  important  capabilities  of  the  ATST  are 

summarized in Table 5.1‐2.   

 

Page 45: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

39 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

Table 5.1-2. ATST Capabilities Telescope Property Specification or Reason for Property

Aperture 4 meters Diffraction-Limited Resolution λ = 430 nm 0.022 arcsec λ = 1 µ 0.05 arcsec λ = 4 µ 0.2 arcsec λ = 12 µ 0.60 arcsec Gregorian Off-Axis Unobstructed Aperture No Spider Diffraction Clean Point-Spread Function High Strehl Alt-Az Mount High-Order Conventional Adaptive Optics MCAO-Ready Optical Design Internal Seeing Control Thermal Control of Optics and Structure Dust Control for Low Scattered Light Coronal Observations Polarimetric Sensitivity >10-5 Polarimetric Accuracy 5 x 10-4 Wavelength Coverage 300 nm to 28 micron Facility-Class, First-Light Instruments

   

5.1.2.1 Construction Phase Status and Milestones 

The project followed the Project Execution Plan established and reviewed at the NSF‐conducted 

Final Design Review.   Commencement of site construction on Haleakalā, however, was  tied  to 

the “all permits in place” milestone.  After the Record of Decision (ROD) was signed by the NSF 

Director, the project submitted an application for a Conservation District Use Permit (CDUP), as 

required by Hawaiian statute.  The Hawaiʻi Board of Land and Natural Resources (BLNR) voted 

and  approved  the CDUP  on December  2,  2010. A  contested  case was  immediately  filed.   The 

contested  challenge was  re‐solved  in November  2012,  followed by  a  judgment  in  the project’s 

favor  with  regard  to  the  existing  legal  challenges.    Full  access  to  the  site  was  granted  on 

November  29,  2012  and  a  ceremonial  groundbreaking  occurred  on  November  30,  2012.  

Construction began on December 1, 2012.  

 

Construction contracts  for  the major sub‐systems of  the  telescope and  instrumentation systems 

(e.g., M1 blank and polishing, enclosure, telescope mount assembly (TMA), M1 assembly, instru‐

ments, support facilities final design), have been issued and are proceeding according  to a revised 

baseline schedule (see Section 5.1.3). Major subsystems milestones are shown in Table 5.1‐3. 

5.1.2.2  Current Design Activities 

The current ATST design  is  shown  in Figure 5.1‐2.   The design  includes  the coudé  instrument 

area  and  feed  arrangement.  Preliminary  instrument  design  efforts  and  other  activities  have 

continued with the Co‐PI teams and partners.  The following efforts are underway: 

High Altitude Observatory (Visible Spectro‐Polarimeter). 

University of Hawaiʻi  (Diffraction‐Limited  Near‐IR  Spectro‐Polari‐meter Design; Cryo IR 

Spectro‐Polarimeter. 

NSO/ATST (Red‐ and Blue‐Visible Broadband Imager). 

Kiepenheuer Institut für Sonnen‐physik (Visible Tunable Filter). 

Page 46: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

40 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

Table 5.1-3. ATST Major Systems Milestones

Support Facilities 2014-Jun 2014-Jun 2016-May 2016-Jun 2017-May

Support & operations (S&O) building foundations complete. Lower telescope pier complete. Support & operations building Beneficial Occupancy Date. Coating and cleaning facilities available on site. System interconnects for S&O/mount installed; IT infrastructure complete.

Optical Systems 2015-Sep 2015-Dec 2015-Apr 2015-Jun 2015-Jun 2015-Nov 2016-May

Primary mirror (M1) polishing complete. Delivery of M1 to site. M1 cell assembly acceptance testing complete. Delivery of M1 cell assembly to site. Top end optical assembly (TEOA) acceptance testing complete. Delivery of TEOA to site. Delivery of feed/transfer optics to site. Telescope Mount Assembly

(TMA) 2014-Oct 2015-Apr 2016-Apr 2017-Feb 2017-Aug

TMA fabrication complete. TMA available for site assembly. Coudé structure installation complete. TMA coudé acceptance testing complete. TMA mount installation complete.

Enclosure 2014-Sep 2014-Oct 2016-May

Enclosure ready for site assembly and testing. Enclosure AZ track installation, assembly and testing complete. Enclosure site fabrication, assembly and testing complete. Facility Thermal Systems

(FTS) 2015-May 2016-Apr 2017-Apr 2017-May 2017-Aug

Facility plant equipment inspection & acceptance on site. Facility control system site assembly begins. Facility management systems fabrication, site assembly & testing complete. Facility control system site assembly and testing complete. F ilit th l b t f b i ti bl d t ti l t Wavefront Correction (WFC) 2014-Apr

2015-Sep 2016-Nov 2017-Jun 2017-Dec 2018-Oct

High-order AO real-time hardware delivered. Deformable mirror (DM) acceptance testing complete. Context viewer control assembly, integration & testing complete. Low-order wavefront system assembly, integration and testing complete. WFC lab installation begins. WFC coudé installation complete.

Software 2014-Jul 2016-Feb 2016-Mar 2016-Jun 2016-Jul 2017-Nov

Data Storage System testing complete. Observatory Control System site acceptance testing complete. Data Handling System & data processing pipeline testing. Instrument Control System software delivered. Camera Software delivered. Global Interlock System installation and testing complete.  

  5.1.2.3  Schedule and Milestone Summary 

For  the  schedule  development,  the  engineer  responsible  for  each Work  Breakdown  Structure 

(WBS)  element  has  developed  detailed  plans,  including  schedules  and  budgets,  for  the 

construction  phase.    The  project manager  and  the  systems  engineering  team  have  integrated 

these details into the overall project schedule (the Integrated Project Schedule).  

 

The top‐level ATST construction schedule is shown in Figures 5.1‐3 and 5.1‐4.  Current planning 

targets calendar year 2019 for obtaining the first scientific data with an ATST instrument.  At the 

end  of  the  commissioning  phase  each  instrument will  be  tested  for  its  compliance with  key 

Page 47: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

41 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

science  performance  specifications  (e.g.  spatial,  spectral  resolution,  polarimetric  sensitivity). 

Training of operations staff will occur during the extended Integration, Test and Commissioning 

(IT&C)  phase.   A  short  science  verification  period  performed  by  the  instrument  partner  and 

operations  teams will demonstrate  the  scientific  validity  of delivered data products. With  the 

conclusion of instrument science verification the facility will be handed over to operations.   

 

The NSO is engaging in the planning of science operations, including telescope operations on Maui 

and  science  operations  and  data‐center management  at NSO  headquarters  at CU  in  Boulder.  

NSO  is already applying significant resources  to  the effort and will begin  the ramp up  to  final 

operations staffing in 2015.  Table 5.1‐3 shows the staffing plan for ATST operations ramp up.  

  

5.1.3  Funding 

In FY09, funding from the American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (ARRA) was made 

available to the project at the level of $146M.   Funding from the MREFC was made available to 

the project at the level of $151,928,000.  Figure 3.5‐1 shows the funding currently planned by NSF.  

The  first  MREFC  increment  of  $7M  was  awarded  on  February  12,  2010  (FY)(funds)  with 

subsequent award amounts of $13M on  June 15, 2010, $5M  in August 2011, $10M  in 2012, and 

$25M  in 2013.   These values have been significantly  lower  than  the anticipated  funding profile 

(set at FDR), 

  

Figure 5.1‐2.  Current ATST facility.

 

Page 48: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

42 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

  

Figure 5.1‐3.  Top‐level construction schedule.   

 

Figure 5.1‐4.  Summary schedule illustrating key critical path construction and major (off‐site development) milestones. 

 

Page 49: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

43 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Figure 5.1‐5.  ATST funding by fiscal year. 

 principally due  to  the site access delays;  the changes have created contracting challenges  to the 

project with some schedule impact.  Most significantly, the overall multi‐year delay in site access 

has had a profound impact on both the project schedule and the project budget.  During 2012, the 

project  performed  an  internal  re‐baseline  of  the  project  execution  plan,  considering  the 

unanticipated  delays  and  unanticipated  costs  incurred  by  the  project  (in  the  permitting  and 

associated legal process).  At the lowest granularity of the project work packages, every item was 

re‐evaluated  for  cost  (updating  all  basis‐of‐estimates  on  labor/material  resources  needed  to 

complete that area), schedule (updating the completion based on the modified integrated project 

schedule, adjusting  for  the site access delays),   and    risk    (updating a  factored  risk assessment 

based on the cost,  schedule and technical performance risk remaining).  In October 2012, the NSF 

convened  an  external  panel‐of‐experts  to  review  the  project’s  revised  baseline.  This  process 

concluded  in March  2013, with  the  panel  endorsing  the  project’s  baseline  development.  The 

baseline proposal was subsequently further reviewed and audited internally within the NSF and 

then submitted to the National Science Board.  The NSB authorized the NSF Director to approve 

the revised baseline, including both the updated milestone schedule as well as a revised funding 

profile  and  total  cost  of  $344.1M.  Figure  5.1‐5  summarizes  the  re‐baseline  funding  and  spend 

profiles by fiscal year.   

 

5.2  A Multi‐Purpose Global Network 

Synoptic data is vital both for the success of the ATST and for society in general.   Both the aging 

of GONG and the single‐site nature of SOLIS has led the solar physics research community to call 

for a new  improved  synoptic network.   While NSO has previously proposed  for a network of 

three VSM  instruments  similar  to  the  one  currently  on  SOLIS,  it  is now  thought  that  a better 

solution would comprise a new multi‐purpose network. Such a network would open new realms 

Page 50: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

44 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

of  scientific  research,  and  provide  input  data  that  are  vital  for  space  weather  operational 

forecasts.   Since the NSF/AST Division Portfolio Review recommends a substantial reduction  in 

NISP support,  the  funds  for developing and operating a new network will need  to have major 

support  from  the  space weather  community,  including  agencies  such  as  AFWA, NASA  and 

NOAA. 

 

There are a number of new scientific research directions in solar physics that motivate the desire 

for  a new ground‐based network. For  example,  there  is  a growing need  for multi‐wavelength 

measurements  to provide observations of wave propagation and  the vector magnetic  field as a 

function  of  height  in  the  solar  atmosphere.  For  helioseismology, we  now  know  that  inclined 

magnetic  fields  in  the solar atmosphere convert  the acoustic waves  into various  types of MHD 

modes and change the apparent phase of the waves, which produces incorrect inferences of the 

sub‐surface  structure below active  regions.   For magnetic  field measurements,  it  is essential  to 

know  the direction  and  strength  of  the  field  above  the photosphere  for  accurate  coronal  field 

extrapolations,  and  to  reliably  remove  the  azimuthal  ambiguity.  Our  understanding  of  the 

generation, transport, and evolution of the solar magnetic fields would make significant progress 

with  the  availability  of  continuous  long‐term  multi‐wavelength  observations.  Simultaneous 

helioseismic and magnetic observations will also bring a better understanding of propagation of 

acoustic waves  in  the  presence  of magnetic  fields,  thus  bringing  us  closer  to  forecasting  the 

subphotospheric  properties  of magnetic  fields.  In  addition,  irradiance measurements  such  as 

those provided  by  the Precision  Solar Photometric Telescope  (PSPT), which  are  important  for 

climate  research,  would  be  improved  with  additional  spectral  bands  and  more  continuous 

coverage. 

 

It  is  important  to  note  that  existing  and  future  space  missions  often  propose  to  combine 

helioseismic observations made from different vantage points to better map layers inside the Sun 

such  as  the  tachocline.   While  we  have  long  benefited  from  continuous  Earth  line‐of‐sight 

helioseismic  observations  from  space  that  could  be  combined with  observations made  from  a 

different  perspective,  the  best way  to  secure  in  the  long  run  such  observations  is  through  a 

ground‐based network  similar  to GONG. The ESA/NASA  Solar Orbiter mission  (launch  2017) 

will provide helioseismic observations made from a variety of perspectives including from out of 

the ecliptic. These observations will be made at particular mission orbits  that are of  interest  for 

the study of  the meridional  flows near  the poles and will occur well  into  the  last phases of  the 

mission (late next decade).  Combining such data with observations made from the Earth line‐of‐

sight will bring new insights about fundamental ingredients of the dynamo problem.  Similarly, 

the combination of magnetic  field observations  from different perspectives allow disentangling 

complex projection  effects  that  occur when  observing  crucial  locations  of  the  Sun  such  as  the 

solar poles. SOLIS‐like synoptic vector observations and Solar Orbiter similar measurements can 

be combined to clarify the distribution and strength of the magnetic fields at the solar poles.  We 

thus remain convinced that these opportunities will surely enhance the value of a ground‐based 

synoptic network such as the one proposed here by NSO. 

 

In  addition  to  the  research  role  of  a  network,  space weather  operational  forecasts  rest  on  the 

foundation  of  synoptic  solar  observations.   Agencies  such  as AFWA  and NOAA/SWPC  need 

reliable and continuous sources of solar data, and are already using NISP facilities as a source of 

Page 51: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

45 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

surface magnetic fields, H‐alpha intensity, and helioseismic far‐side maps.   A new network that 

provides multi‐wavelength observations would increase the quality of  information available for 

space weather and is an efficient and cost‐effective solution to a multi‐agency requirement. 

 

There  is  considerable  international  community  interest  in  establishing  a  new  network,  as 

demonstrated by a workshop that was held in Boulder in April 2013 to discuss and gather input 

on  science  requirements,  capabilities  and  instrumentation.   About  60  scientists  and  engineers 

either  attended  the meeting  or  expressed  interest,  representing  space weather  agencies,  solar 

physics research institutes, observatories, government agencies, and international organizations.  

Most  of  the  presentations,  along  with  the  participant  list,  can  be  found  at 

https://www2.hao.ucar.edu/docs/2013‐synoptic‐network.  An article reporting on the workshop has 

been published  in Space Weather  (Hill, Thompson, and Roth SpWea 11, 2013).   The International 

Astronomical Union (IAU) has recognized the importance of synoptic observations of the Sun by 

creating a special Working Group that is chaired by a scientist from NSO (A. Pevtsov).  

The instrumentation in a new network should not be a single device to provide all observations, 

but should comprise  individual specialized  instruments on a common pointing platform.   This 

approach has several advantages:   

Fewer compromises for scientific requirements within a single instrument; 

More flexibility in funding and schedules; 

Ability  to  have  different  instrument  suites  at  different  sites  to  exploit  specific 

observing conditions (e.g., coronal, radio observations); 

Relaxation of stringent scientific requirements for space weather forecast data; 

Lower initial costs – need pointing platform, infrastructure and one instrument. 

 

The NSO, with HAO and the Kiepenheuer Institut für Sonnenphysik in Germany, is developing a 

white paper on the idea, and KIS has obtained funding through the SOLARNET program to carry 

out an evaluation of  instrumental concepts.   A possible configuration  is shown  in Figure 5.2‐1.  

NSO, along with partner institutions, will develop a full proposal for a new network in the next 

year or  two.   It will  likely be proposed  that  the NSF  lead  the development  through  its recently 

announced Mid‐Scale Instrumentation Program (MSIP).  Additional agency partners are likely to 

be AFWA, NOAA/SWPC,  and NASA.    In  addition,  the Atmospheric  and Geospace  Sciences 

(AGS) Division of the Geosciences Directorate in the NSF supports space weather research, which 

necessarily uses solar synoptic data as inputs for models. 

 

NSO  is  participating  in  the  European  SPRING  (Solar  Physics  Research  Integrated  Network 

Group) effort, which is currently seeking to fill a position at KIS to evaluate instrument concepts 

for the network. An approximate timeline of the network effort is:  

2013:   Work with KIS and HAO to develop concept. 

2013 – 2014:  Advocacy for agency, international, and research partnerships. 

2014:     Submit baseline infrastructure and initial instrument proposal for the 

NSF MSIP opportunity. 

Page 52: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

46 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

2015 – 2018:   Assuming success, begin development of infrastructure and first‐light 

    instrument hardware. 

2015 – 2018:   Continuing advocacy with AFWA, NOAA, NASA, NSF/AGS, etc. 

2019:     Initial deployment. 

2020 – 2024:   Operations, and additional instrumentation development. 

 

 

  

Figure 5.2‐1.  A possible instrumental configuration for a new synoptic solar observing network. 

   

Page 53: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

47 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

6  EDUCATION AND PUBLIC OUTREACH AND BROADENING  

    PARTICIPATION  With the decrease in NSO base funding in FY 2013 NSO had to reduce its Education and Public 

Outreach (EPO) efforts in FY 2013.  We recently lost our EPO officer because of lack of sufficient 

funds to support his position.  We, however, remain committed to undergraduate, graduate, and 

postdoctoral  training,  areas  in  which  NSO  has  been most  effective.   We  will  support  other 

outreach areas as funding and staff time permit.   NSO is also committed to increasing the diversity of the solar work force.  We focus our efforts on 

expanding  participation  by  underrepresented  groups  in  our  student  and  teacher  research 

programs as well as staff recruitment.  To this end, we participate in the Fisk‐Vanderbilt Masters‐to‐

PhD  Bridge  Program,  the  Akamai Workforce  Initiative  (AWI)  on Maui,  two  Partnerships  in 

Astronomy & Astrophysics Research and Education (PAARE) programs, and with New Mexico 

State University graduate programs.  In addition, we are working closely with the University of 

Colorado, Boulder  (CU)  in the program they recently  implemented to enhance the number and 

training of solar graduate students.  

6.1  Goals and Metrics 

The primary NSO EPO objectives and goals in priority order are: 

 To help train the next generation of scientists and engineers through support for under‐graduate  and  graduate  students,  postdoctoral  fellows,  and  close  collaboration  with 

universities and the ATST consortium. 

Continue our successful REU program.  

Each REU student provides a program assessment, gives a talk on their work and 

writes a final report (which can be viewed at http://eo.nso.edu/).  

o Metrics –  

(1) Number of excellent students persuaded toward solar research. 

(2) Number of students helped toward a science/engineering/computer career. 

(3) Increased diversity in the REU program. 

Strengthen our Summer Research Assistantships (SRA) for graduates program. 

Our  involvement  in  the Akamai Workforce  Initiative Program has  increased  the 

number of mentors by  including engineers.   The metrics are  the  same as above. 

We have made more of our  indirect  earnings and  carryover  funds  available  for 

student and postdoctoral support.  

Increase the number of thesis students and postdoctoral fellows working at NSO. 

The move of the NSO directorate site to the CU campus will strengthen this area 

by  giving  access  to  more  top  notch  graduate  students  and  by  providing  an 

attractive  locale  for  postdoctoral  fellows.   NSO  continues  to  be  involved  in  the 

training of postdocs and graduate students.   We currently have five postdoctoral 

Page 54: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

48 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

research associates:   Sanjay Gosain, Lewis Fox, Brian Harker, Fraser Watson, and 

Dirk  Schmidt.  Watson  and  Schmidt  joined  the  NSO  staff  in  FY  2013.    After 

spending  five  years  as  a  postdoc with  the NSO  adaptive  optics  program,  Jose 

Marino was promoted to Assistant Scientist in July 2013 and continues to focus on 

AO  and  MCAO,  including  ATST  wavefront  correction.    Students  who  have 

defended their PhD thesis in 2013  with NSO advisors include Thomas Schad (U. 

Arizona) with Matt  Penn,  and Michael  Kirk  (New Mexico  State  U.) with  K.S. 

Balasubramaniam  (NSO/AFRL)  and  Irene  González Hernández.      Greg  Taylor 

(New Mexico State U.) is currently working on his thesis with Thomas Rimmele on 

adaptive  optics.  Sarah  Jaeggli  received  her  PhD  in  2011  from  the University  of 

Hawaiʻi (Haosheng Lin, thesis advisor); she was an REU student with Matt Penn 

in 2003, worked as a visiting grad student at NSO/SP with Han Uitenbroek for part 

of her dissertation research which included commissioning of the Facility Infrared 

Spectro‐polarimeter (FIRS) on the DST.  She is now a postdoc at Montana State U. 

and  continues  to  collaborate  on NSO  instrumentation  projects.    Teresa Monsue 

(Fisk‐Vanderbilt Masters‐to‐PhD Bridge Program)  completed her master’s  thesis 

and started on her PhD this fall using GONG data; Frank Hill and Keivan Stassun 

(Vanderbilt U.) are her advisors.  

o Metrics –  

(1)   Number of students who successfully complete their PhD based on NSO data. 

(2)   Number of successful postdoctoral fellows pursuing careers in solar science. 

(3)  Increased diversity in these programs. 

Continue  collaboration  with  the  Workforce  Initiative  Program  on  Maui  for 

workforce development. 

This  effort  is  going  very well.    The Akamai Workforce  Initiative  is  a  program 

started by the Center for Adaptive Optics and provides students and graduates in 

Hawai‘i  with  technical  training,  then  places  them  in  internships.  We  have 

sponsored  four workshops  on Maui  for Akamai  program  graduates—the most 

recent  in  November  2012  and  in  November  2013.    Since  2010,  nine  Akamai 

graduates have participated  in NSO programs  and  one was hired  on  the ATST 

project  staff  (James Linden,  2011).    Five  of  the  students  have worked  on ATST 

projects,  including  one  Native  Hawaiian.    In  summer  2013,  there  were  two 

Akamai  students, one  in Tucson  (male working on digitizing  solar  images) and 

one  at  Sac  Peak  (female  working  on  implementing  the  NSO  lab 

spectropolarimeter).   We expect  to recruit up  to  four Akamai  interns  in summer 

2014. 

o Metrics –  

(1) Akamai trained personnel available for the ATST Maui work force. 

(2) Increased diversity available for NSO hires.  

To develop K‐12 teacher training and student training programs to advance knowledge 

of science and technology. 

Page 55: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

49 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Strengthen our Research Experience for Teachers (RET) program. 

The NSO  generally has up  to  three RETs working with  staff  each  summer. Pia 

Denzmore, a science  teacher at Debakey High School  for  the Health Professions, 

participated  in  the summer 2013 program.   Debakey has a student population of 

over 70% under‐represented minorities.   During the past few years, we have had 

teachers  from  the Navajo  and Tohono O’odham Nations participate  in  the RET 

program.  

Make RET lesson plans available on the WWW. 

Metrics –  

(1) Use of experience gained in the classroom by RET participants. 

(2) Student awareness of science careers. 

To  increase  public  understanding  of  the  Sun,  both  as  a  star  and  as  the  driver  of conditions on  the Earth, as well as understanding of  the  related disciplines of optical 

engineering, electronics and computer sciences, as applied through the ATST and other 

NSO projects. 

Increase the relevance and content of our WWW outreach. 

NSO Web pages were  recently  redone  to  include more outreach.   The outreach 

effort for the June 2012 solar eclipse and transit of Venus were highly successful.  

This area needs more work, but is resource limited. 

Develop outreach materials for both classroom and public distribution.  

NSO  is working with NOAO EPO and UH Maui College  and  local middle and 

high school teachers to develop a program for Maui. We have asked NOAO EPO 

(supported with NSO funding) to lead this effort. 

Complete our Solar System Model and the handout materials that accompany it. 

The New Mexico Museum of Space History in Alamogordo is working with NSO 

to  continue  support of  the model and has expressed  interest  in  the NSO Visitor 

Center after NSO has departed Sac Peak.  

To  increase nationally  the strength and breadth of  the university community pursuing 

solar physics.  

Work closely with our ATST university partners and other groups  to recruit and 

help diversify the community of scientists doing solar research. 

This has started in the form of a joint program (Collaborative Graduate Education 

Program)  involving  the  University  of  Colorado,  New  Jersey  Institute  of 

Technology, University of Hawaiʻi (CU/NJIT/UH) and NSO.   The first phase is to 

establish  remote  teaching  at  all  three  university  sites,  then  expand  once  the 

logistics  of  the  program  are  well  understood.    The  NSO’s  role  will  include 

scientists  participation  in  teaching;  planning  and  participating  in  summer 

workshops;  increased  presence  in  the Akamai  program;  and  collaboration with 

NOAO and UH Maui College to provide training and materials to K‐12 teachers. 

Page 56: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

50 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Establish close ties with additional universities to provide NSO thesis students. 

Currently,  ties  include  New  Mexico  State  University  (NMSU),  University  of 

Arizona (UofA), and the University of Hawaiʻi (UH) for thesis students.  We will 

form an alliance with CU for both faculty and graduate students. 

6.2  Recruiting a New Generation of Scientists 

The future of solar physics hinges on the successful recruitment of a talented new generation of 

scientists by  the universities and national  research organizations.   NSO has programs  for both 

undergraduate  and  graduate  students.    The  undergraduate  program  is  supported  primarily 

through  a  Research  Experiences  for Undergraduates  (REU)  grant  from NSF.    This  grant  also 

allows  for  a  proposal  to  support  elementary, middle  and  high  school  teachers,  the  Research 

Experiences  for  Teachers  (RET)  program.  NSO  has  proposed  for  and  participated  in  these 

programs since their inception at NSF.  

We  typically host  several REUs  each year, with almost all going on  to graduate  schools.   Not 

surprisingly, most of our REUs end up with careers in Astronomy (since it is this interest that led 

them to apply), but a substantial number pursue careers in solar physics, which is often difficult 

since most universities do not have a solar graduate program.  NSO’s collaboration with CU and 

other universities will increase the opportunities to attend graduate school in solar physics.  NSO provides  research and  instrument development opportunities  for  students at both of our 

sites  in  Sunspot,  New  Mexico  and  Tucson,  Arizona.    As  we  ramp  up  staffing  for  ATST 

operations, these programs will be extended to Maui and Boulder.    The NSO  summer  research  assistantship  (SRA)  program  provides  opportunities  for  graduate 

students and additional opportunities  for undergraduates  to work at NSO.   This program has 

been extremely effective in attracting graduate students into the field of solar physics, with over 

50%  of  the  graduates  advancing  to  postdoctoral  fellowships  in  solar  research  and  over  80% 

remaining  in  astronomy.    Many  of  the  current  NSO  staff  and  solar  science  staff  at  other 

institutions have participated in NSO’s SRA program.  Some of the biggest benefits to locating NSO on the CU campus are to provide NSO with access 

to  top quality graduate  students  and  to  increase  the  strength  of  solar  research  at CU  and  the 

teaching of solar research techniques at universities.   Thereʹs a commitment by the University to 

the  teaching  of  solar  physics,  including  involvement  of  other  universities  in  teaching  of  solar 

courses  through  remote  learning.   This program  started  recently with CU professors  giving  a 

course in solar physics with participation from students at the University of Hawaiʻi, New Jersey 

Institute of Technology, New Mexico State University and CU.  This program will be extended to 

other universities  in  the  future.   The program will develop  a  cadre of graduate  students with 

interest  in  solar  physics,  and with NSO  contributing  to  their  strength  in  solar  research  and 

instrumentation through studentships and by supporting summer workshops that bring together 

students  from  the various participating universities. The  exciting  research opportunities ATST 

will provide and the  increasing need to understand space weather should provide graduates of 

the program opportunities to obtain teaching and research positions at other universities.  

Page 57: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

51 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

         *Includes participants in the 10‐week IRES and Akamai programs. 

 

Through  NISP,  NSO  has  sponsored  students  participating  in  the  International  Research 

Experience for (Graduate) Students (IRES) program. This program is funded by the NSF Office of 

International  Science  and  Engineering  (OISE)  and  is  open  to  US  graduate  students  in  any 

discipline of astronomy or astrophysics who are US citizens or permanent residents, age 21 years 

or older, and have a passport.  The main goal of the program is to expose potential researchers to 

an  international setting at an early stage  in their career.   The program takes place  in Bangalore, 

India, under the auspices of the Indian Institute of Astrophysics (IIA), a premier national center 

devoted to research in astronomy, astrophysics and related physics.   

6.3  Increasing Diversity  

To recruit more underrepresented minority students, we have expanded our recruitment efforts 

to  include  colleges  from  the Historically Black College List generated by  the NSF and a  list of 

American  Indian Science and Engineering Society affiliates.   NSO also has partnered with  two 

universities  that  participate  in  the  Partnerships  in  Astronomy  &  Astrophysics  Research  and 

Education program.   As described by  the NSF synopsis, “the objective of PAARE  is  to enhance 

diversity in astronomy and astrophysics research and education by stimulating the development 

of  formal,  long‐term,  collaborative  research  and  education  partnerships  between  minority‐

serving colleges and universities and  the NSF Astronomical Sciences Division  (AST)‐supported 

facilities, projects or faculty members at research institutions including private observatories.”    The NSO has been successful with the inclusion of women in its REU program as more than half 

of the research undergraduates  in recent years have been female (see Table 7.3‐1 for the gender 

and underrepresented minority breakdown of REU statistics for 2006–2013).     

Table 7.3-1. NSO REU Participant Statistics (2006-2013) Year 2013 2012 2011 2010 2009 2008 2007 2006 % Participants

Male 3 2 2 2 3 4 2 1 38.8

Female 2 4 4 5 3 2 4 6 61.2

Minority* 0 0 0 2 0 1 0 0 6.1

  *Includes only students from underrepresented minorities (Hispanic and African‐American). 

 

Table 7.2-1. Number of Participants in NSO Educational Outreach Programs (2005–2013) Year Graduate (SRA) Undergrad (SRA) Undergrad (REU) Teachers (RET) Postdoctoral Fellows

2013 8* 1* 5 1 5 2012 8* 2 6 2 6 2011 8* 2* 6 3 6 2010 6* 7 5 2009 6* 6 2 6 2008 7* 1 6 0 6 2007 9* 6 4 7 2006 4 7 4 5 2005 9 8 4 5

Page 58: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

52 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

In  accordance  with  the  AURA  action  plan  to  respond  constructively  to  the  NSF  goal  of 

broadening  the participation  of underrepresented  groups,  the NSO  has  appointed  a Diversity 

Advocate (DA) and adopted a set of near‐term and long‐term goals in this vital area.  AURA has 

established  a Work‐force  and Diversity Committee  (WDC)  that  includes  each AURA Center’s 

Diversity Advocate as a permanent member.   The AURA Web site provides an overview of the 

meaning  of  “broadening  participation”  and  its  action  plan  (http://www.aura‐

astronomy.org/diversity.asp?diversity=actionplan).    The  NSO  goals  are  guided  by  input  received 

from our oversight committees that also take into account our resource constraints in effectively 

addressing  this  area  of  national  concern.    Despite  limited  resources,  the  NSO  has  and  will 

continue  to make  important  contributions  to broadening participation  in  the STEM workforce.  

Our near‐term and long‐term goals are as follows: 

 

6.3.1 Near‐Term Goals: 

Expand  recruitment  efforts  of  underrepresented  groups  through  broader  advertising 

venues for NSO job opportunities. 

Participate in STEM‐related society meetings, either national or regional, serving under‐

represented  communities  such  as  the  National  Society  of  Black  Physicists  (NSBP), 

National  Society  of  Hispanic  Physicists  (NSHP),  Society  for  the  Advancement  of 

Chicanos an Native Americans in Science (SACNAS) and American Indian Science and 

Engineering Society (AISES). 

Add  a  scientific  staff member  from  an  underrepresented  group  to  the NSO  Scientific 

Personnel Committee. 

Continue  PAARE  student  participation  in  NSO  programs  as  funded  by  the  Fisk‐

Vanderbilt and NMSU PAARE proposals, as well as graduate student participation  in 

the  NSO  through  the  Fisk‐Vanderbilt  Masters‐to‐PhD  Bridge  program.  Respond  to 

interest expressed by additional institutions to propose for a PAARE program with the 

NSO.   Expand  this beyond  the scientific staff  to  include our engineering and  technical 

staff as mentors. 

Identify  more  mentors  among  the  engineering  and  technical  staff,  in  addition  to  the 

scientific staff. 

Expand recruitment of Akamai Program graduates.   

 

6.3.2  Long(er)‐Term Goals: 

Increase  the number  of underrepresented  students  in  the NSO REU program,  ideally, 

with a supplement to our REU funding. 

Expand  the  NSO  RET  program  effort  by  targeting  teachers  at  underrepresented 

minority‐serving institutions, including obtaining funding for more RET internships. 

Increase the number of underrepresented minorities on the scientific and/or engineering 

and technical staff. 

Obtain student‐internship funding for engineering and computing at the NSO. 

 

Page 59: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

53 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

We are pleased with  the progress already being made  in  these areas.   NSO continues  to work 

towards a more diverse staff.   Given our small numbers and  low  turnover, opportunities arise 

only  occasionally.    When  they  do  arise,  we  have  expanded  our  recruitment  platforms  to 

encourage more applications for underrepresented groups. 

Mark Giampapa, the first NSO Diversity Advocate, has passed that responsibility to John 

Leibacher,  who  currently  is  also  vice  chair  of  the  AURA  Workforce  Diversity 

Committee.    The  NSO  DA  represents  the  Observatory  on  the  AURA WDC  and  at 

underrepresented minority conferences and job fairs.

NSO has added a female tenure‐track scientist, Serena Criscuoli, to its staff.   

Walter Allen, male African‐American, was hired in a postdoctoral fellow position. After 

completing  his  postdoctoral  fellowship,  he went  on  to  teaching  at  Pima Community 

College in Tucson and is now at Mesa Community College.  

Matthew Richardson, male African‐American, participated in the joint Fisk‐Vanderbuilt‐

NSO Masters‐to‐PhD Bridge Program and did his masterʹs  thesis with Frank Hill and 

Keivan  Stassun  (Vanderbilt  U.)  using  GONG  data.    Matthew  is  now  in  the  PhD 

program. 

Teresa Monsue, an African‐American female, is participating in the joint Fisk/Vanderbilt‐

NSO Masters‐to‐PhD Bridge Program; she recently completed her masterʹs thesis and is 

now working on her PhD with co‐advisors Frank Hill and Keivan Stassun.  

NSO  is  a  partner  on  the  Fisk  University  five‐year  AST/PAARE  proposal,  ʺGraduate 

Opportunities at Fisk in Astronomy and Astrophysics Research (GO‐FAAR)ʺ submitted 

in August 2013.  

Alexandra Tritschler was hired to a scientist‐track position to begin developing the ATST 

operations model.  Previously, she was hired as an NSO postdoctoral fellow. 

Crystal Hart, an African‐American  female,  joined  the NSO observing  staff at  the DST.  

Crystal has a background in engineering from San Diego State University. 

Participation  in  the Akamai Workforce  Initiative Program has  resulted  in  the hiring of 

several staff who were either regionally underrepresented (local Hawaiian) and/or from 

ethnic minorities (Native Hawaiian). 

Andrew Whitehorse, a Native American, was promoted from general helper to plumber 

at Sac Peak.  

Irene González Hernández was  the NISP  Interior Program Scientist;  she has moved  to 

the  Interior Data Scientist position, and Kiran  Jain  is now  the NISP  Interior Program 

Scientist. 

ATST  has  hired  several  female  lead  engineers,  including Heather Marshall,  enclosure 

engineer;  LeEllen  Phelps,  thermal  systems  engineer;    Pat  Eliason,  support  structure 

engineer  (who  has  since  returned  to  NISP),  and  Kerry  Gonzales,  opto‐mechanical 

engineer. 

   

Page 60: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

54 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

6.4  Public Outreach 

6.4.1 Visitor Centers 

The NSO Astronomy and Visitor Center at Sacramento Peak  is host  to over 15,000 visitors per 

year. A wide  range  of  interactive  education displays  at  the Visitor Center  provides  hands‐on 

experience  with  astronomical  and  terrestrial  phenomena,  interactive  demonstrations  on  the 

properties of light and how  telescopes work, recent science results  from both ground‐based and 

space‐based solar and astrophysical experiments, and access to interactive Web‐based pages.  The Kitt Peak Visitor Center  also  attracts more  than  40,000 public  visitors  annually.   Exhibits 

adjacent to the gift shop include a large model of the McMath‐Pierce Solar Telescope, a live feed 

for solar  images, and a hands‐on display about spectroscopy and  its solar science applications.  

Daily  tours of  the McMP are available.   The McMP  facility also  includes an educational exhibit 

referred to as the “Sunnel.”  The tunnel that leads from the entrance to the main observing room 

features  exhibits  or  displays  that  take  the  visitor  from  the  center  of  the  Sun  to  its  outer 

atmosphere along the length of the “Sunnel.”  Because  the  Sunspot  and  Kitt  Peak  Visitor  Centers  are  located  in  the  Southwest,  a  large 

proportion of visitors are Hispanic and Native American.   NSO provides tours  in both Spanish and 

English.   Sunspot has the largest solar system model in the Western US, the third largest in the US, and the 

sixth largest in the world.     

6.4.2  Internet Resources and Public Web Pages 

As  the  public  becomes  more  Internet‐savvy,  organizations  need  to  respond  by  continually 

updating  their presence on  the Web.   The NSO Web site provides  information  to  the public on 

solar physics and astronomy in general.    Near‐real‐time  solar  images  are  available  from NSO  instruments  on  the  following Web pages 

http://www.nso.edu/current_images.html and http://nsosp.nso.edu/current_images.  The Virtual Solar Observatory (VSO) is a cornerstone to ensuring that NSO data are accessible to 

all  scientists  internationally.   Currently, data  from NISP/GONG and NISP/SOLIS are  routinely

archive and available through the VSO portals.

 

 

   

Page 61: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

55 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

7  FY 2014 PROGRAM IMPLEMENTATION 

The NSO FY 2014 Program Plan is designed to meet the expected level funding between FY 2013 

and FY 2014.  This has required some reductions in staffing and a delay in beginning some of the 

planned  ramp  up  toward ATST  operations.  Some  of  the  impacts  of  level  funding  are  being 

addressed with revenues, indirect earnings and carry forward funds.  

7.1  NSO  Organization 

During  the  ATST  construction  phase,  the  challenges  to  NSO  have  shifted.    In  addition  to 

transitioning personnel to ATST construction tasks, we have other personnel charging some of 

their time to ATST and some to the base‐funded program.  We are also ramping up a group on 

NSO base funding to plan for ATST operations.  Preventing the loss of essential personnel as we 

pursue a new NSO directorate site  location will be a challenge  that  the results of  the Portfolio 

Review  have made more  severe,  especially with  regard  to  the  expertise  to  operate  the NISP 

components, SOLIS and GONG.  The NSO will continue to pursue opportunities to increase diversity.  Of special interest in this 

regard are our work with the Akamai program and the University of Hawaiʻi on Maui, and our 

participation  in  proposals  with  universities  hosting  large  constituents  of  underrepresented 

minorities  (PAARE  and  the  Fisk‐Vanderbilt  Bridge‐to‐PhD  programs).   We will  continue  to 

pursue EPO opportunities as funding permits.  During  this period, NSO  needs  to  continue  its  strong  support  of  the  solar  community while 

using  current  assets  to develop ATST  instruments  to  test ATST  operational  concepts,  and  to 

train personnel on  the multi‐instrument, high‐data output expected with ATST. The new NSO 

organizational structure is shown in Figure 7.1‐1. 

7.1.1  Director’s Office 

The  NSO  Director’s  office  consists  of  the  Director,  a  Deputy  Director,  and  an  Executive 

Administrative Manager;  financial  and  budget  support  is  also provided  by  the NSO/SP‐ATST 

Facilities and Business Manager.  A major change occurring this year is the stepping down of the 

previous NSO Director, Stephen Keil, and the hiring of a new NSO Director.  The NSO Director, 

Valentín Martínez Pillet, is responsible for the overall NSO operations.  The current NSO Deputy 

Director, Mark Giampapa, serves as the interface with the NOAO for shared facilities, chairs the 

Scientific  Personnel  Committee,  and  supervises  senior  scientific  personnel  in  Tucson.    His 

funding  is half  in  the Tucson base budget and half  in  the Director’s office FY 2014 budget.    In 

addition,  the NSO Director obtains support  from AURA Central Administrative Services (CAS) 

for accounting, payroll, and human resources (HR), and from NOAO for graphics, IT support in 

Tucson, and some educational outreach. 

7.1.2  NSO/Sacramento Peak 

NSO/SP operates the Dunn Solar Telescope on Sacramento Peak, provides facility support to the 

ATST lab in the Hilltop Facility and provides occasional maintenance support for the Evans Solar 

Facility in support of the Air Force group at Sac Peak.  NSO/SP is undertaking several ATST work 

Page 62: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

56 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Figure 7.1‐1.  NSO Organizational Chart

packages during ATST construction.  In addition to telescope support, the staff at SP supports an 

office building,  library,  computing,  instrument development, and housing  facilities  for visitors 

and the resident scientific and technical staff.   The ATST Director/PI, Thomas Rimmele, and the 

ATST Project Scientist, Thomas Berger, currently reside at Sac Peak.  The ATST wavefront sensor 

project also  resides at Sac Peak. Han Uitenbroek  is  the DST Program Scientist  reporting  to  the 

NSO Director, who  also  serves  as  Sac  Peak  site  director.   Han  leads  and  oversees  telescope 

operations and  instrument projects.   Craig Gullixson  is  the DST Project and Support Manager. 

Rex Hunter continues with the business management functions for NSO.  Geoffrey Roberts is the 

head of administrative support, and Bruce Smaga leads the facility crew.   With the reduction in 

technical staff, we have limited projects at the DST in order to concentrate on science operations with 

the  newly  completed  suite  of diffraction‐limited  instruments  and  support  for  testing  of ATST 

instrument technologies.  

7.1.3  NSO Tucson and NSO Synoptic Program 

NSO operates the McMath‐Pierce Solar Telescope on Kitt Peak, offices  in Tucson, and conducts 

projects at the Tucson facilities.  The Deputy Director oversees Tucson programs and operations 

with  support  from Priscilla Piano  as Administrative Manager.   McMath‐Pierce operations  and 

Page 63: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

57 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

projects are led by Telescope Scientist Matthew Penn, who reports to the Deputy Director.  NISP 

combines  the  SOLIS  and GONG  programs  under  Frank Hill  as Associate Director.    Both  the 

SOLIS Program Scientist, Alexei Pevtsov, and GONG Program Scientist, Kiran Jain, report to Hill.  

Kim Streander manages projects and operational personnel in Tucson and also serves as Program 

Manager  for  the NSO  Integrated Synoptic Program  (NISP).   Sean McManus manages  the NISP 

Data Center.    

7.1.4  NSO ATST 

NSO/ATST is now funded through both the NSF MREFC program and through funds from the 

American Recovery and Reinvestment Act (ARRA).   Thomas Rimmele  is the ATST Director/PI 

and reports to the NSO Director.   Project Manager Joseph McMullin and Project Scientist Tom 

Berger  report  to  the Project Director.   The ATST project  staff  reside  in Tucson, at Sacramento 

Peak,  in Boulder, and Hawaiʻi.   There are plans to continue moving a few project personnel to 

Boulder  in FY 2014.   Having staff at multiple  locations allows  the ATST  team  to  interact with 

NSO operations and projects.   Lead engineers have  responsibility  for  the various ATST work 

packages.   While some NSO personnel have  transferred  full  time  to ATST construction, others 

work part time for the project.   As NSO  prepares  for  operations  in  the ATST  era,  the management  structure will  evolve  as 

needed  to  provide  the  most  efficient  and  cost  effective  structure.    NSO  has  begun 

implementation  of  the  reorganization  that  is  needed  to  support  ATST  operations.    ATST 

commissioning will  lead  to  the  ramp  down  of  current  operations  and  divestment  of  current 

facilities.    In  the ATST era,  the NSO organizational  structure will  evolve  to  effectively  support 

ATST,  the Synoptic Program, an  instrument program, and a data processing and distribution 

center.   

7.2  Planning for the Future Organization of NSO 

NSO plans call for consolidation of its Tucson and Sunspot staffs into an efficient organization to 

operate the ATST, conduct synoptic programs, operate a data reduction and distribution center, 

carry  out  forefront  research  by  its  staff  and  community,  and  to more  effectively  recruit  new 

students  into solar astronomy.   NSO’s new site will be on  the east campus of  the University of 

Colorado, and NSO will share a building with the Laboratory for Atmospheric and Space Physics 

(LASP).   As operations at the two NSO sites are ramped down, establishing a single directorate 

site  at  CU‐Boulder  with  a  remote  operational  site  on  Maui  for  the  ATST  will  be  the  best 

configuration,  allowing  NSO  to  combine  its  science  and  engineering  staff  into  a  cohesive 

organization.     During FY 2014, AURA and NSO will work with NSF to establish a new cooperative agreement 

that  includes  the planned move  to Boulder and NSO will  continue  to develop and  implement 

plans for divestment of current facilities.  The NSO Cooperative Agreement Proposal provides an 

estimate of the cost of relocations to CU and the operating site for the ATST on Maui. 

 

Page 64: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

58 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

7.3  FY 2014 Spending Plan 

The NSO spending plan that follows is based on receiving the President’s FY 2014 budget request 

of $8M for NSO.    

7.3.1  Total Budget 

Table 7.3‐1 summarizes the funding that NSO expects to receive as new NSF funding, as well as 

anticipated non‐grant revenues  for support of operations  in FY 2014.   The NSO program  in FY 

2014 was developed based on receiving $8,000K of NSF funding for the NSO base program. This 

represents  level  funding  from  FY  2013  as well  as  a  reduction  in Air  Force  support  for NISP.  

These cuts were absorbed by reducing the NSO staff by several positions and moving some staff 

to part‐ time.   NSO expects $42M of MREFC funds  in FY 2014 for the ATST project.   The ATST 

spending plan  is presented  in Section 5.1.3.   NSO receives additional operational support  from 

the Air Force Research Laboratory (AFRL) through an MOU between the Air Force and NSF, in 

exchange for supporting several AFRL staff at NSO/Sac Peak.   NSO also receives  funding  from 

the  Air  Force  Weather  Agency  (AFWA)  for  GONG  operations.    NSO  earns  revenue  from 

cafeteria, Visitor Center, and housing operations on Sacramento Peak that are used to support the 

respective functions. 

 

 

Table 7.3-1. NSO FY 2014 Funding

(Dollars in Thousands) 

NSF Astronomy Division Funding  $8,000  

AFRL Support for Sac Peak Operations  400  

AFWA Support for GONG Operations  385 

NSF REU/RET Program  107  

Revenue (Housing, Kitchen, Visitor Center)  176  

Programmed Indirects/Reserves  579 

ATST Fellowship Support  105  

Total NSO Funding  9,752 

 

 

In addition to the funds shown in Table 7.3‐1, NSO receives funding through a variety of grants 

and contracts with both NSO and non‐NSO principal investigators.   These funds are used to hire 

research  fellows  for  specific  programs,  support  visiting  PIs  and  students,  and  to  enhance 

capabilities  needed  for  these  programs.    The  enhanced  capabilities  are  then  normally made 

available to the user community.  Table 7.3‐2 shows NSO’s currently active grants and contracts. 

 

The funding shown in Table 7.3‐1 is allocated to the various programs NSO conducts to fulfill its 

mission.   Table 7.3‐3 shows  the program areas  in which  funds will be expended, and  those are 

broken down  further  into  the work  packages within  each  funding  area  (telescope  operations, 

instrumentation, administration, EPO, etc.).  The table also shows how we apply the revenue and 

some of our indirect cost earnings to cover expenses not supported by the NSF FY 2014 funding. 

  

Page 65: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

59 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

  Table 7.3-2. NSO Grants and Contracts

Proposal Title Source Term PI Program FY 2014a Grant/Contract

Term Total a

NSF International Research Experiences for (Graduate) Students

NSF/IRES 2010-2013 Hill/Jain GONG 50,000b 150,000b

Development of MCAO for the 1.6 m BBSO Telescope

NSF/MRI sub-award via NJIT

2010-2013 Rimmele MCAO 93,280b 458,688b

Development of High-Order AO for the 1.6 m BBSO Telescope

NSF/ATI sub-award via NJIT

2010-2013 Rimmele HOAO 125,000b 125,000b

ISOON-Based Investigations of Solar Eruptions

AFRL 2011-2013 Radick/Keil AFRL/NSO Research

38,383 76,765

The Solar Mass Ejection Imager (SMEI) Space Experiment

AFRL 2012-2013 Radick/Keil SMEI 28,278 87,206

Using Helioseismology Measurements to Predict Active Region Flaring Probability

NASA sub-award via CU-Boulder

2010-2014 Komm NISP/GONG 72,860b

278,260b

Fast Processing of Spherical Seismic Holography

NASA sub-award via North-West Research Assoc.

2011-2013 González Hernández/Hill

NISP/GONG 77,300 121,403

Development of the Virtual Solar Observatory (VSO)

NASA 2011-2014 Hill VSO 103,386c 317,788c

An Investigation of the Physical Properties of Erupting Solar Prominences (Postdoc Support)

AFOSR 2011-2014 Radick/Altrock ESF 157,678 500,193

An Investigation of the Physical Properties of Erupting Solar Prominences Phase II

AFOSR 2014 Radick/Altrock ESF 29,232 29,232

New Aspects of Acceleration and Transport of Solar Energetic Particles (SEPs) from the Sun to the Earth

AFRL 2011-2014 Radick/Keil ESF 15,618 36,640

Incorporation of Solar Far-side Active Region Data within the Air Force ADAPT Model

AFOSR & AFRL 2011-2014 González Hernández

NISP GONG/SOLIS

55,316 159,979

Multi-wavelength Analysis of Solar Oscillations

NASA 2011-2014 Jain NISP/GONG 155,075 449,276

Helicity Transport from the Solar Interior to the Corona and its Role in Flares and Coronal Mass Ejections (CMEs)

NSF/AGS 2011-2014 Komm NISP/GONG 110,048 318,655

The influence of Subsurface (and Surface) Dynamics on the Activity Cycle

NASA 2011-2014 Komm NISP/GONG 136,505b 396,636b

Scientific Research Support Using Data from the Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS)

NASA sub-award via Lockheed Martin Space Systems Co.

2011-2014 Uitenbroek IRIS Mission 93,884b 193,862b

Observing Support at the McMath-Pierce Solar Telescope

NASA 2011-2014 Penn/Giampapa McMP Observing

65,583 88,870

Implementation of Real-Time High-Resolution EUV Solar Spectral Irradiance

Air Force sub-award via North-West Research

2013-2014 González Hernández

NISP GONG/SOLIS

19,172

19,172

GONG Data for Nearly Continuous Observations of the Sun over Long Period

Air Force Weather Agency (AFWA)

2014 Hill NISP/GONG 374,760 374,760

TOTAL 1,801,358 4,182,385

aAmounts do not include NSF fee. bNSF fee not assessed. cDoes not include sub-awards to Stanford U., Harvard SAO, and Montana State.

 

 

Funding   that   NSO   provides   AURA for business support has been prorated to each program 

area by the number of personnel and office space supported.  Note that office space at Sac Peak is 

supported under facilities at Sac Peak, and the AURA support for Sac Peak is primarily for HR, 

accounting, and contracting.  

Page 66: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

60 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

    

Table 7.3-3. NSO Spending Plan 

(Dollars in Thousands)

  Directorʹs 

Office Sunspot 

Tucson Programs  TOTAL 

          Expenses  McMP  NISP 

Director, Staff, Committee Support  495                495 

Directorate Site Development  74  0      74 

Scientific Staff    741  247  1,329  2,317 

Scientific Support/Computing    323  7  1,144  1,474 

Telescope Support/Maint./Develop.    607  3  631  1,241 

Telescope Operations    270  125  465  860 

Facilities    677  0  0  677 

Administrative Support    229  0  279  508 

Education & Public Outreach1  94  113  20  36  263 

AURA Business Support2  42  346  59  560  1,007 

ATST Operations Development    407  65  0  473 

ATST Fellow    105  0  0  105 

AURA Management Fee  260  0  0  0  260 

Program Total  964  3,818  526  4,444  9,752 

           Revenue 

Programmed Indirects/Reserves  (166)  (329)  (84)    (579) 

Housing Revenue    (104)      (104) 

Meal Revenue    (17)      (17) 

NSF REU/RET Funding    (51)  (20)  (36)  (107) 

Air Force Support    (400)    (385)  (785) 

ATST Fellowship Support     (105)      (105) 

Visitor Center Revenue    (55)      (55) 

NSF/AST Funds  798  2,758  422  4023  8,000   

1These funds are transferred to NOAO to support mutual EPO programs.2These funds are transferred to AURA for HR, procurement and accounting, contracting, and facilities services in 

  Tucson. 3AURA provides funds for cost sharing of an ATST Fellowship. 

 

 

Figure 7.3‐1  lays out how NSO  funding  is divided among  the various work packages, showing  

that the science staff spends about 2/3 of its time supporting observatory operations, projects and 

visitors (labeled Scientific Staff Support). Facilities, telescope operations, instrument development 

and maintenance, and sciencesupport/computing are all part of NSO direct support for users of 

NSO facilities.   

 

Page 67: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

61 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

  

   

Figure 7.3‐1.  Distribution of NSO budget by tasks including revenue (total $9,752K)  

7.3.2  Work Package Break Out  

Tables  7.3‐4  to  7.3‐10  show  the  spending  plan  for  the major  functional  areas  in more  detail, 

breaking out payroll and non‐payroll by work packages.  

7.3.2.1  Director’s Office 

Table 7.3‐4 presents the Director’s office budget.  Staff included in the Director’s office budget are 

the Director, 0.5 of  the Deputy Director’s salary, and an Executive Administrative Manager.   As 

noted earlier, the other half of the Deputy Director’s salary is included in the Tucson budget. Non‐

payroll expenses include travel, supplies and materials, and other miscellaneous expenses incurred 

by the Director.    Committees include the semi‐annual meetings of the NSO Users’ Committee and support for other 

committee meetings as needed to support management of the observatory.  

 

AURA central services  includes support  for  the Director and Executive Administrative Manager 

office space, HR, accounting and procurement in Tucson. 

pris
Typewritten Text
pris
Typewritten Text
pris
Typewritten Text
pris
Typewritten Text
'
pris
Typewritten Text
Page 68: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

62 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

  

Table 7.3-4. Director’s Office

(Dollars in Thousands) 

FTEs Payroll Non‐Payroll  Total 

Staff  2.3 462 33  495 Committees  9  9 

Directorate Site Development 0.2 35 30  65 

AURA Central Admin. Services 29 13  42 

AURA Management Fee  260  260 

Reserve  0  0 

Outreach Support  65 28  94 

Total Director’s Office  2.5  591  373  965 

 

The AURA management  fee  line  item  is based on  the NSO base budget.    It covers management 

support  provided  by  AURA,  including  the  Solar  Observatory  Council  (SOC), which  provides 

management oversight and program advocacy.  The  outreach  support  goes  to  the  NOAO  Education  and  Public  Outreach  (EPO)  division  for 

support received from EPO staff for various outreach programs.   

7.3.2.2  Tucson/McMP Program 

Tables 7.3‐5 and 7.3‐6 show the budget breakdown for Tucson and support for the McMath‐Pierce 

Solar Telescope (McMP) facility and for the NSO Integrated Synoptic Program (NISP).  It contains 

$71K of indirect earnings.   

 

The Tucson/McMP staff provide support for operations on Kitt Peak and for instrumentation and 

maintenance of the McMath‐Pierce Solar Telescope.  The NSO Deputy Director has 25% of his time 

for  research  and  25%  for management  of  programs  in  Tucson, where  he  acts  on  behalf  of  the 

Director.  The other 50% is in the Director Office where he works on documentation, diversity, and 

other issues as they arise. 

  

Table 7.3-5. NSO/Tucson/McMP (Dollars in Thousands) 

  FTEs Payroll Non‐Payroll  TotalScientific Staff  1.5 234 13  247Science Support/Computing  7  7

Telescope Support/Maintenance/Develop. 3  3

Telescope Operations  1.00 82 43  125

Administration  0 0  0

AURA/NOAO Support  41 18  59

ATST Operations Planning  0.50 65 0  65

Outreach (REU/RET)  20 0  20

Total Tucson/McMP 3  442  84  526  

Page 69: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

63 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

The 1.5 FTEs of scientific staff provide support of programs at the McMP, including the NSO Array 

Camera (NAC) IR program and support for the California State University at Northridge integral 

field  unit  (IFU).    The  salary  figure  includes  a  postdoctoral  position  and  50%  of  the  Deputy 

Director’s salary.  The science staff also support related student programs and outreach.   

 

Telescope operations consist of support for visiting and staff astronomers at the telescope, support 

for installing upgrades and general telescope maintenance. 

 

AURA/NOAO support consists of office and laboratory space in Tucson, HR, accounting, vehicles 

support, shops, and  janitorial services.   Not  listed because  it  is part of the NOAO/KPNO budget  is 

general maintenance  support  on  the  summit  of Kitt  Peak,  road  upkeep,  cafeteria  services,  etc.  

These  costs  are  in  the KPNO  budget  per  the memorandum  of  agreement  of  2000, when NSO 

separated from NOAO. 

 

Outreach  funding  is  primarily  for  REU  and  RET  participants  that  are  supervised  by  the 

NSO/Tucson scientific staff.  

 

7.3.2.3  NSO Integrated Synoptic Program (NISP) 

The NSO Integrated Synoptic Program combines staff from SOLIS and GONG under the direction 

of Frank Hill as Associate Director.   

  

Table 7.3-6. NSO Integrated Synoptic Program (Dollars in Thousands)

  FTEs  Payroll  Non‐Payroll  Total 

Scientific Staff  10.10 1,275 54  1,329Scientce Support/Computing  10.50 1,038 107  1,144

Telescope Support/Maint./Develop. 5.14 472 159  631

Telescope Operations   1.50 93 371  465

Administration  2.00 219 60  279

Education & Public Outreach  0 29 7  36

AURA/NOAO Support  0 392 168  560

Total NISP  29.24  3,518  926  4,444   

NISP is broken down into an Atmospheric section and an Interior section, each led by a program 

scientist reporting to the NISP Associate Director.  The Telescope Support/Maintenance/Develop‐

ment  staff  are  supervised  by  a  Program  Manager  and  support  both  SOLIS  and  GONG 

instruments  and  upgrades  as  required.    The  science  staff  support  the  various  data  products 

produced by NISP and respond to the communityʹs need for new products. 

 

Both SOLIS and GONG data are reduced daily and added to the NSO Digital Library, where they 

can be downloaded by the solar community.   

Page 70: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

64 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

 

AURA/NOAO support consists of office and laboratory space in Tucson, HR, accounting, vehicles 

support, shops, and janitorial services.  Table 7.3‐6 also includes the support received from the Air 

Force Weather Agency..  

7.3.2.4  Sacramento Peak 

Table 7.3‐7 breaks out  the Sacramento Peak operations budget.   NSO/SP scientific staff support 

the Dunn Solar Telescope and participate in development of ATST operations. The DST Program 

Scientist  oversees  telescope  operations  and  projects  and  supervises  the NSO/SP  Technical  and 

Telescope  Operations Manager,  IT  support,  and  the  DST  chief  observer.    The  scientists  also 

support  the  TAC  process  and  observatory  operations  (library,  outreach,  instrument  program, 

modeling, and users).  The ATST fellowship supports an ATST postdoctoral position that is cost‐

shared with AURA. 

  

Table 7.3-7. NSO Sacramento Peak (Dollars in Thousands) 

  FTEs Payroll Non‐Payroll        Total

Scientific Staff  4.8 700 41  741

Science Support/Computing  3.00 237 85  323

Telescope Support/Maint./Develop. 7.3 572 35  607

Telescope Operations  3.15 244 26  270

Facilities  6 303 374  677

ATST Operations Planning  2.5 371 37  407

ATST Fellow  1 100 5 105

Administration  3.2 209 20  229

AURA Support  0 277 69  346

Outreach (REU/RET), Visitor Center 1 83 30  113

Total NSO/SP  31.15 3096 722          3,818  

The  Telescope  Support/Maintenance/Development  staff  support  DST maintenance  and  opera‐

tions and upgrades to the DST control system and focal‐plane instrumentation so users can take 

full advantage of diffraction‐limited imaging.  The DST is also serving as a test bed for ATST by 

exploring ways to operate several instruments simultaneously.  We would also like to use the DST 

for prototyping various ATST control software and operational concepts. 

 

Telescope staff operate the DST, provide user support, help with instrumentation installation and 

interfaces,  and  perform  maintenance  tasks  on  the  telescope.    The  telescope  is  allocated  and 

operated on all but two days out of the year, weather permitting. 

 

The  Sac  Peak  administrative  staff  oversee  general  site maintenance  and  daily  site  operations, 

logistical visitor  support, purchasing,  shipping,  receiving, and budgeting.   The  facilities budget 

includes  costs  for  buildings  (offices,  shops,  civil  engineering  facilities,  and  administrative 

facilities),  grounds, maintenance,  utilities,  housing  (funding  for  housing  support  comes  from 

Page 71: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

65 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

rental revenue), water and sewage treatment, site snow removal and road maintenance.   NOAO 

support includes HR, accounting, contracting, and some legal support. 

 

Outreach  includes  REU  and  RET  support,  public  outreach  programs,  and  operation  of  the 

Sunspot Astronomy and Visitor Center.  Table 7.3‐8 contains the $400K contribution from the US Air Force as well as the revenue earned from 

housing, meal services, Visitor Center sales and $329K of indirect earnings and carry forward.  The 

US AF funding is added to NSO’s general operations funding to offset the support provided to the 

Air Force Research Laboratory program at Sac Peak.  During FY 2011, one AF staff scientist moved 

to Albuquerque and  the AF group added a new  scientist and a postdoctoral  fellow.   Table 7.3‐8 

provides an estimate of how AF funds are used to support the AFRL program.   This varies from 

year to year, based on program needs and facility usage.   

   

Table 7.3-8. Air Force FY 2014 Funding (Dollars in Thousands) 

      Payroll        Non‐Payroll  Total   

Scientific Support/Computing 50 45 95 

Telescope Operations  75 35 110 

Library Services  15 10 25 

Facilities  74 76 150 

Administrative Services 15 5 20 

Total Air Force Funding  $229  $171  $400 

 

7.4  Infrastructure Plan and Strategic Needs 

Although NSO  plans  to divest  its  current  facilities, with  the  commissioning date  and  scientific 

operation of the Advanced Technology Solar Telescope about six years away, NSO must continue 

to  serve  the US  solar  community with  its  current  facilities and maintain  them  in a manner  that 

keeps US  solar  astronomers  at  the  forefront of  solar physics.   Additionally, we believe  that  the 

facilities at Sac Peak and Kitt Peak will have a life beyond the NSO and our plan is to find parties 

to which we can transfer these facilities.  We have an obligation as a steward of government owned 

facilities to maintain them at an appropriate level that will allow a suitable transfer to a qualified 

operating institution.    Continued  investment  in  the maintenance  of  Sac  Peak  and  the DST  is  not  only  important  for 

supporting  high‐resolution  solar  physics,  but  also  for  development  of  ATST  instruments  and 

operations.  The plan for maintaining Sac Peak is designed to address infrastructure needs that will 

ensure the viability of current NSO assets to support the solar user community for the next several 

years.  We also need to maintain and enhance our synoptic programs.  With the Portfolio Review 

mandate  for NSO  to  find outside  funding  for  the majority of NISP operations,  its  important  that 

the NISP instruments and data products are maintained and improved to attract funding sources 

such as the NOAA Space Weather Predictions Center (SWPC) and the Air Force Weather Agency.  

 

Page 72: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

66 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Infrastructure funds are used to support forefront solar research by replacing failing and outdated 

systems at our telescopes and data handling facilities and to ensure continued safety of operations 

at NSO’s observatory sites.   

 

Because of continued near level support (often below level, sometimes above, but never sufficient 

to  account  for  inflation),  NSO  has  limited  its  small  amount  of  allocated  base  infrastructure 

spending  to  critical  items  for  maintaining  safety  and  telescope  operations.    It  has  generated 

requests for additional funding for larger ticket items and for those maintenance items not covered 

in  exiting  budgets.    The  supplemental  funding  received  from  the American  Reinvestment  and 

Recovery Act (ARRA) has permitted NSO to catch up in several areas.  We have integrated these 

into our overall plan.  

7.4.1   FY 2014 Unfunded Infrastructure Improvement Requests 

The  major  funding  reduction  in    FY  2013  limited  NSO  to  conducting  only  essential  routine 

maintenance.  To  insure  the  NSO  facilities  are  in  good  condition  to  enhance  divestment 

opportunities, we  request additional  funding  for  the  list of  items  in Table 7.4‐1.       Completion of 

these items would ensure that NSO continues with robust operations until ATST is online, and that 

NSO facilities will be attractive to potential organizations willing to take over when NSO ceases Sac 

Peak and Tucson operations. 

  

Table 7.4-1 Unfunded Infrastructure Improvements (Dollars in Thousands)

Item Cost Notes

NSO/Sac Peak DST Turret Repair 75 Replace obsolete controls and hardware Computer Numerical Controlled (CNC) Lathe 50 Instrument development for SP and ATST DST Data Acquisition System 80 Continue upgrade to handle larger, faster CCDs Main Lab Boiler Lines and Radiators 50 Replace obsolete heating system, reduce cost

Apartment Building Boiler Lines and Water Lines 50 Replace obsolete heating and water lines, reduce cost Vehicle Replacement 25 Replace older vehicle Dump Truck/Snow Plow 65 Replace old truck Redwood Building Painting 35 Contract to paint redwood buildings Total NSO/SP 430 NSO/Tucson GONG Air Conditioner Replacements 25 Replace obsolete units with energy efficient model SOLIS Structure Modification 50 Required for remote observations at new, permanent location Total NSO/T 75   

7.4.2.1  NSO/SP 

DST Basic Infrastructure Improvements 

Other basic  infrastructure  investments needed  at  the DST  to upgrade/replace  aging  equipment, 

provide safety improvements, and ensure continued smooth DST operations include: 

Page 73: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

67 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

DST Turret Repair and Controls Upgrade.  Replace 1960’s hardware with digital hardware. 

Estimated Cost:  $75K. 

CNC Lathe.  Needed for on‐site ATST machine shop work.  Estimated Cost: $50K. 

Modernizing the DST Data Acquisition System (DAS), i.e., data storage, network, acquisition 

system (to handle the increased data loads from high‐speed large‐format cameras).  Estimated 

Cost:  $80K. 

 

NSO/SP Facilities 

Historically, the budget for NSO/SP has included approximately $40K in funds above our normal 

maintenance program  for use on  larger “projects.”     Typically, we saved or carried over some of 

these  funds  to  accomplish  these  projects  that  were  beyond  our  normal  budget.    With  the 

continuing  rise  in  cost  of  building  supplies, propane,  and  electricity,  and  our  flat  budgets,  our 

discretionary  funds have been absorbed  into  the daily maintenance activities.   The  size of  these 

projects  make  them  very  difficult  or  impossible  for  us  to  accomplish  without  supplemental 

funding.    Each  of  these  items  has  been  evaluated with  the  development  of  the ATST  and  the 

expected closure or divestiture of Sac Peak  in mind, and represents  improvements needed  in the 

short term. 

Main Lab Boiler Line and Radiator Replacement.   Request $50K:   The Main Lab houses  the 

offices of three‐quarters of our staff and computing facilities.  The facility is over 40 years 

old and is heated with a hot water system with radiators in individual offices.  The boiler 

was replaced about 15 years ago but remains serviceable.  The hot water lines connecting 

the  boiler  to  the  individual  radiators  and  the  radiators  themselves  have  never  been 

replaced.  We are experiencing multiple failures of these lines each winter and expect that 

pattern  to worsen.   A  catastrophic  failure  during  the winter months  could make  the 

facility uninhabitable  for an extended period of  time.   This project would replace all of 

the lines and the radiators.  Replacement of the radiators with more modern units should 

increase the efficiency and improve the quality of heat in the building. 

Apartment Building Boiler Line and Water Line Replacement.  Request $50K:  The apartment 

building is our primary source of housing for official visitor and users of the telescopes.  

As with the Main Lab, the facility is over 40 years old and has had little maintenance to 

the hot water heating and drinking water lines during that time.  Failures are becoming 

frequent and maintenance costs are rising.   This project would replace all the hot water 

heater lines, radiators and drinking water lines.  This will greatly improve the quality of 

heat in the building and the drinking water.  

Vehicle Replacement.  Request $25K:  One of our current staff vehicles has well over 100K 

miles  and  is beginning  to  experience more maintenance problems.   These vehicles  are 

heavily  used  for  transportation  of  our  staff  to  Tucson,  El  Paso  (airport)  and  other 

locations.   Frequently,  they are driven  in very  remote parts of  the  country and at odd 

hours and conditions where breakdowns could be dangerous.  Also, with the funding of 

the ATST and the participation of many of our current employees, our travel to Tucson 

and other locations has increased dramatically, requiring that all of our staff vehicles be 

available for use. 

Page 74: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

68 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan  

Dump Truck/Snow Plow Replacement.  Request $65K:  Current dump truck is about 20 years 

old.   As with  the  loader,  it  is heavily used  for snow removal and  is experiencing more 

problems.   Maintenance costs and dependability have negatively  impacted our facilities 

maintenance  staff  and will  continue  to  grow  as  it  ages.    As  our main  road  plow,  a 

catastrophic breakdown during the winter would have a severe impact on our ability to 

complete snow removal. 

Redwood Building Painting.   Request $35K:   Redwoods  including  the apartment building 

and the community center have not been repainted for approximately 20 years.  Paint is 

beginning to peel and subject the wood exterior to the severe elements at Sac Peak. The 

wood  exteriors will deteriorate  fairly quickly  in  this  environment  causing more  costly 

repairs in the future.   

7.4.2.2 NSO/Tucson 

 NISP 

New Air Conditioning Units  for GONG Network.   The current units are old and  ineffecient. 

Current electric usage can be reduced by ~30% with higher effeciency systems.  

Estimated Cost: $25K. 

Modify Existing  SOLIS  Structure  at Tucson  Site  to Test  and House  Instrument  Suite Prior  to 

Move to Permanent Location. The existing structure needs to be fitted with a movable section 

on  the  south  side  to  be  lowered  out  of  the  line‐of‐sight  for  observations.  The modified 

structure will demonstrate  the ability  to  take  remote observations.   The structure will be 

dismantled and relocated to a permanent site at later date.  Estimated Cost: $50K. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Page 75: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

 

 

 

 

 

 

 

APPENDICES 

APPENDIX A.  NSO 2020 – 2025 VISION  

APPENDIX B.  OBSERVING & USER STATISTICS 

APPENDIX C.  ORGANIZATIONAL PARTNERSHIPS 

APPENDIX D.  PUBLICATIONS 

APPENDIX E.  MILESTONES FOR FY 2014 

APPENDIX F.  STATUS OF 2013 MILESTONES 

APPENDIX G.  FY 2014 STAFFING SUMMARY 

APPENDIX H.  SCIENTIFIC STAFF RESEARCH & SERVICE 

APPENDIX I.  ACRONYM GLOSSARY 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 76: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

70    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

APPENDIX A.  NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 2020–2025  VISION1 

NSO will support and lead community research into the nature of the Sun by providing critical ground‐

based optical capabilities.   The Sun is the archetypal astrophysical body, and we can exploit its proximity 

to  explore  fundamental  processes  not  directly  observable  elsewhere  in  the  Universe.  Perhaps  more 

importantly,  the Sun  is  the source of  the highly variable heliosphere  in which  the Earth and humanity 

reside. NSO’s unique facilities will include the worldʹs largest solar telescope and a network of full‐Sun 

imaging magnetometers to continuously observe the Sunʹs structure and evolution. A resident scientific 

staff will  support  the development  and  exploitation  of  these  facilities,  support  a diverse  community  of users, and point the way to mid‐century frontiers. 

The NSO 2020  ‒ 2025 vision provides critical capabilities  for  solar  research  that address both 

fundamental science issues and vital societal imperatives enunciated in several decadal surveys 

‒ New Worlds, New Horizons  in Astronomy and Astrophysics, and The Sun to the Earth and Beyond 

(and its successor Solar and Space Physics Decadal Survey to be released in Spring 2012) ‒ as well 

as  the  recent NSF  sponsored Workshop  on  the  Future  of Ground‐based  Solar  Physic.    The NSO 

science vision is focused on the basic question1 of how the Sun creates and evolves its magnetic 

field:    to  understand  the  fundamental  physics  and  its manifestations  in  other  astrophysical 

settings, and  how this violent activity impacts the solar system and Earth while also helping to 

shield humanity from dangerous galactic cosmic particles. The NSO vision of societal benefits 

and  impacts  centers on  research  leading  to a predictive  capability  for variations of  the Sunʹs 

radiative  and  eruptive  outputs  and  planetary  effects2.  The  NSO  vision  is  founded  upon 

community‐based research objectives and requirements, and enables effective responses to new 

discoveries, synergistic research with planned and future space missions, and testing the results 

of advanced numerical models of solar phenomena.  

 

To  achieve  this  vision  for  the  solar  research  community, NSO  is  replacing  its  50+  year  old 

facilities with major new observational capabilities. The range of observational capabilities that 

will  be  available  in  2020  ‒  2025  includes world‐leading  high‐resolution  observations  of  the 

vector magnetic field,  thermal and dynamic structure of the solar surface and atmosphere, and 

measurements of structure and dynamics of  the solar  interior,   both  for short‐term and solar‐

cycle‐long  time periods. These  capabilities will  be provided  by  the  high‐resolution Advanced 

Technology  Solar  Telescope  (ATST)  and  moderate‐resolution,  nearly  continuous  (ʺsynopticʺ) 

observations of the full solar disk through the NSO Integrated Synoptic Program (NISP).  

 

NSO in 2020 and beyond will enable the community to: 

1. Clearly  resolve  fundamental  magnetic  structure  and  processes  in  space  and  time,  and 

achieve  high  photon  flux  for  accurate,  precise  measurements  of  physical  parameters 

throughout the solar atmosphere4; 

                                                      1See NSO 2012‐2016 Long Range Plan for science goals (http://www.nso.edu/reports) 2NWNH, p. 64 3 NWHH, pp. 29, 37,38, 60,61, 115 4 NWHH, p. 64 

Page 77: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

71    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

2. Study  the drivers and manifestations of  the  long‐term, quasi‐cyclic,  inhomogeneous   and 

intermittent solar magnetic fields and flows; 

3. Resolve outstanding uncertainties in the abundance of atomic species; 

4. Understand space weather and climate as  they affect Earth,  the solar system, and space 

assets today5, and as a pathfinder for the study of exo‐planet habitability; 

5. Prepare the next diverse generation of solar researchers; and, 

6. Carry out  coordinated  investigations with  solar  space‐based missions using NSO’s  robust 

and adaptable capabilities. 

 

To achieve this, the NSO will in priority order: 

1. Operate and enhance the ATST, currently under development; and 

2. Operate and enhance the multi‐site NISP 

 

To continue NSO’s engagement in education and outreach NSO will6:  

1. Conduct a vigorous training program for undergraduate, graduate, thesis students, and 

postdoctoral fellows; 

2. Provide  research  experience  and  science  training  for middle  school  and  high  school 

teachers; 

3. Conduct public outreach through  its visitor center, tours, classroom talks and displays; 

and, 

4. Increase  its  efforts  to  establishing  a  more  diverse  NSO  staff  and  bringing 

underrepresented minorities into science and engineering in general. 

 

Failure to build ATST or a serious delay in its construction would create a significant gap in US 

solar astronomy. We would lose the capability to probe the physics of solar magnetic fields on 

spatial  and  temporal  scales  that  are  critical  (according  to  both  theory  and  observation)  for 

understanding the energy balance of the Sun (and stars) and solar activity that  impacts Earth. 

While  space missions provide a  complementary part of  the  required  capability, a permanent 

space‐borne 4m class telescope with the necessary functionality and flexibility is not affordable.  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

             5 NWNH, p. 29: Serving the Nation 6 NWNH, Chapter 4 

 

Page 78: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

72    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

APPENDIX B:  OBSERVING AND USER STATISTICS 

(OCTOBER 1, 2012 ‐ SEPTEMBER 30, 2013) 

 

In the 12 months ended 30 September 2013, 64 observing programs, which included 11 thesis 

programs, were carried out at NSO.   Associated with these programs were 67 scientists, students 

and technical staff from 27 US and foreign institutions.   

 

 *IncludesobservingprogramsconductedbyAURAstaffscientists. 

  

 

 **Note: Total number of institutions represented by users do not includeDepartmentsordivisionwithinaninstitutionasseparateentities(e.g.,U.S.Air Force and NASA are each counted as one institution even thoughdifferentsites/bases/centersareseparatelylistedinthedatabase.

   

   

12 Months Ended September 2013 Nbr % Total

Programs (US, involving 2 non-thesis grad students) 50 78%

Programs (non-US, involving 1 non-thesis grad student) 3 5%

Thesis (US, involving 10 grad students) 8 13%Thesis (non-US, involving 5 grad students) 3 5%

Total Number of Unique Science Projects* 64 100%

NSO Observing Programs by Type(US and Foreign)

AURA StaffUS Non-US Total % Total

PhDs 33 18 51 76% 17

Graduate Students 6 8 14 21% 0

Undergraduate Students 0 0 0 0% 0Other 2 0 2 3% 14

Total Users 41 26 67 100% 31

Users of NSO Facilities by CategoryVisitors

US Non-US Total % Total

Academic 12 7 19 70%

Non-Academic 4 4 8 30%

Total Academic & Non-Academic 16 11 27 100%

Institutions Represented by Visiting Users**

Belgium 2 Italy 7

Germany 7 Mexico 1

Ireland, UK 9 United States 72

Number of Users by Nationality  

Institutions Represented by Users Foreign Institutions (11)

Armagh Observatory, University of Sheffield INAF - Arcetri Astrophysical Observatory INAF, Instituto di Fisica dello Spazio Interplanetario Katholieke Universiteit Leuven Leibniz Institute for Astrophysics Potsdam (AIP) Max-Planck-Institut für Aeronomie Queen's University Belfast Universidad de Monterrey, Mexico University of Köln, Germany University of Naples, Osservatorio Astron. di Capodimonte University of Rome "Tor Vergata" US Institutions (16)

Alfred University California State University, Northridge Edinboro University High Altitude Observatory, NCAR, Boulder Lockheed-Martin Solar & Astrophysics Laboratory Montana State University NASA/Ames Research Center NASA/Goddard Space Flight Center (NASA/GSFC) New Jersey Institute of Technology New Mexico State University Salpointe Catholic High School University of Arizona University of Florida University of Colorado, CASA University of Hawaii, IFA University of Texas-Austin, McDonald Observatory US Air Force/Philips Lab (USAF/PL/GSS)

Page 79: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

73    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

FY 2013 USER STATISTICS – TELESCOPE USAGE & PERFORMANCE DATA   

In  the  fiscal  year  ended  30  September  2013,  40.5%  of  the  total  available  telescope  hours  at 

NSO/Sacramento Peak and NSO/Kitt Peak went to the observing programs of visiting principal 

investigators;  18.7% were  devoted  to  those  of NSO  scientists.  Scheduled maintenance  (including 

instrument tests, engineering, and equipment changes) accounted for 3.5% of total allotted telescope 

hours. 

 

Total ʺdowntimeʺ (hours lost to weather and equipment problems) for NSO telescopes was 37.3%. A 

significant portion of these lost observing hours were due to bad weather (33.0%), with 4.3% lost to 

equipment problems. 

 

  

 aIncludessynopticprogramsforwhichalldataaremadeavailableimmediatelytothepublicandscientificcommunityatlarge.bFormerlytheKittPeakVacuumTelescope(KPVT).cDuringFY12,theFTSwasmovedoutoftheMcMath‐PierceFacilityandtoauniversitycampus.*Totalsincludebothdayandnighthours.(Allothersaredayonly.)  

% DISTRIBUTION OF TELESCOPE HOURSALL NSO TELESCOPES

Maintenance 3.53%

Visitorsa

40.53%

Staff 18.65%

Weather32.95%

Equipment4.34%

% Hrs. Lost To:Hours

Scheduled Visitorsa Staff Weather Equipment Scheduled Maintenance

Dunn Solar Telescope/SP 3,774.0 19.6% 27.9% 34.0% 2.4% 16.1%McMath-Pierce* 5,316.0 30.1% 40.5% 24.7% 4.7% 0.0%KP SOLIS Towera,b 6,024.0 64.5% 0.0% 29.5% 6.0% 0.0%FTS Labc* 0.0 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%Evans Solar Facility 2,064.0 35.6% 0.0% 62.5% 1.9% 0.0%Hilltop Dome 0.0 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.0%

All Telescopes 17,178.0 40.5% 18.7% 32.9% 4.3% 3.5%

NSO TELESCOPESPercent Distribution of Telescope Hours

(Scheduled vs. Downtime)01 October 2012 - 30 September 2013

Telescope% Hours Used By: % Hours Lost To:

Page 80: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

74    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

FY 2013 USER STATISTICS – ARCHIVES & DATA BASES 

(October 1, 2012 ‐ September 30, 2013)  

All  statistics  exclude  the  use  of NSO  archives  and  data  bases  from within  the NSO  Local Area 

Network in Tucson and at Sac Peak, and from AURA/NOAO as a whole. 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0.0

1,000.0

2,000.0

3,000.0

4,000.0

5,000.0

6,000.0

7,000.0

GB

ytes

U.S. Science (.gov, .edu, .mil)Other U.S. (.com, .net, misc.)ForeignUnresolved

DATA (Gbytes) DOWNLOADED FROM NSO FTP & WWW SITES 01 October 2012 - 30 September 2013

Domain GbytesU.S. Science (.gov, .edu, .mil ) 6,556.3Other U.S. (.com, .net, misc. ) 662.4Foreign 3,152.8Unresolved 1.4 TOTAL 10,372.8

Site Product Type Gbytes %

T NISP/GONG Helioseismology 3,599.92 35.488%T NISP/GONG (Magnetograms, spectra, time series, frequencies) 3,431.63 33.829%T NISP/GONG H-alpha 2,273.57 22.413%T NISP/SOLIS (VSM, ISS, FDP) 635.94 6.269%

SP & T Other 103.57 1.021%T FTS (Spectral atlases, general archive) 66.00 0.651%

SP Staff Pages 17.42 0.172%SP Press Releases 6.58 0.065%T KPVT (magnetograms, synoptic maps, helium images) 3.98 0.039%T Evans/SP Spectroheliograms (Hα, Calcium K images) 2.90 0.029%

SP General Information 1.72 0.017%SP DST Service Mode Support 0.75 0.007%

SP SMEI Experiment & Data Pages 0.03 0.000%SP Icon & Background Images 0.03 0.000%

TOTAL 10,144.04 100.000%

PRODUCT DISTRIBUTION BY DOWNLOADED GBYTES 01 October 2012 - 30 September 2013

pris
Typewritten Text
Page 81: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

75    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

 APPENDIX C:  ORGANIZATIONAL PARTNERSHIPS 

C1.  Community Partnerships and NSO Leadership Role 

Through  its operation of  the majority of US ground‐based solar  facilities and  its ongoing synoptic 

programs, NSO is clearly important to the solar community.   In turn, NSO must work closely with 

the solar community and provide leadership to strengthen solar research, renew solar facilities and 

to  develop  the  next  generation  of  solar  instrumentation.  Recent  examples  of NSO meeting  this 

responsibility include the addition of rapid magnetograms and Hα images to GONG; development 

of solar adaptive optics and multi‐conjugate adaptive optics for both NSO and university telescopes; 

development  of  infrared  observing  capabilities  in  collaboration  with  the  University  of  Hawaiʻi, California  State  University‐Northridge,  and  NASA;  leading  the    development  of  SPINOR  in 

collaboration with HAO, and participating in IBIS with Arcetri Observatory, and ROSA with Queens 

University Belfast.  Table C.1 lists several ongoing joint projects and development efforts.  NSO will continue to work closely with the ATST Science Working Group and the community to 

develop a sound operations plan for exploiting the full potential of the ATST. 

 

  NSO sponsored several community workshops and forged an alliance of 22  institutions  to develop a 

proposal for the design of the ATST and its instrumentation.  NSO worked closely with this group 

in  leading  the successful completion of  the design and  transition  to construction of  the  telescope. 

Beginning  in 2009,  the ATST project began a  series of workshops on ATST  science operations  to 

provide guidance for developing a sound plan for exploiting the full potential of the ATST. 

Table C.1. Joint Development Efforts Telescope/Instrument/Project Collaborators

Advanced Technology Solar Telescope (ATST) HAO, U. Hawaiʻi, U. Chicago, NJIT, Montana State U., Princeton U., Harvard/Smithsonian CfA, UC-San Diego, UCLA, U. Colorado, NASA/GSFC, NASA/MSFC, Caltech, Michigan State U., U. Rochester, Stanford U., Lockheed-Martin, Southwest Research Institute, NorthWest Research Associates, Cal State Northridge

Adaptive Optics, Multi-Conjugate AO NJIT, Kiepenheuer Institute, AFRL Diffraction-Limited Spectro-Polarimeter ((DLSP) HAO Spectropolarimeter for Infrared and Optical Regions (SPINOR) HAO Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere (ROSA) Instrument

Queen’s University, Belfast

Narrowband Filters and Polarimeters Arcetri Observatory, Kiepenheuer Institute Synoptic Solar Measurements USAF/AFRL, NASA IR Spectrograph and Cameras U. Hawaiʻi, Cal State Northridge, NJIT Advanced Image Slicer & Integral Field Unit Cal State Northridge Virtual Solar Observatory NASA, Stanford, Montana State, Harvard-SAO H-alpha Imaging System (GONG) Air Force Weather Agency (AFWA)/AFRL

Page 82: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

76    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

C2.  Operational Partnerships 

NSO’s strategic planning embraces the interdisciplinary nature and dual objectives of solar physics in 

that  it  is  both  basic  science  and  applied  research. Likewise, NSO’s  relationships  to  its  users  reflect  the 

diversity  and  richness  of  the  communities  they  represent—solar  and  stellar  astronomy,  space  plasma 

physics,  solar‐terrestrial  relationships,  space weather  prediction,  terrestrial  atmospheric  chemistry, 

and more. Table C.2 is a summary of the current partnerships that provide operational support.  NSO’s  long‐standing  relationship with  the US Air Force space science group will continue  into  the 

ATST era.   The Air Force Research Laboratory (AFRL) and its Office of Scientific Research (AFOSR) 

have  indicated  a desire  to keep  their basic  solar  research program  colocated with NSO.   They  are 

contributing  to  the ATST project  through  their mirror coating chamber and are  looking  for ways  to 

support ATST detector development.   Currently, NSO is vigorously pursuing other partnerships.   It 

has  had  discussions  with  many  organizations  and  has  received  letters  of  intent  from  several 

institutions  to  support  ATST  construction.    These  include  organizations  in  Germany;  the United 

Kingdom;  a  consortium  of  the Netherlands,  Sweden,  and Norway;  and  the US Air  Force.   Other 

potential partnerships include Italy, Japan, Spain, and Canada. Scientists from Italy, Japan, and Spain 

are  currently  involved  on  the ATST  Science Working Group.   NSO  has  formed  a  close working 

relationship with the University of Hawai‘i for ATST operations and expects other partners to have some involvement in operations as well. 

   NISP  is  actively  seeking  operational  partnerships  with  members  of  the  space  environment 

community, including international partnerships for site operations and data processing.  The Air 

Force has provided NISP/GONG with funds to add an Hα capability in anticipation of helping to 

fund GONG operations. 

Table C.2. Current NSO Partnerships

Partner Program

Air Force Research Laboratory - Solar activity research at NSO/SP; telescope operations; adaptive optics; instrument development; 5 scientists, including 1 postdoc, stationed at NSO/SP; daily coronal emission line measurements; provides operational funding for SP: $400K-Base and various amounts for instrument development.

- NSO/Tucson Farside ADAPT Project support (0.25 FTE).

Air Force Weather Agency Funded the addition of an H-alpha capability for GONG. Providing ~740K/year for GONG/Synoptic Program operations.

NASA - Funding for SOLIS Science Goals: Postdoctoral Research Associates (1.25 FTE); Instrument/Observing Specialist (0.5 FTE).

- McMath-Pierce: Support for Operation of the FTS (1.0 FTE); Upper Atmospheric Research; Solar-Stellar Research; Planetary Research.

- DST: Support for a Research Fellow for Hinode mission support (coordinated observations, science planning, mission operations, data analysis) (via Lockheed- Martin sub-award).

- GONG: 3.0 FTE Scientific Support; SDO/HMI Pipeline Development Support (0.7 FTE). - Virtual Solar Observatory Development Support (0.75 FTE). - Development of VSM advanced flux estimate map for next general model of the corona and solar wind (via SAIC sub-award).

- SHINE research support for 3 scientists at 0.17 FTE each. - SDO/GONG White-light flare study support via UC-Berkeley SSL sub-award (0.11 FTE) - Active Region Flaring Predictions using Helioseismology research support via CU-

Boulder sub-award (0.33 FTE).

Page 83: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

77    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

APPENDIX D:  PUBLICATIONS (OCTOBER 2012 THROUGH 

SEPTEMBER 2013) 

Author—NSO Staff         Author—REU 

  Author—RET      Author—Grad Student 

Author —Non‐REU Undergrad  

Refereed Publications  1. Alissandrakis, C., and Patsourakos, S., “Hot coronal loops associated with umbral brighten‐

ingsʺ, A&A 556: A79, 08/2013. 

2. Altrock, R. C., “Forecasting  the Maxima of Solar Cycle 24 with Coronal Fe XIV Emissionʺ,   

SoPh Online First, 01/2013. 

3. Amari, T., Aly, J.‐J., Canou, A., and Mikic, Z., “Reconstruction of the solar coronal magnetic 

field in spherical geometryʺ, A&A 553: A43, 05/2013. 

4. Antia, H. M., Chitre,  S.,  and Gough, D.,  “On  the magnetic  field  required  for  driving  the 

observed angular‐velocity variations in the solar convection zoneʺ, MNRAS 428: 470, 01/2013. 

5. Ayres,  T.  R.,  Lyons,  J.,  Ludwig, H‐G.,  Caffau,  E.,  and Wedemeyer‐Böhm,  S.,  “Is  the  Sun 

Lighter than the Earth? Isotopic CO in the Photosphere, Viewed through the Lens of Three‐

dimensional Spectrum Synthesisʺ, ApJ 765(1): 46, 03/2013. 

6. Baldner, C. S., Basu, S., Bogart, R. S., Burtseva, O., González Hernández,  I., Haber, D. A., 

Hill, F., Howe, R., Jain, K., Komm, R. W., et al., “Latest Results Found with Ring‐Diagram 

Analysisʺ, SoPh 287: 57, 10/2013. 

7. Banerji, M., McMahon,  R.  G.,  Hewett,  P.  C.,  Alaghband‐Zadeh,  S.,  Gonzalez‐Solares,  E., 

Venemans, B. P., and Hawthorn, M.  J., “Heavily  reddened quasars at z ~ 2  in  the UKIDSS 

Large Area Survey: a transitional phase in AGN evolutionʺ,   MNRAS 427: 2275, 12/2012. 

8. Berger, T. E., Liu, W., and Low, B. C., “SDO/AIA Detection of Solar Prominence Formation 

within a Coronal Cavityʺ, ApJL 758(2): L37, 10/2012. 

9. Bertello, L., Pevtsov, A. A., and Pietarila, A., “Signature of Differential Rotation in Sun‐as‐a‐Star CaII K Measurementsʺ, ApJ 761(1): 11, 12/2012. 

10. Bi, Y., Jiang, Y., Li, H., Hong, J., and Zheng, R., “Eruption of a Solar Filament Consisting of 

Two Threadsʺ, ApJ 758(1): 42, 10/2012. 

11. Birch, A. C., Braun, D. C., Leka, K. D., Barnes, G., and Javornik, B., “Helioseismology of Pre‐

emerging Active Regions. II. Average Emergence Propertiesʺ,   ApJ 762: 131, 01/2012, 2013. 

12. Bisoi,  S.  Kumar,  Janardhan,  P.,  Chakrabarty,  D.,  Ananthakrishnan,  S.,  and  Divekar,  A., 

“Changes  in Quasi‐periodic Variations of Solar Photospheric Fields: Precursor  to  the Deep 

Solar Minimum in Cycle 23?ʺ, SoPh Online First, 07/2013. 

13. Broiles, T. W., Desai, M.  I., Lee, C. O., and MacNeice, P.  J., “Radial evolution of  the  three‐

dimensional structure in CIRs between Earth and Ulyssesʺ, JGRA 118: 4776‐4792, 08/2013. 

Page 84: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

78    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

14. Burtseva, O., and Petrie, G. J. D., “Magnetic Flux Changes and Cancellation Associated with 

X‐Class and M‐Class Flaresʺ, SoPh 283(2): 429, 04/2013. 

15. Cameron, R. H., Dasi‐Espuig, M., Jiang, J., Işik, E., Schmitt, D., and Schüssler, M., “Limits to 

solar cycle predictability: Cross‐equatorial flux plumesʺ, A&A 557: A141, 09/2013.  

16. Cegla,  H.,  Shelyag,  S.,  Watson,  C.,  and  Mathioudakis,  M.,  “Stellar  Surface  Magneto‐

convection  as  a  Source  of  Astrophysical  Noise.  I.  Multi‐component  Parameterization  of 

Absorption Line Profilesʺ, ApJ 763(2): 95, 02/2013. 

17. Choudhary, D. P., Gosain, S., Gopalswamy, N., Manoharan, P. K., Chandra, R., Uddin, W., 

Srivastava,  A.  K.,  Yashiro,  S.,  Joshi,  N.  C.,  Kayshap,  P.,  et  al.,  “Flux  emergence,  flux 

imbalance, magnetic free energy and solar flaresʺ, AdSpR 52: 1561, 10/2013. 

18. Chowdhury, P., Choudhary, D. P., and Gosain, S., “A Study of the Hemispheric Asymmetry 

of Sunspot Area during Solar Cycles 23 and 24ʺ, ApJ 768(2): 188, 05/2013. 

19. Civiš,  S.,  Ferus,  M.,  Chernov,  V.,  and  Zanozina,  E.,  “Infrared  transitions  and  oscillator 

strengths of Ca and Mgʺ, A&A 554: A24, 06/2013.  

20. Cranmer,  S. R., van Ballegooijen, A. A.,  and Woolsey, L. N.,  “Connecting  the  Sunʹs High‐

resolution Magnetic Carpet to the Turbulent Heliosphereʺ, ApJ 767(2): 125, 04/2013. 

21. Criscuoli, S., “Comparison of Physical Properties of Quiet and Active Regions  through  the 

Analysis of MHD Simulations of the Solar Photosphere ʺ, ApJ 778(1): 27, 11/2013. 

22. Criscuoli, S., Del Moro, D., Giannattasio, F., Viticchié, B., Giorgi, F., Ermolli, I., Zuccarello, F., 

and  Berrilli,  F.,  “High  cadence  spectropolarimetry  of moving magnetic  features  observed 

around a poreʺ, A&A 546: 26, 10/2012. 

23. Criscuoli,  S.,  Ermolli,  I., Uitenbroek, H.,  and Giorgi,  F.,  “Effects  of Unresolved Magnetic 

Field on Fe I 617.3 and 630.2 nm Line Shapesʺ, ApJ 763(2): 144, 02/2013. 

24. de  la Cruz Rodríguez,  J., Rouppe van der Voort, L., Socas‐Navarro, H., and van Noort, M., 

“Physical  properties  of  a  sunspot  chromosphere  with  umbral  flashesʺ,  A&A  556:  A115, 

08/2013. 

25. de Toma, G., Chapman, G., Cookson, A., and Preminger, D., “Temporal Stability of Sunspot 

Umbral Intensities: 1986‐2012ʺ, ApJL 771(2): L22, 07/2013. 

26. DeForest, C. E., Howard, T. A., and Tappin, S.  J., “The Thomson Surface.  II. Polarizationʺ,   

ApJ 765: 44, 03/2013. 

27. Deland, M.,  and Marchenko,  S.,  “The  solar  chromospheric Ca  and Mg  indices  from Aura 

OMIʺ, JGRD 118: 3415, 04/2013. 

28. Deng, N., Tritschler, A.,  Jing,  J., Chen, X., Liu, C., Reardon, K. P., Denker, C., Xu, Y., and 

Wang, H., “High‐cadence and High‐resolution Hα Imaging Spectroscopy of a Circular Flareʹs 

Remote Ribbon with IBISʺ, ApJ 769(2): 112, 06/2013. 

29. Eckart, A., Mužić, K., Yazici, S., Sabha, N., Shahzamanian, B., Witzel, G., Moser, L., Garcia‐

Marin, M., Valencia‐S, M., Jalali, B., et al., “Near‐infrared proper motions and spectroscopy of 

infrared excess sources at the Galactic centerʺ, A&A 551: A18, 03/2013. 

Page 85: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

79    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

30. Eff‐Darwich, A.,  and Korzennik,  S. G.,  “The Dynamics  of  the  Solar Radiative Zoneʺ, SoPh 

287(1‐2): 43, 10/2013. 

31. Fischer, C. E., Keller, C. U., Snik, F., Fletcher, L., and Socas‐Navarro, H., “Unusual Stokes V 

profiles during flaring activity of a delta sunspotʺ, A&A 547: 34, 11/2012. 

32. Francile, C., Costa, A., Luoni, M., and Elaskar, S., “Hα Moreton waves observed on December 

06, 2006. A 2D case studyʺ, A&A 552: A3, 04/2013. 

33. Giersch, O., “GONG Inter‐site Hα Flare Comparisonʺ, JPhCS 440(1): 2006, 06/2013. 

34. González Hernández, I., Díaz Alfaro, M., Jain, K., Tobiska, W. K., Braun, D. C., Hill, F., and 

Pérez Hernández, F.,  “A Full‐Sun Magnetic  Index  from Helioseismology  Inferencesʺ, SoPh 

Online First, 07/2013. 

35. Gosain, S.,  and  Foullon, C.,  “Dual Trigger  of Transverse Oscillations  in  a Prominence  by 

EUV Fast and Slow Coronal Waves: SDO/AIA and STEREO/EUVI Observationsʺ, ApJ 761(2): 

103, 12/2012. 

36. Gosain, S.,  and Pevtsov, A. A.,  “Resolving Azimuth Ambiguity Using Vertical Nature  of 

Solar Quiet‐Sun Magnetic Fieldsʺ, SoPh 283(1): 195, 03/2013. 

37. Gosain, S., Pevtsov, A. A., Rudenko, G. V., and Anfinogentov, S. A., “First Synoptic Maps of 

Photospheric  Vector  Magnetic  Field  from  SOLIS/VSM:  Non‐radial  Magnetic  Fields  and 

Hemispheric Pattern of Helicityʺ, ApJ 772(1): 52, 07/2013. 

38. Gosain, S., Schmieder, B., Artzner, G., Bogachev, S., and Török, T., “A Multi‐spacecraft View 

of a Giant Filament Eruption during 2009 September 26/27ʺ, ApJ 761(1): 25, 12/2012. 

39. Gough,  D.,  “Commentary  on  a  putative magnetic  field  variation  in  the  solar  convection 

zoneʺ, MNRAS 435(4): 3148, 11/2013. 

40. Greco, V., and Cavallini, F., “Optical design of a near‐infrared imaging spectropolarimeter for 

the ATSTʺ, OptEng 52: 063001, 06/2013. 

41. Harker, B. J., “Parameter‐free Automatic Solar Active Region Detection by Hermite Function 

Decompositionʺ, ApJSS 203: 7, 11/2012. 

42. Hesman, B. E., Bjoraker, G. L., Sada, P. V., Achterberg, R. K., Jennings, D. E., Romani, P. N., 

Lunsford,  A. W.,  Fletcher,  L.,  Boyle,  R.  J.,  Simon‐Miller,  A.  A.,  et  al.,  “Elusive  Ethylene 

Detected in Saturnʹs Northern Storm Regionʺ, ApJ 760: 24, 11/2012. 

43. Hinkle, K. H., Wallace,  L., Ram, R.  S.,  Bernath,  P.  F.,  Sneden, C.,  and  Lucatello,  S.,  “The 

Magnesium Isotopologues of MgH in the A 2^Π‐X 2^Σ+ Systemʺ, ApJS 207(2): 26, 08/2013. 

44. Howard, T. A., Tappin, S.  J., Odstrčil, D., and DeForest, C. E., “The Thomson Surface.  III. 

Tracking Features in 3Dʺ, ApJ 765: 45, 03/2013. 

45. Howe, R., Christensen‐Dalsgaard, J., Hill, F., Komm, R. W., Larson, T. P., Rempel, M., Schou, 

J., and Thompson, M. J., “The High‐latitude Branch of the Solar Torsional Oscillation  in the 

Rising Phase of Cycle 24ʺ, ApJL 767: L20, 04/2013. 

Page 86: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

80    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

46. Howe,  R.,  Jain,  K.,  Bogart,  R.  S.,  Haber,  D.  A.,  and  Baldner,  C.  S.,  “Two‐Dimensional 

Helioseismic Power, Phase, and Coherence Spectra of SDO Photospheric and Chromospheric 

Observablesʺ, SoPh 281(2): 533, 12/2012. 

47. Iorio, L., “Constraining  the Angular Momentum of  the Sun with Planetary Orbital Motions 

and General Relativityʺ, SoPh 281: 815, 12/2012. 

48. Javaraiah, J., “A Comparison of Solar Cycle Variations in the Equatorial Rotation Rates of the 

Sunʹs Subsurface, Surface, Corona, and Sunspot Groupsʺ,   SoPh 287(1‐2): 197‐214, 10/2013. 

49. Jess, D. B., De Moortel, I., Mathioudakis, M., Christian, D. J., Reardon, K. P., Keys, P. H., and 

Keenan, F. P., “The Source of 3 Minute Magnetoacoustic Oscillations  in Coronal Fansʺ, ApJ 

757: 160, 10/2012. 

50. Jiang, Y., Hong, J., Yang, J., Bi, Y., Zheng, R., Yang, B., Li, H., and Yang, D., “Partial Slingshot 

Reconnection between Two Filamentsʺ, ApJ 764: 68, 02/2013. 

51. Jin, C. L., Harvey, J. W., and Pietarila, A., “Synoptic Mapping of Chromospheric Magnetic 

Fluxʺ, ApJ 765(2): 79, 03/2013. 

52. Johnstone,  B. M.,  Petrie, G.  J. D.,  and  Sudol,  J.  J.,  “Abrupt  Longitudinal Magnetic  Field 

Changes and Ultraviolet Emissions Accompanying Solar Flaresʺ, ApJ 760(1): 29, 11/2012. 

53. Joshi, N. C., Uddin, W., Srivastava, A. K., and et al., “A multiwavelength study of eruptive 

events  on  January  23,  2012  associated with  a major  solar  energetic particle  eventʺ, AdSpR 

52(1): 1, 07/2013. 

54. Karachik, N. V.,  and Pevtsov, A. A.,  “Properties of Magnetic Neutral Line Gradients  and 

Formation of Filamentsʺ, SoPh Online First, 08/2013. 

55. Keys, P. H., Mathioudakis, M.,  Jess, D. B.,  Shelyag,  S., Christian, D.  J.,  and Keenan,  F. P., 

“Tracking magnetic  bright  point motions  through  the  solar  atmosphereʺ, MNRAS  428(4): 

3220, 02/2013. 

56. Kholikov, S., ʺA Search for Helioseismic Signature of Emerging Active Regionsʺ, SoPh 287(1‐

2): 229, 10/2013.  

57. Kholikov, S., and Hill, F., “Meridional Flow Measurements from Global Oscillation Network 

Groupʺ, SoPh Online First, 09/2013. 

58. Kirk, M. S., Balasubramaniam, K. S.,  Jackiewicz,  J., McNamara, B.  J., and McAteer, R. T.  J., 

“An  Automated  Algorithm  to  Distinguish  and  Characterize  Solar  Flares  and  Associated 

Sequential Chromospheric Brighteningsʺ, SoPh 283(1): 97, 03/2013. 

59. Kleint,  L.,  and  Sainz  Dalda,  A.,  “Unusual  Filaments  inside  the  Umbraʺ,  ApJ  770(1):  74, 

06/2013. 

60. Ko, Y‐K., Tylka, A.  J., Ng, C. K., Wang, Y‐M., and Dietrich, W. F., “Source Regions of  the 

Interplanetary  Magnetic  Field  and  Variability  in  Heavy‐ion  Elemental  Composition  in 

Gradual Solar Energetic Particle Eventsʺ, ApJ 776(2): 92, 10/2013. 

61. Komm, R. W., Gosain, S., and Pevtsov, A. A., “Active Regions with Superpenumbral Whirls 

and Their Subsurface Kinetic Helicityʺ, SoPh Online First, 01/2013. 

Page 87: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

81    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

62. Korngut, P. M., Renbarger, T., Arai, T., Battle, J., Bock, J., Brown, S. W., Cooray, A., Hristov, 

V., Keating, B., Kim, M. G., et al., “The Cosmic  Infrared Background Experiment  (CIBER): 

The Narrow‐Band Spectrometerʺ, ApJS 207: 34, 08/2013. 

63. Korzennik, S. G., and Eff‐Darwich, A., “Mode Frequencies from 17, 15 and 2 Years of GONG, 

MDI, and HMI Dataʺ, JPhCS 440(1): 2015‐, 06/2013. 

64. Korzennik, S. G., Rabello‐Soares, M. C., Schou, J., and Larson, T., “Accurate characterization 

of high‐degree modes using MDI dataʺ, JPhCS 440(1): 012016, 06/2013. 

65. Kramar,  M.,  Inhester,  B.,  Lin,  H.,  and  Davila,  J.,  “Vector  Tomography  for  the  Coronal 

Magnetic Field. II. Hanle Effect Measurementsʺ, ApJ 775(1): 25, 09/2013. 

66. Kretzschmar, M., Dominique, M., and Dammasch, I., “Sun‐as‐a‐Star Observation of Flares in 

Lyman α by the PROBA2/LYRA Radiometerʺ, SoPh 286: 221, 08/2013. 

67. Kuridze, D., Mathioudakis, M., Kowalski, A. F., Keys, P. H., Jess, D. B., Balasubramaniam, K. 

S., and Keenan, F. P., “A Failed Filament Eruption Inside a Coronal Mass Ejection in Active 

Region 11121ʺ, A&A 552: A55, 04/2013. 

68. Lam, H.  ‐ L., Boteler, D. H., Burlton, B., and Evans,  J., “Anik‐E1 and E2 satellite  failures of 

January 1994 revisitedʺ, SpWea 10: 10003, 10/2012. 

69. Lawler,  J. E., Guzman, A., Wood, M. P.,  Sneden, C.,  and Cowan,  J.  J.,  “Improved Log(gf) 

Values for Lines of Ti I and Abundance Determinations in the Photospheres of the Sun and 

Metal‐Poor  Star  HD  84937  (Accurate  Transition  Probabilities  for  Ti  I)ʺ,  ApJS  205(2):  11, 

04/2013. 

70. Lee, C. O., Arge, C. N., Odstrčil, D., Millward, G., Pizzo, V., Quinn, J. M., and Henney, C. J., 

“Ensemble Modeling of CME Propagationʺ, SoPh 285: 349, 07/2013. 

71. Leka, K. D., Barnes, G., Birch, A. C., González Hernández,  I., Dunn, T.,  Javornik, B.,  and 

Braun,  D.  C.,  “Helioseismology  of  Pre‐emerging  Active  Regions.  I.  Overview,  Data,  and 

Target Selection Criteriaʺ, ApJ 762(2): 130, 01/2013. 

72. Li,  B., Habbal,  S.  Rifai,  and  Chen,  Y.,  “The  Period  Ratio  for  Standing Kink  and  Sausage 

Modes in Solar Structures with Siphon Flow. I. Magnetized Slabsʺ, ApJ 767(2): 169, 04/2013. 

73. Liewer,  P.  C.,  González  Hernández,  I.,  Hall,  J.  R.,  Thompson,  W.  T.,  and  Misrak,  A., 

“Comparison  of  Far‐Side  STEREO  Observations  of  Solar  Activity  and  Active  Region 

Predictions from GONGʺ, SoPh 281(1): 3, 11/2012. 

74. Lites, B. W., Akin, D. J., Card, G. L., Cruz, T., Duncan, D.W., Edwards, C.G., Elmore, D. F., 

Hoffmann, C., Katsukawa, Y., Katz, N., et al., “The Hinode Spectro‐Polarimeterʺ, SoPh 283: 

579‐599, 04/2013. 

75. Liu, C., Xu, Y., Deng, N., Lee, J., Zhang, J., Choudhary, D. Prasad, and Wang, H., “He I D3 

Observations of the 1984 May 22 M6.3 Solar Flareʺ, ApJ 774(1): 60, 09/2013. 

76. Mackay, D., and Yeates, A., “The Sunʹs Global Photospheric and Coronal Magnetic Fields: 

Observations and Modelsʺ, LRSP 6, 11/2012. 

Page 88: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

82    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

77. Martínez Oliveros, J., Lindsey, C., Hudson, H. S., and Buitrago Casas, J., “Transient Artifacts 

in  a  Flare  Observed  by  the  Helioseismic  and  Magnetic  Imager  on  the  Solar  Dynamics 

Observatoryʺ, SoPhys: Online First, 08/2013. 

78. Mathioudakis, M., Jess, D. B., and Erdélyi, R., “Alfvén Waves in the Solar Atmosphere. From 

Theory to Observationsʺ, SSRv 175(1): 1, 06/2013. 

79. Morton,  R.  J.,  Verth,  G.,  Fedun,  V.,  Shelyag,  S.,  and  Erdélyi,  R.,  “Evidence  for  the 

Photospheric Excitation of Incompressible Chromospheric Wavesʺ, ApJ 768(1): 17, 05/2013. 

80. Morton, R.  J., Verth, G.,  Jess, D. B., Kuridze, D., Ruderman, M.  S., Mathioudakis, M.,  and 

Erdélyi,  R.,  “Observations  of  ubiquitous  compressive waves  in  the  Sunʹs  chromosphereʺ,   

Nature Communications 3: 1315, 12/2012. 

81. Nagovitsyn, Y. A., Pevtsov, A. A., and Livingston, W. C., “On a Possible Explanation of the 

Long‐term Decrease in Sunspot Field Strengthʺ, ApJL 758: L20, 10/2012. 

82. Nelson,  C.  J.,  Doyle,  J.  G.,  Erdélyi,  R.,  Huang,  Z., Madjarska, M.  S., Mathioudakis, M., 

Mumford, S.  J., and Reardon, K. P., “Statistical Analysis of Small Ellerman Bomb Eventsʺ,   

SoPh 283(2): 307, 04/2013. 

83. Nikitin,  A.,  Brown,  L.,  Sung,  K.,  Rey, M.,  Tyuterev,  V.,  Smith, M.A.H.,  and Mantz,  A., 

“Preliminary modeling of CH3D from 4000 to 4550 cm‐1ʺ,  JQSRT 114: 1, 01/2013. 

84. Norquist,  D.  C.,  “Forecast  performance  assessment  of  a  kinematic  and  a magnetohydro‐

dynamic solar wind modelʺ, SpWea 11: 17‐33, 01/2013. 

85. Nuevo,  F. A.,  Huang,  Z.,  Frazin,  R.,  Manchester,  W.  B.,  Jin,  M.,  and  Vásquez,  A.  M., 

“Evolution of  the Global Temperature Structure of  the Solar Corona during  the Minimum 

between Solar Cycles 23 and 24ʺ, ApJ 773: 9, 08/2013. 

86. Pereira, T. M. D., Asplund, M., Collet, R., Thaler, I., Trampedach, R., and Leenaarts, J., “How 

realistic are solar model atmospheres?ʺ, A&A 554: A118, 06/2013. 

87. Petrie, G. J. D., “Evolution of Active and Polar Photospheric Magnetic Fields During the Rise 

of Cycle 24 Compared to Previous Cyclesʺ, SoPh 281(2): 577, 12/2012. 

88. Petrie,  G.  J.  D.,  “Solar  Magnetic  Activity  Cycles,  Coronal  Potential  Field  Models  and 

Eruption Ratesʺ, ApJ 768(2): 162, 05/2013. 

89. Petrie,  G.  J.  D.,  and  Haislmaier,  K.  J.,  “Low‐latitude  Coronal  Holes,  Decaying  Active 

Regions, and Global Coronal Magnetic Structureʺ, ApJ 775: 100, 10/2013. 

90. Pevtsov, A. A., Bertello, L., and Uitenbroek, H., “On Possible Variations of Basal Ca  II K Chromospheric Line Profiles with the Solar Cycleʺ, ApJ 767(1): 56, 04/2013. 

91. Pevtsov, A. A., Bertello, L., Tlatov, A. G., Kilcik, A., Nagovitsyn, Y. A., and Cliver, E. W., 

“Cyclic and Long‐Term Variation of Sunspot Magnetic Fieldsʺ, SoPh Online First, 01/2013. 

92. Pietarila, A., and Harvey, J. W., “Ca II 854.2 nm Bisectors and Circumfacular Regionsʺ, ApJ 

764(2): 153, 02/2013. 

93. Pietarila, A.,  and Pietarila‐Graham,  J.,  “Instrumental  and Observational Artifacts  in Quiet 

Sun Magnetic Flux Cancellation Functionsʺ, SoPh 282(2): 389, 02/2013. 

Page 89: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

83    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

94. Pietarila, A., Bertello, L., Harvey, J. W., and Pevtsov, A. A., “Comparison of Ground‐Based 

and Space‐Based Longitudinal Magnetogramsʺ, SoPh 282(1): 91, 01/2013. 

95. Potter, A. E., Killen, R. M., Reardon, K. P., and Bida, T. A., “Observation of neutral sodium 

above Mercury during the transit of November 8, 2006ʺ, Icar 226(1): 172‐185, 09/2013. 

96. Qiu,  J., Cheng,  J. X., Hurford, G.  J., Xu, Y.,  and Wang, H.,  “Solar  flare  hard X‐ray  spikes 

observed by RHESSI: a case studyʺ, A&A 547: A72, 11/2012. 

97. Richards, M. T., Agafonov, M. I., and Sharova, O. I., “New Evidence of Magnetic Interactions 

between Stars from Three‐dimensional Doppler Tomography of Algol Binaries: β PER and RS 

VULʺ, ApJ 760(1): 8, 11/2012. 

98. Richards, M. T., Hill, F., and Stassun, K. G., “No Evidence Supporting Flare‐Driven High‐

Frequency Global Oscillationsʺ, SoPh 281(1): 21, 11/2012. 

99. Riley, P., Linker, J. A., and Mikić, Z., “On the application of ensemble modeling techniques to 

improve ambient solar wind modelsʺ, JGRA 118: 600, 02/2013. 

100. Romano, P., Berrilli, F., Criscuoli, S., Del Moro, D., Ermolli,  I., Giorgi, F., Viticchié, B., and 

Zuccarello, F., “A Comparative Analysis of Photospheric Bright Points  in an Active Region 

and in the Quiet Sunʺ, SoPh 280: 407, 10/2012. 

101. Romano, P.,  Frasca, D., Guglielmino,  S. L., Ermolli,  I., Tritschler, A., Reardon, K. P.,  and 

Zuccarello,  F.,  “Velocity  and Magnetic  Field  Distribution  in  a  Forming  Penumbraʺ,  ApJL 

771(1): L3, 07/2013. 

102. Scargle, J. D., Keil, S. L., and Worden, S. P., “Solar Cycle Variability and Surface Differential 

Rotation from Ca II K‐line Time Series Dataʺ, ApJ 771(1): 33, 07/2013. 

103. Schad,  T.  A.,  Penn,  M.  J.,  and  Lin,  H.,  “He  I  Vector  Magnetometry  of  Field‐aligned 

Superpenumbral Fibrilsʺ, ApJ 768(2): 111, 05/2013. 

104. Schmieder,  B.,  Kucera,  T.  A.,  Knizhnik,  K.,  Luna,  M.,  Lopez‐Ariste,  A.,  and  Toot,  D., 

“Propagating Waves Transverse  to  the Magnetic Field  in  a Solar Prominence”, ApJ  777(2): 

108, 11/2013. 

105. Shayesteh, A., Ram, R. S., and Bernath, P. F., ʺFourier transform emission spectra of the A2Π 

→ X2Σ+ and B2Σ+ → X2Σ+ band systems of CaHʺ, JMoSp 288: 46, 06/2013. 

106. Shi,  X.  J.,  and  Xie,  J.  L.,  “The  Rotation  Profile  of  Solar  Magnetic  Fields  between  ±60° 

Latitudesʺ, ApJL 773(1): L6, 08/2013. 

107. Simoniello, R., Jain, K., Tripathy, S. C., Turck‐Chièze, S., Baldner, C. S., Finsterle, W., Hill, F., 

and Roth, M., “The Quasi‐biennial Periodicity as a Window on the Solar Magnetic Dynamo 

Configurationʺ, ApJ 765(2): 100, 03/2013. 

108. Simoniello,  R.,  Jain,  K.,  Tripathy,  S.  C.,  Turck‐Chièze,  S.,  Finsterle,  W.,  and  Roth,  M., 

“Seismic  comparison of  the  11‐  and  2‐year  cycle  signatures  in  the  Sunʺ, AN  333(10):  1018, 

12/2012. 

109. Sobotka, M., Švanda, M., Jurčák, J., Heinzel, P., and Del Moro, D., “Atmosphere above a large 

solar poreʺ, JPhCS 440(1): 012049, 06/2013. 

Page 90: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

84    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

110. Sornig, M.,  Sonnabend, G.,  Stupar, D., Kroetz, P., Nakagawa, H.,  and Mueller‐Wodarg,  I., 

“Venusʹ  upper  atmospheric  dynamical  structure  from  ground‐based  observations  shortly 

before and after Venusʹ inferior conjunction 2009ʺ, Icar 225: 828‐839, 07/2013. 

111. Sriramachandran,  P.,  and  Shanmugavel,  R.,  “Identification  of  Zirconium Oxide molecular 

lines in the sunspot umbral spectraʺ, NewA 17: 640‐645, 10/2012. 

112. Stenflo,  J.  O.,  “Solar magnetic  fields  as  revealed  by  Stokes  polarimetryʺ,  A&ARv  21:  66, 

09/2013. 

113. Tadesse,  T., Wiegelmann,  T.,  Inhester,  B.,  and  Pevtsov,  A.  A.,  “Coronal Magnetic  Field 

Structure and Evolution for Flaring AR 11117 and Its Surroundingsʺ, SoPh 281(1): 53, 11/2012. 

114. Tadesse, T., Wiegelmann, T.,  Inhester, B., MacNeice, P., Pevtsov, A. A., and Sun, X., “Full‐

disk nonlinear  force‐free  field extrapolation of SDO/HMI and SOLIS/VSM magnetogramsʺ,   

A&A 550: A14, 02/2013. 

115. Tadesse, T., Wiegelmann, T., MacNeice, P., and Olson, K., “Modeling coronal magnetic field 

using spherical geometry: cases with several active regionsʺ, ApSS 347: 21‐27, 09/2013. 

116. Tadesse, T., Wiegelmann, T., MacNeice, P.,  Inhester, B., Olson, K., and Pevtsov, A. A., “A 

Comparison Between Nonlinear Force‐Free Field and Potential Field Models Using Full‐Disk 

SDO/HMI Magnetogramʺ, SoPh Online First, 09/2013. 

117. Tappin, S. J., and Altrock, R. C., “The Extended Solar Cycle Tracked High into the Coronaʺ,   

SoPh 282(1): 249, 01/2013. 

118. Tlatov, A. G.,  and Pevtsov, A. A.,  “Bimodal Distribution  of Magnetic Fields  and Areas  of 

Sunspotsʺ, SoPh Online First, 08/2013. 

119. Tripathy, S. C.,  Jain, K.,  and Hill,  F.,  “Acoustic Mode Frequencies  of  the  Sun during  the 

Minimum Phase between Solar Cycles 23 and 24ʺ, SoPh 282(1): 1, 01/2013. 

120. Tripathy, S. C., Jain, K., Howe, R., Bogart, R. S., and Hill, F., “Helioseismic analysis of active 

regions using HMI and AIA dataʺ, AN 333: 1013, 12/2012. 

121. Vieytes, M.,  and  Fontenla,  J. M.,  “Improving  the Ni  I Atomic Model  for  Solar  and  Stellar 

Atmospheric Modelsʺ, ApJ 769: 103, 06/2013. 

122. Wang, H., and Liu, C., “Circular Ribbon Flares and Homologous Jetsʺ, ApJ 760: 101, 12/2012. 

123. Wiedenbeck, M., Mason, G., Cohen, C.M.S., Nitta, N., Gómez‐Herrero, R., and Haggerty, D., 

“Observations  of  Solar  Energetic  Particles  from  3He‐rich  Events  over  a Wide  Range  of 

Heliographic Longitudeʺ, ApJ 762(1): 54, 01/2012, 2013. 

124. Wood, M. P., Lawler, J. E., Sneden, C., and Cowan, J. J., “Improved Ti II Log(gf) Values and 

Abundance Determinations  in the Photospheres of the Sun and Metal‐Poor Star HD 84937ʺ,   

ApJS 208: 27, 10/2013. 

125. Wright,  J. T., Roy, A., Mahadevan, S., Wang, S. X., Ford, E. B., and et al., “MARVELS‐1: A 

Face‐on  Double‐lined  Binary  Star  Masquerading  as  a  Resonant  Planetary  System  and 

Consideration  of Rare  False  Positives  in Radial Velocity  Planet  Searchesʺ, ApJ  770(2):  119, 

06/2013. 

Page 91: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

85    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

126. Xie, H.,  St. Cyr, O. C., Gopalswamy, N., Odstrčil, D.,  and Cremades, H.,  “Understanding 

shock dynamics  in the  inner heliosphere with modeling and type II radio data: A statistical 

studyʺ, JGRA 118(8): 4711, 08/2013. 

127. Yan, X. L., Pan, G. M., Liu, J. H., Qu, Z. Q., Xue, Z. K., Deng, L. H., Ma, L., and Kong, D. F., 

“The Contraction of Overlying Coronal Loop and the Rotating Motion of a Sigmoid Filament 

during Its Eruptionʺ, AJ 145: 153, 06/2013. 

128. Yeates,  A.  R.,  “Coronal  Magnetic  Field  Evolution  from  1996  to  2012:  Continuous  Non‐

potential Simulationsʺ, SoPh Online First, 04/2013. 

129. Zhilyaev, B. E., Verlyuk,  I. A., Andreev, M. V., and et al., “Observations of high‐frequency 

variability  in  the  chromospherically  active  star  V390 Aurigaeʺ, MNRAS Advance Access, 

10/2013. 

 

Conference Proceedings and Other Publications 

1. Arge, C. N., Henney, C. J., González Hernández, I., Toussaint, W. A., Koller, J., and Godinez, 

H.  C.,  “Modeling  the  corona  and  solar  wind  using  ADAPT  maps  that  include  far‐side 

observationsʺ,      SOLAR  WIND  13:  Proceedings  of  the  Thirteenth  International  Solar  Wind 

Conference, AIP Conf Proc 1539: 11, 06/2013. 

2. Aschwanden,  M.  J.,  “Coronal  Seismology  with  ATSTʺ,  The  Second  ATST‐EAST  Meeting: 

Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 133, 12/2012. 

3. Ayres, T. R., Lyons,  J., Ludwig, H‐G., Caffau, E., and Wedemeyer‐Böhm, S., “Solar  carbon 

monoxide: poster child for 3D effectsʺ, MmSAI 24: 85, 00/2013. 

4. Barden, S. C., “The Simple Hyperspectral Imaging Polarimeter Conceptʺ, The Second ATST‐

EAST Workshop  in Solar Physics: Magnetic Fields  from  the Photosphere  to  the Corona, ASP Conf 

Ser 463: 453, 12/2012. 

5. Beck, C. A. R.,  and  Rezaei,  R.,  “Chromospheric Multi‐Wavelength Observations  near  the 

Solar Limb: Techniques and Prospectsʺ, The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields from 

the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 257, 12/2012. 

6. Berger, T. E., “The Prominence/Coronal Cavity System: a unified view of magnetic structures 

in the Solar coronaʺ, The Second ATST‐EAST Workshop in Solar Physics: Magnetic Fields from the 

Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 147, 12/2012. 

7. Bisoi, S. Kumar,  and  Janardhan, P.,  “Asymmetry  in  the periodicities of  solar photospheric 

fields:  A  probe  to  the  unusual  solar minimum  prior  to  cycle  24ʺ,  Solar  and  Astrophysical 

Dynamos and Magnetic Activity, IAUS 294: 85, 07/2013. 

8. Bisoi, S. Kumar, and Janardhan, P., “Peculiar behavior of solar polar fields during solar cycles 

21‐23: Correlation with meridional flow speedʺ,  Solar and Astrophysical Dynamos and Magnetic 

Activity, IAUS 294: 81, 07/2013. 

9. Bućík,  R., Mall,  U.,  Korth,  A., Mason,  G.,  and  Gómez‐Herrero,  R.,  “3He‐rich  SEP  events 

observed  by  STEREO‐Aʺ,  SOLAR WIND  13:  Proceedings  of  the  Thirteenth  International  Solar 

Wind Conference, AIP Conf Proc 1539: 139, 06/2013. 

Page 92: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

86    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

10. Burtseva, O., Tripathy, S. C., Bogart, R. S., Jain, K., Howe, R., Hill, F., and Rabello‐Soares, M. 

C.,  “Temporal  Variations  of  High‐Degree  Solar  p‐Modes  using  Ring‐Diagram  Analysisʺ,   

JPhCS 440: 012027, 06/2013. 

11. Cadavid, A. C., Lawrence, J. K., Christian, D. J., Jess, D. B., and Mathioudakis, M., “Turbulent 

Fluctuations  in G‐band  and K‐line  Intensities Observed with  the Rapid Oscillations  in  the 

Solar Atmosphere (ROSA) Instrumentʺ,  The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields from 

the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 75, 12/2012. 

12. Cauzzi,  G.,  and  Reardon,  K.  P.,  “The  IBIS  Mosaicʺ,  Science  with  Large  Solar  Telescopes, 

Proceedings of IAU Special Session 6: E5.11, 12/2012. 

13. Choudhary,  D.  P.,  and  Deng, N.,  “Photospheric  and  Chromospheric Measurements  of  a 

High‐Speed Flow near  the Light Bridge  of  a  δ  ‐Spotʺ, The Second ATST‐EAST Workshop  in 

Solar Physics: Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 43, 12/2012. 

14. Criscuoli, S., Ermolli, I., Uitenbroek, H., and Giorgi, F., “On the sensitivity of FeI 617.3 and 

630.2 nm line shapes to unresolved magnetic fieldsʺ, MmSAI 84: 335, 00/2013. 

15. Cristaldi,  A.,  Guglielmino,  S.  L.,  Zuccarello,  F.,  Ermolli,  I.,  Falco, M.,  and  Criscuoli,  S., 

“Small‐scale brightenings observed in active regions with SST and Hinodeʺ, MmSAI 84: 339, 

00/2013. 

16. Del  Moro,  D.,  Berrilli,  F.,  Stangalini,  M.,  Giannattasio,  F.,  Piazzesi,  R.,  Giovannelli,  L., 

Viticchié, B., Vantaggiato, M.,  Sobotka, M.,  Jurčák,  J.,  et  al.,  “IBIS: High‐Resolution Multi‐

Height  Observations  and  Magnetic  Field  Retrievalʺ,    The  Second  ATST‐EAST  Meeting: 

Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 33, 12/2012. 

17. Deng, N., Tritschler, A., Jing, J., Chen, X., Reardon, K. P., Liu, C., Xu, Y., and Wang, H., “H‐

alpha  Imaging Spectroscopy of a C‐class  flare with  IBISʺ, Science with Large Solar Telescopes, 

Proceedings of IAU Special Session 6, IAUS: E3.07, 12/2012. 

18. Elmore, D.  F.,  “ATST  Telescope Calibration:  Summary  of  Studies  and  their Conclusionsʺ,   

The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields  from  the Photosphere  to  the Corona, ASP Conf 

Ser 463: 307, 12/2012. 

19. Falco, M.,  Zuccarello,  F.,  Criscuoli,  S.,  Cristaldi,  A.,  Guglielmino,  S.  L.,  and  Ermolli,  I., 

“Sunspot evolution observed with SSTʺ, MmSAI 84: 345, 00/2013. 

20. González Hernández,  I., Komm, R. W.,  van Driel‐Gesztelyi, L., Baker, D., Harra, L.,  and 

Howe, R., “ Subsurface flows associated with non‐Joy oriented active regions: a case studyʺ,   

JPhCS 440: 012050, 06/2013. 

21. González Hernández, I., Lindsey, C., Braun, D. C., Bogart, R. S., Scherrer, P. H., and Hill, F., 

“Far‐side helioseismic maps: the next generationʺ, JPhCS 440: 012029, 06/2013. 

22. Gosain, S.,  Sankarasubramanian, K., Venkatakrishnan, P.,  and Raja Bayanna, A.,  “A New 

Technique  for Solar  Imaging Spectro‐polarimetry using Shack‐Hartmann and Fabry‐Pérotʺ,   

The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields  from  the Photosphere  to  the Corona, ASP Conf 

Ser 463: 301, 12/2012. 

23. Howe, R., Broomhall, A‐M., Chaplin, W.  J., Elsworth, Y., and  Jain, K., “Low‐degree multi‐

Page 93: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

87    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

spectral p‐mode fittingʺ, JPhCS 440: 012011, 06/2013. 

24. Jain, K., Tripathy, S. C., Basu, S., Bogart, R. S., González Hernández, I., Hill, F., and Howe, 

R.,  “Multi‐spectral  study  of  acoustic mode  parameters  and  sub‐surface  flowsʺ,  JPhCS  440: 

012012, 06/2013. 

25. Jain, K., Tripathy, S. C., Hill, F., and Larson, T., “Solar oscillations  in cycle 24 ascendingʺ,   JPhCS 440: 012023, 06/2013. 

26. Johnson, L. C., Upton, R., Rimmele, T. R., Hubbard, R. P., and Barden, S. C., “Active Optical Control  of  Quasi‐Static  Aberrations  for  ATSTʺ,  The  Second  ATST‐EAST Meeting: Magnetic 

Fields from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 315, 12/2012. 

27. Kirk, M. S., Balasubramaniam, K. S.,  Jackiewicz,  J., McAteer, R. T.  J., and McNamara, B.  J., 

“Sequential Chomospheric Brightening: An Automated Approach to Extracting Physics from 

Ephemeral Brighteningʺ, The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields from the Photosphere 

to the Corona, ASP Conf Ser 463: 267, 12/2012. 

28. Komm, R. W., González Hernández,  I., Harra, L., Baker, D.,  and  van Driel‐Gesztelyi, L., 

“Are subsurface flows and coronal holes related?ʺ, JPhCS 440: 012022, 06/2013. 

29. Marino,  J.,  and  Rimmele,  T.  R.,  “Expected  Performance  of  Adaptive  Optics  in  Large 

Aperture  Solar  Telescopesʺ,  The  Second  ATST‐EAST  Meeting:  Magnetic  Fields  from  the 

Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 329, 12/2012. 

30. Martin,  S.  F.,  Panasenco,  O.,  Berger,  M.  A.,  Engvold,  O.,  Lin,  Y.,  Pevtsov,  A.  A.,  and 

Srivastava, N., “The Build‐Up to Eruptive Solar Events Viewed as the Development of Chiral 

Systemsʺ,   The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, 

ASP Conf Ser 463: 157, 12/2012. 

31. Nelson, C. J., Doyle, J. G., Erdélyi, R., Madjarska, M. S., and Mumford, S. J., “Ellerman bombs: 

small‐scale brightenings in the photosphereʺ, MmSAI 84: 436, 00/2013. 

32. Norton, A. A., Jones, E. H., Liu, Y., Hayashi, K., Hoeksema, J.T., and Schou, J., “How much 

more  can  sunspots  tell  us  about  the  solar  dynamo?ʺ,  Solar  and Astrophysical Dynamos  and 

Magnetic Activity, IAUS 294, 07/2013. 

33. Orozco Suárez, D., Bellot Rubio, L. R., and Katsukawa, Y., “Requirements for the Analysis of 

Quiet‐Sun  Internetwork Magnetic  Elements with  EST  and ATSTʺ,  The  Second ATST‐EAST 

Meeting: Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 57, 12/2012. 

34. Pietarila,  A.,  “Magnetometry  with  Large  Solar  Telescopes:  Beyond  the  Photospheric 

Boundariesʺ,  The  Second  ATST‐EAST  Meeting:  Magnetic  Fields  from  the  Photosphere  to  the 

Corona, ASP Conf Ser 463: 3, 12/2012. 

35. Rimmele,  T. R.,  Tritschler, A., Wöger,  F., Collados, M.,  and  et  al.,  “The  2nd ATST‐EAST 

Workshop in Solar Physics: Magnetic Fields from the Photosphere to the Coronaʺ,  The Second 

ATST‐EAST Workshop  in Solar Physics: Magnetic Fields  from the Photosphere to the Corona, ASP 

Conf Ser 463, 12/2012. 

36. Rimmele, T. R., Keil, S. L., McMullin, J. P., Goode, P. R., Knoelker, M., Kuhn, J. R., Rosner, 

R.,  and ATST Team,  “Construction of  the Advanced Technology  Solar Telescope  ‐ A  ona, 

Page 94: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

88    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

ASP Conf Ser 463: 25, 12/2012. 

37. Schad, T. A., Penn, M.  J., Lin, H., and Tritschler, A., “He  I Spectropolarimetry with FIRS: 

Towards Vector Magnetometry of Chromospheric Fibrils Plus New Diagnostics of Coronal 

Rainʺ, The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, ASP 

Conf Ser 463, 12/2012. 

38. Stein, R.F., and Nordlund, A., “Flux Emergence and Pore Formation: What ATST can Seeʺ,   

The Second ATST‐EAST Workshop  in Solar Physics: Magnetic Fields  from  the Photosphere  to  the 

Corona, ASP Conf Ser 463: 83, 12/2012. 

39. Strassmeier, K. G., Carroll, T. A., Ilyin, I., and Järvinen, S., “Observational methods for stellar 

magnetism:  from  detection  to  cartographyʺ,  Solar  and  Astrophysical Dynamos  and Magnetic 

Activity, IAUS 294, 07/2013. 

40. Taylor, G. E., Rimmele, T. R., Marino, J., Tritschler, A., and McAteer, R. T.  J., “Solar Limb 

Adaptive  Optics:  A  Test  of Wavefront  Sensors  and  Algorithmsʺ,  The  Second  ATST‐EAST 

Meeting: Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 321, 12/2012. 

41. Tripathy, S. C., Jain, K., Simoniello, R., Hill, F., and Turck‐Chièze, S., “Solar cycle and quasi‐

biennial variations in helioseismic frequenciesʺ, Solar and Astrophysical Dynamos and Magnetic 

Activity, IAUS 294, 07/2013. 

42. Tritschler, A., Uitenbroek, H., and Rempel, M., “The Sunspot Penumbra in the Photosphere: 

Results  from Forward Synthesized Spectroscopyʺ, The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic 

Fields from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 89, 12/2012. 

43. Uitenbroek, H., “Eyes on the Sun: Solar Instrumentationʺ, 370 Years of Astronomy in Utrecht, 

ASP Conf Ser 470: 83, 01/2013. 

44. Uitenbroek, H.,  and Criscuoli, S.,  “A  novel method  to  estimate  temperature  gradients  in 

stellar photospheresʺ, MmSAI 84: 369, 00/2013. 

45. Uitenbroek, H., and Tritschler, A., “Observing strategies for future solar facilities: the ATST test caseʺ, Science with Large Solar Telescopes, Proceedings of IAU Special Session 6: E4.01, 12/2012. 

46. Uitenbroek, H., Dumont, N., and Tritschler, A., “The  Influence of Molecular Lines on  the 

Measurement  of  Photospheric Velocitiesʺ,  The  Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic  Fields 

from the Photosphere to the Corona, ASP Conf Ser 463: 99, 12/2012. 

47. Warner, M., McMullin, J. P., Rimmele, T. R., and Berger, T. E., “The Advanced Technology Solar  Telescope  project:  a  construction  updateʺ,  Solar  Physics  and  Space  Weather 

Instrumentation V, Proc SPIE 8862: 88620D, 09/2013. 

48. Wöger, F., McBride, W. R., Ferayorni, A., Gregory, B. S., Hegwer, S. L., Tritschler, A., and Uitenbroek, H.,  “The Visible  Broadband  Imager:  The  Sun  at High  Spatial  and  Temporal 

Resolutionʺ,  The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields from the Photosphere to the Corona, 

ASP Conf Ser 463: 431, 12/2012. 

49. Zhang, M., “Helicity transport from solar convection zone to interplanetary spaceʺ,   Solar and 

Astrophysical Dynamos and Magnetic Activity, IAUS 294: 505, 07/2013. 

50. Zolotova,  N.  V.,  and  Ponyavin,  D.  I.,  “Model  of  poleward magnetic  field  streams  from 

Page 95: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

89    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

sunspot  butterfliesʺ,  Solar  and  Astrophysical  Dynamos  and Magnetic  Activity,  IAUS  294:  87, 

07/2013. 

51. Zuccarello, F., Berrilli, F., Criscuoli, S., Del Moro, D., Ermolli, I., Giannattasio, F., Giorgi, F., 

Romano,  P.,  and  Viticchié,  B.,  “Spectro‐polarimetric  Observations  of  Moving  Magnetic 

Features around a Poreʺ,  The Second ATST‐EAST Meeting: Magnetic Fields from the Photosphere 

to the Corona, ASP Conf Ser 463: 51, 12/2012. 

   

Page 96: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

90    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

APPENDIX  E:  MILESTONES FY 2014  This section describes the major project milestones for 2014. 

 

E1.  Advanced Technology Solar Telescope 

Utility Building Beneficial Occupancy Date 

Lower Enclosure Ready for Enclosure Installation 

S&O Building Steel Erection Starts 

ATST Telescope Pier complete 

TMA Factory Acceptance Testing; ship to Hawaii 

Enclosure Factory Acceptance Testing; ship to Hawaii 

M1 Final Blank Acceptance; begin polishing 

M10 DMS Factory Acceptance Testing complete 

First engineering relocation to Hawaii 

VBI Red Fabrication Complete 

Engineering/Facility Camera Procurement and Testing 

Mini‐DHS procurement and delivery to Instrument Development Teams 

System Reviews 

o High Level Software Systems FDR 

o Cryo‐NIRSP CDR  

o DL‐NIRSP CDR 

o VTF PDR 

o PA&C FDR  

o WFC FDR 

 

E2.  Solar Adaptive Optics 

Develop Solar Limb AO system  that can  lock on prominence structure. Graduate Student 

Thesis Project. 

Install optical test bench at Sac Peak optics lab. System tests 

Perform on‐sky tests with Limb‐AO at DST. 

Conclude integration and testing of MCAO at GREGOR and BBSO. 

  

Page 97: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

91    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

E3.  Diffraction‐Limited Spectro‐Polarimeter On‐Line Data Reduction 

Current demand for this instrument is low because of its location on a separate optical 

port,  preventing  it  to  be  combined with  other  instruments,  and  duplication  of  its 

capabilities in space (Hinode).  

Maintain instrument and make available as user instrument on demand.  

 

E4.  NISP/SOLIS 

Complete assembly and install visible, tunable filter for FDP. 

Develop technique for flat fielding FDP data.   

Complete full implementation of VSM guider.  

Continue  to  provide VSM,  ISS  and  FDP  data  online  to  the  solar  community  and make 

comparisons with  data  products  from  other  instruments.  Complete  transition  to  VFISV 

inversion for VSM 6302 vector data. 

Support joint observing programs such as the IRIS mission, sounding rocket launches, and 

queue observing mode at the DST. 

Investigate  usability  of  chromospheric  synoptic  maps  as  a  source  field  for  coronal 

field/interplanetary field extrapolation and solar wind studies. 

Complete cross‐calibration of ISS and Sac Peak K‐monitor data, successfully merge ISS and 

K‐line monitor, and implement ISS K‐line data as the prime source to continue NSO historic 

K‐line dataset. 

Develop new data products for all three SOLIS instruments. Incorporate active region fields 

from vector observations to traditional (line‐of‐sight) synoptic maps. 

Develop  and  install new VSM  8542 modulator  to  obtain  chromospheric  vector magnetic 

field observations.  

Install  new  optical  components  in VSM  calibration  assembly  to  enable  full  polarimetric 

calibration in the chromospheric lines.  

Develop cost estimates and plan for future relocation of SOLIS instrumentation. 

Develop plan for transition of NISP staff and resources into restructured NSO organization, 

i.e. pooled data center and engineering groups. 

 

E5.  NISP/GONG 

Install new data acquisition systems at remote network sites. 

Assemble and  test  spare boards  (motor amplifier,  command,  resolver,  signal  conditioner 

and tachometer compensation) to expand long‐term maintenance inventory.    

Operate the Learmonth site with expanded network bandwidth to accommodate near‐real‐

time data transfer.  

Page 98: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

92    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Replace existing turret entrance windows with units having superior coating properties. 

Develop  full  automation  of GONG  network  P‐angle  registration  software  (COPIPE),  to 

include improved drift scan processing and quality assurance monitoring.  

Improve near‐real‐time  full disk  calibrations  to approach quality  requirements  for global 

and local helioseismology products. 

Add quality control parameters, daily and synoptic flow maps to Ring pipeline code.  

Add error estimations to level‐3 synoptic products (both GONG and SOLIS). 

Investigate the usability of GONG white light data for determination of classic proxies such 

as sunspot number and sunspot area.  

 

E6.  Virtual Solar Observatory (VSO)  

Add 6‐12 new data providers and data sets. 

Develop spatial search capability. 

Develop comprehensive reporting across all data providers. 

 

E7.  NSO Array Camera (NAC)  

Sunspot and quiet Sun spectro‐polarimetric observations at 4132nm in preparation for 

BBSO/Cyra and ATST.  

Spectropolarimetric observations of 1565nm in sunspots.   

E8.  Spectropolarimeter for Infrared and Optical Regions (SPINOR) 

Maintain instrument and keep available as user instrument. 

Replace failed computer hardware. 

Keep instrument available to perform telescope polarization matrix measurements. 

Make instrument available in multi‐instrument configuration. 

Provide software for data reduction by user. 

 

E9.  Facility IR Spectropolarimeter (FIRS)  

Maintain instrument and keep available as user instrument. 

Upgrade  AD  framegrabber  boards  for  higher  throughput.    These  framegrabber  boards 

should provide for higher frame rates and more flexibility on how the infrared camera can 

be used. 

Provide software for data reduction by user.  

Page 99: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

93    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

E10.  Dunn Solar Telescope Control and Critical Hardware (Systems Upgrade) 

Continue efforts  to proactively upgrade  telescope and other  critical hardware  systems  to 

the extent possible given financial and personnel constraints. 

 

 

E11.  Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere (ROSA) Imaging System.   

Maintain instrument and keep available as user instrument. 

Work on streamlining data collection to DST SAN, or other storage media. 

 

 

E12.  Interferometric Bidimensional Spectrometer (IBIS) Camera Upgrade   

Maintain instrument and keep available as user instrument. 

Provide software for data reduction by user. 

 

E13.  Service‐Mode Operations at the Dunn Solar Telescope 

Evaluate cycle 1 & 2 service‐mode campaigns. 

Conduct at least one, perhaps two, further experiments in 2014. 

Use  gathered  information  to  set  up  new  specifications  and  fine‐tune  already  existing 

specifications for ATST operations planning. 

 

E14.  Establish NSO Headquarters 

Finalize the third floor of the Space Sciences building at the CU east campus. Negotiate the 

Lease for the HQ in Boulder with CU. 

Initiate plans for fast‐track design and renovation of the third floor space with the goal of 

completing renovations by March 2015. 

Establish  a  complete  relocation plan of NSO  to  the new Boulder/Maui  sites  and make  it 

available to the staff via the Observatory’s intranet. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Page 100: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

94    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Pier mat slab concrete finishing work, Sept 2013. 

 

APPENDIX  F:  STATUS OF FY 2013 MILESTONES  This section describes the progress of current projects relative to the milestones established in the 

FY 2013 Program Plan.  (FY 2013 milestones appear in italics below.)  

F1.AdvancedTechnologySolarTelescope

Initiate and manage site work on Haleakalā  

The initiation is complete and the management is ongoing. 

Site: Preparation, grading, trenching, utility corridor, environmental mitigations,  foundations 

for utility building, lower enclosure. 

Complete.  The  early  off‐site work was  completed  in 

December 2012 –  January 2013  (removal of  the Reber 

circle  foundations,  removal  of  overhead  powerlines, 

installation of  the  improved power  corridor  for HO); 

environmental  mitigations  have  been  underway 

(census  of  burrows,  predator  control  including 

trapping and  removing known predators, monitoring 

and  removal  of  invasive  species,  assessment  and 

documentation  of  historic  properties  associated with 

State  Road  378,  documentation  of  historic  features 

within  the Park Road Corridor and start of construction on  the ungulate  fencing around  the 

boundary of petrel burrows) –  along with the early site preparation.  As of the end of FY 2013, 

the ATST Utility Building is completing its steel erection and cladding and is scheduled for its 

Beneficial  Occupancy  Date  in  December  2013.  The  Support  and  Operations  Building 

foundations  for  the  telescope  facility  have  been  formed  and  the  telescope  pier walls were 

poured in November 2013. 

Conduct a ground‐breaking ceremony  

Complete. A modest ceremony was held on November 30, 2012. 

Manage vendor construction contracts  for the major sub‐assemblies (M1 blank, enclosure, telescope 

mount assembly, M1 assembly, etc.). 

TMA Final Design Review (Dec 2012) 

Complete. 

Delivery of Telescope Control System (Mar 2013) 

Complete. 

Enclosure Fabrication, Factory Acceptance (2013) 

Not yet  complete  (see photo). The  Factory  acceptance  is 

scheduled for December 2013. 

FAA Tower Modification Completed (Jul 2012) 

Complete. 

Page 101: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

95    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

Final M1 Blank Ceramization Complete (Aug 2013) 

Complete. 

PA&C Preliminary Design Review (Feb 2013) 

Incomplete;  the  procurement  of  the  polarization  optics was  found  to  challenge  both 

budget and manufacturing capabilities. A redesign in collaboration with the instrument 

partners is underway. In addition, there were some staffing issues within the instrument 

team  (staff  transfer,  new  hire,  relocation  to  Boulder) which  are  being  resolved.  This 

milestone has been pushed into 2014 (with no impact on the project end date).  

Instrument Control System Release (Jun 2013) 

Incomplete. A systems review of the top level requirements and their flow down to the 

control software resulted in significant clarifications on the interaction between the high 

level software control systems. The re‐work is underway (working closely with the VBI 

instrument  team)  to  both  meet  the  specifications  and  to  ensure  integration  with 

instrument needs. 

Coudé Lab Procurements 

Ongoing. 

FTS Component Fabrication and Shipment to HI (2013) 

Partially complete. The critical path items (Air Handling Units) have been fabricated and 

shipped. Remaining components are on schedule. 

ViSP Contract Award (Nov 2012) 

Complete. 

VTF Preliminary Design Review (July 2013) 

Delayed into FY 2014 (with no impact on the project schedule). 

 

F2.SolarAdaptiveOptics

Hire MCAO Research Assistant. 

Complete. Dr. Dirk Schmidt has been hired as Postdoctoral Research Associate. Dr. Schmidt is 

collaborating  closely with  the  BBSO  and Kiepenheuer  Institute MCAO  efforts  and  spends 

significant time at those observatories to lead MCAO development and testing. 

Install Kiepenheuer Institute MCAO software at Big Bear Solar Observatory (BBSO).  

Complete. The Kiepenheuer Adaptive Optics System  (KAOS)  software has been  installed at 

BBSO during FY12 and has been successfully tested at the 1.6m telescope.  

Test and modify MCAO software as needed for BBSO hardware. 

Complete.  The  KAOS  system  has  been  successfully  interfaced  to  the  BBSO  357  actuator 

XINETICS DM systems. The  loop was closed on‐sky with the conventional AO308 system at 

the 1.6m NST at BBSO.  

Page 102: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

96    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

On‐sky MCAO testing at GREGOR telescope on Tenerife. 

Delayed. Due  to  delays with  the  final  commissioning  of  the  1.5m GREGOR  telescope  the 

MCAO integration and testing phase of the GREGOR MCAO has been post‐poned until Nov.‐

Dec. 2013. Preparation for this campaign is in progress. 

 

F3.  Diffraction‐Limited Spectro‐Polarimeter On‐Line Data Reduction 

Maintain  the  instrument  as  a well‐supported  user  instrument,  as well maintaining  it  as  quickly 

available instrument to profit from excellent seeing conditions in DST queue observing mode. 

If community interest is significant provide reduced data of sets with excellent seeing. 

The DLSP is the prime instrument for telescope polarization calibration measurements on the Dunn 

Solar Telescope Port 2. Maintain  the procedures  to perform  these measurements and compare with 

measurements on Port 4 with SPINOR. 

Measurements  to  compare  telescope polarization  calibration parameters  between  the DLSP 

and SPINOR have been obtained.  There is no driver nor resources to work on the on‐line data 

reduction for the DLSP. 

 

F4. NISP/SOLIS 

Continue to observe daily (synoptic and user‐requested data) and supply research‐grade data to the 

community. 

Complete.  SOLIS  takes daily  synoptic  observations  and  runs  special  observations  for user‐

submitted  observing  proposals.  Additional  data  were  taken  in  support  specific  missions 

(SUNSRISE flight, sounding rockets launches, co‐observing with IRIS etc).   

Extend improvements of ISS data reduction to include additional spectral ranges requested by outside 

users.   

On‐going, partially complete. Due  to higher priority  tasks, work on  these ISS  improvements 

was delayed. The improvements were made for K and H lines, and new code for H‐alpha was 

recently implemented to the pipeline. Ca I 854.2nm was identified as the next priority for this 

task.  Improvements  for  remaining wavelength bands will be made  later based on priorities 

within SOLIS project.   

Implement extinction monitor to improve ISS data. 

Tests  conducted with  the extinction monitor and with  taking data with different exposures 

indicated  that  while  using  existing  monitor  to  control  exposure  time  complicates  the 

observations, it does not result in significant improvement to the quality of data. This talk was 

given a low priority and put on hold until other aspects of the data reduction are improved to 

justify this additional change.  

Develop  new  data  products  for  synoptic  maps.  Incorporate  active  region  fields  from  vector 

observations  to  traditional  (line‐of‐sight)  synoptic maps.  Investigate a usability of vector  field area 

Page 103: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

97    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

scans of solar polar regions for pole‐filing in synoptic maps. Add error estimates to magnetic synoptic 

maps. 

Complete and on‐going.  Three new data products were developed: synoptic vector magnetic 

field maps,  synoptic  error maps,  and maps of  field  strength derived  from SOLIS VSM  line 

profiles by directly measuring the Zeeman splitting.  All three data products are awaiting the 

final  implementation  in  the SOLIS production pipeline.   Sample data products produced  in 

the process of  their development are provided  to  the community  (e.g., vector  field synoptic 

maps are provided  to ARFL ADAPT developers and also are available on‐line).   Additional 

data product – geometry corrected full spectra in 6302v – is produced on a weekly basis due to 

current disk limitations. These new spectral cubes provide one‐to‐one correspondence with fill 

disk  SOLIS  magnetograms  (i.e.,  for  each  pixel  of  inverted  magnetograms,  there  are 

corresponding spectra).  Due to change in priorities, area scans of polar regions were taken in 

Ca I 854.2 nm (to monitor polar field reversals), instead of vector ‐ Fe I 630.2 nm. Incorporation 

of active region fields from vector to traditional (LOS) synoptic maps will be explored next. 

Continue to provide VSM vector data online to the solar community and make comparisons with data 

products from other instruments while evaluating alternative inversion techniques. 

Nearly complete. Transition to VFISV inversion is nearly completed. The code is fully adopted 

to SOLIS/VSM 630.2v data and  is  in  the process of being  implemented  to  the pipeline. The 

final  switch  to  new  inversion  depends  on  other  improvements  to  the  data  (e.g.,  fringe 

removal, stage 2 clean‐up etc); these improvements are now completed and tested.   

Conduct  comparative  studies  of  SOLIS/VSM  measurements  of  chromospheric  fields  with  other 

instruments (e.g., SPINOR). 

Complete.  Comparative  studies  have  been  performed  between  IBIS  at  the  DST  and 

SOLIS/VSM.  Results  are  excellent. Additional  comparisons  between  the DST  SPINOR  and 

SOLIS/VSM were not conducted due to weather and DST scheduling conflicts. 

Improve  systematic  (automatic  or  semi‐automatic)  approach  for monitoring  the  quality  of  SOLIS 

data. 

Complete and on‐going. Several approaches were implemented, e.g., cloud transparency code 

to monitor quality of VSM data, ISS line position warning system etc. Additional approaches 

are under investigation.  

Unify  the  production  of  SOLIS  and GONG  synoptic maps  via  a  common  pipeline  code  by  early 

FY13. 

Complete. New synoptic maps are now publically available.  

Develop technique for properly flat fielding FDP data.  Develop necessary web interface for accessing 

FDP data,  and  conduct  comparative  studies  of SOLIS/FDP  images with data products  from  other 

instruments (e.g., ISOON).  

Currently, on‐hold. Several approaches  to  flatfielding were  investigated. Currently,  this  task 

was put on hold awaiting a completion of the final tunable filter for FDP.   

Page 104: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

98    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

Continue collecting data sets to work on isolating changes in the vector photospheric field parameters 

before and after flare events as observed in the fast‐scan observations. 

Complete. Additional observations (area scans) of flare events were acquired. Case studies of 

changes in magnetic field associated with flares were conducted. 

Integrate VSM vector photospheric and space borne coronal data (STEREO, SDO/AIA, Hinode) to 

calculate and compare energy budgets for coronal fields and CMEs. 

Complete, on‐going. An exploratory work on computing the magnetic energy of coronal fields 

was  conducted  in  collaboration with  domestic  and  international  partners.  The  results  are 

presented  in conference presentations and peer‐reviewed papers. The adaptation of code  to 

perform NLFFF extrapolation and computation of magnetic energy  is under  investigation at 

NISP/Atmospheric Section. Depending on  the results of  this early  investigation,  the decision 

on NSO implementation will be made later.  

Improve approach for producing helicity maps based on VSM vector magnetograms. 

Complete,  on‐going.  Current  helicity  density will  be  computed  as  part  of  vector  synoptic 

maps production. In addition, a new improved azimuth dis‐ambiguation was implemented to 

the pipeline, which is necessary step for routine computation of helicity maps.    

Investigate usability of chromospheric synoptic maps as a source field for coronal field/interplanetary 

field extrapolation and solar wind studies. 

On‐going. Due  to higher priority  talks,  the progress on  this  task  is  incremental. A  low‐level 

research effort continues to investigate this question.  

Re‐design  VSM  calibration  assembly  to  enable  full  polarimetric  calibration  in  the  chromospheric 

lines. 

Complete.  Design  is  complete  and  vendors  have  been  contacted  for  bids  on  optical 

components.  

Install VSM guider. 

Complete.  VSM  guider  was  installed  during  the  first  week  of  June,  2013.  Software  and 

hardware  interface testing  is  in progress. Guider functions will be  implemented  in phases to 

reduce risk to delicate optical components. Full guider implementation is expected within first 

half of FY14.  

Estimate  impact on observing program  to  implement a new modulator  for obtaining chromospheric 

vector data.  

Complete, on‐going. Tests were conducted toevaluate the impact of replacing 6302l modulator 

by  new  8542v  modulator.  The  results  are  very  encouraging.  Additional  tests  have  been 

conducted.  

 

 

Page 105: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

99    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

F5. NISP/GONG 

Complete new data acquisition system and deploy at remote network sites. 

System  design  and  fabrication  complete.  Installation  and  testing  at  the  Tucson  site  is  in 

progress. First GONG network site to be upgraded will be in November 2013. 

Improve servo control of turret to minimize intermittent oscillations. 

Problem with  turret  oscillations  has  been  isolated  to  two  of  the  six  existing GONG  sites. 

Studies have found that existing threshold parameters for switching from ephemeris to guider 

during morning  sun  acquisition  are  fine‐tuned  for  each  site. Work  is  in progress  to  adjust 

threshold values  in order  to mitigate effects on  the guider servo during seasonal changes  in 

light levels.   

Renew Tucson site lease and expand network bandwidth to allow transfer of data in near‐real time. 

Complete. Second year of two year renewable lease contract with U of A will start on October 

1, 2013. Contract with Megapath has been cancelled and new three year contract signed with 

Login for expanded network bandwidth.  

 Expand network bandwidth at LE site to accommodate near real time data transfer.  

In April 2013 installation of expanded network hardware was completed, however an existing 

Cisco 2911  router needed  replacement. By September 2013 all hardware problems had been 

resolved and required configuration changes are currently  in progress. Funding  for  increase 

cost of expanded bandwidth allocated in FY14 NISP budget. 

Engineer a cost effective coating replacement for the turret entrance windows. 

Complete. New coating design approved and new entrance windows are on order. Cost has 

been reduced by approximately 65% over original design. Delivery is expected by December 

2013 with installation starting with scheduled preventative maintenance trips.   

 

F6. Virtual Solar Observatory 

Add 6‐12 new data providers and data sets 

Ongoing – This year  so  far,  the VSO has added ChroTel  from  the Kiepenheuer  Institute  in 

Gemrnay, CLIMSO  from Pic‐Du‐Midi Observatory  in France, and PROBA2/SWAP  from  the 

Royal Observatory  in Belgium. The project  is  currently working on SDO/HMI, CORONOS, 

NSO/ISOON, PSPT, TIMED/SEE, IRIS. 

Develop spatial search capability. 

Use cases and algorithm development underway. Poster  (#100.138) presented at the AAS/SPD 

Bozeman 2013 meeting. 

 

 

Page 106: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

100    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 F7.  NSO Array Camera (NAC) 

Install 4 micron polarimetery optics and take first science data with NAC.  

Science observations with  4132nm  spectro‐polarimetry have been done.  We have observed 

using  the  BBSO/Cyra  polarization  optics,  and  have  seen  large  splitting  in  atomic  lines  in 

sunspots, and anomolous Zeeman patterns in molecular lines. 

Implement regular 1.6 micron sunspot observations and produce vector magnetograms using modern 

spectro‐polarimetric inversion software. 

The 1565nm spectro‐polarimetric observations have been made, but a standard data reduction 

routine has not been applied to these data. 

 

F8.  Spectropolarimeter for Infrared and Optical Regions (SPINOR) 

Maintain as a well‐supported user instrument. 

SPINOR is operational and available as user instrument 

Test possibility  to move  the SPINOR modulator  further downstream  in  the  light path,  so  that  the 

instrument can share the light path with other instruments at port 4. 

Test  has  been  performed  and  it  has  been  determined  that  the  SPINOR modulator  can  be 

placed  further  downstream,  just  in  front  of  the  slit,  without  detrimental  effects  on  the 

observational quality of the data. The use of SPINOR with other instruments on port 4 has also 

been  tested  and  there  is  considerable  interest  in  using  SPINOR  with  other  port  4 

instrumentation by investigators. 

Because of its broad wavelength range, SPINOR is the primary instrument for telescope polarization 

calibration measurements  on  Port  4.   Develop  and  implement  user‐friendly  software  package  to 

reduce data and calibrate polarimetry. 

DST  support  scientist  Christian  Beck  has  taken  over  the  telescope  matrix  support  and 

successfully maintains the reduction package. 

 

F9.  Facility IR Spectropolarimeter (FIRS) 

Maintain as a well‐supported user instrument. 

FIRS is operational and available for users 

Add Ca II 854.2 nm line as option on the IR arm of the instrument. 

No resources have been available for this addition 

Replace  the  aging  control  computer  of  the  IR  arm  “coconut”  with  new  hardware  for  higher 

throughput and improved reliability. 

New  faster  computer  hardware  has  been  purchased,  configured  and  installed. As  a  result 

throughput has significantly improved. 

Page 107: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

101    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 F10.  Dunn Solar Telescope Control and Critical Hardware (Systems Upgrade) 

Gradually replace critical hardware with newer equipment.  In  the servos  for  the guider mechanism 

need to be replaced. 

Keep working  on  understanding  the  Instrument Control Computer  (ICC)  software,  and  take  out 

superfluous  parts  that  address  operation  of  outdated  telescope  mechanisms  and  instruments. 

Continue work towards an upgrade of telescope control system. 

Continue work  on  current  control  system  software  to  remove  redundant  source  code  and  code  for 

instrumentation  that  is no  longer  in use  in order  to better support  the  transition  from  the current 

system to new systems as they are deployed. 

We are now  in a good  situation with  the  turret  servos with  the  recent purchase of a  spare.  

Considerable work in replacing aging/failing computer systems have been taking up much of 

our  time.   Most  UNIX  based  camera  control  computers  have  been  replaced  and  we  are 

currently occupied with replacing the UNIX servers on the observing table as well as most of 

the  Windows  based  “virtual  camera  computers”,  most  of  which  are  being  upgraded  to 

Windows 7 as part of the process. 

We lost the programmer who had been working on the ICC software early in CY2013 and we 

will not be able to refill this position.   ICC support duties will be spread over the rest of the 

software support personel to the extent possible.  Before the ICC support programmer left, he 

had made considerable progress with the code and we are now able to tweek the operational 

code to both support observations and mechanism transition efforts. 

 

F11.  Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere (ROSA) Imaging System 

Make sure that DST operators keep up to speed in operation of ROSA. Investigate path to integrate 

data collection into the DST Storage Area Network (SAN). 

DST operators are comfortable with operation of the ROSA instrument. This also holds for the 

two new faster and mor blue‐sensitive cameras, respectivey, that have been added, including 

their new control computers. Work on stream lining data collection continues, but depends on 

the efforts of our collaborators at Queens University, Belfast. 

 F12.  Interferometric Bidimensional Spectrometer (IBIS) Camera Upgrade. 

Make  sure  camera upgrade  provides  high  frame  rate  capabilities.  Integrate  quick‐look  data  stream 

with control software at the bridge. 

IBIS performs at higher frame rates now.  There is now also a quick‐look capability available 

on the bridge that is being used by the observing staff and investigators for quality assurance. 

 F13.  Dunn Solar Telescope Service Mode Operations 

Two DST service mode experiments were conducted in January/February, and October 

2013, for one month each.  Both were successful in terms of operational lessons learned 

Page 108: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

102    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

as well as in terms of community interest in submitting proposals—an indication of the 

significant interest of the solar community to prepare for ATST style operations.   

F14. Establish NSO Headquarters 

Establish NSO  transition  teams  for  formulating  relocating  plans  to  new  site  and  plans  for  new 

Cooperative Agreement with NSF. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

Page 109: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY  

 

103    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

 

APPENDIX G:  NSO FY 2014 STAFFING SUMMARY  

  

*Includesopenpositionscurrentlybeingadvertised   

 

 

   

Director's Office

Sunspot Tucson ATST* NISP* Total

Scientists 1.00 7.00 3.00 3.00 11.00 25.00

Engineering/Science Support Staff - 8.00 1.00 31.00 17.50 57.50

Administrative Staff 1.50 5.20 9.80 2.00 18.50

Technical Staff - 7.49 6.00 7.35 20.84

Maintenance & Service Staff - 4.00 - 4.00

2.50 31.69 4.00 49.80 37.85 125.84

AF Supported Science Staff - 2.00 - - 2.00

AF Supported Technical Staff - 1.00 1.00 - - 2.00

Other NSF Projects (AO, FTS/CHEM) - - - - 0.00

Graduate Students - 1.00 1.00 - - 2.00

NASA Supported Science Staff - - 3.00 3.00

NASA Support Engineering Staff - - - 0.50

NASA Supported Technical Staff - - - -

Emeritus Science Staff - 0.50 1.00 - - 1.50

Visiting Scientists - - - -

0.00 4.50 3.00 0.00 3.50 11.00

2.50 36.19 7.00 49.80 41.35 136.84

Total Base Program

Total Other Support

Total Working at NSO

(In Full-Time Equivalents)

Page 110: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

104    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

APPENDIX H:  SCIENTIFIC STAFF RESEARCH AND SERVICE 

 (*Grant‐supported staff)  Christian Beck, Assistant Scientist  

Areas of Interest 

Post‐focus  instrumentation;  data  reduction  pipelines;  high‐resolution  spectroscopy  and  spectro‐

polarimetry  of  the  photosphere  and  chromosphere;  development  of  inversion  tools  for 

spectroscopy of chromospheric spectral lines.  

Recent Research Results 

Dr.  Beck  completed  the  development  of  an  inversion  code  for  intensity  spectra  of  the 

chromospheric Ca II H line at the end of CY 2012.  The code and its application to data obtained in 

the  magnetically  quiet  Sun  are  described  in  two  publications  in  Astronomy  and  Astrophysics, 

yielding a direct measurement of the energy content of acoustic shocks.  The results were also used 

to  investigate  the  specific  contributions  to  the widely  used  broadband Ca  II H  filter  on  board 

Hinode,  showing  that  a  significant  fraction of  the observed  intensity off  the  solar  limb does not 

come from Ca II H, but from the line blend of H‐epsilon instead. 

A  second  line  of  investigation was  a  comparison  between  numerical  simulations  of  the  solar 

photosphere and observations in several spectral lines at different spatial resolution to investigate 

whether the simulation reproduces observed thermodynamical properties of the photosphere (also 

published  in  A&A).    Also  shown  is  a  suitable method  to  determine  the  spatial  point  spread 

function of observations post‐facto from a comparison of the data to the simulations. 

Future Research Plans 

The  inversion code mentioned above has now been modified  for an application  to spectra of  the 

chromospheric  Ca  II  IR  line  at  854  nm  taken  at  the  Dunn  Solar  Telescope.  A  preliminary 

investigation of data taken in 2013 showed several cases of short loops in the canopy of a sunspot 

that returned to the photosphere  instead of continuing upwards  into the super‐penumbra as  it  is 

commonly  assumed.   A publication  on  this  is  currently  in preparation  in  collaboration with D. 

Prasad  Choudhary  (California  State U., Northridge).   Observations with  a  combination  of  the 

instruments, SPINOR and IBIS, are planned for 2014 to obtain simultaneous data in the Ca II lines, 

H‐alpha, and Helium 1083 nm as an extension of the study.  

Service 

Beck  completed data pipelines  for  the  reduction  of data  taken with  either  the  SPINOR  or FIRS 

instrument at the Dunn Solar Telescope.   The software packages, with an instruction manual, are 

available for any user of these instrumentsl.  Beck is a member of the Sac Peak telescope allocation 

committee  and  has  participated  in  the  planning  and  implementation  of  the  service‐mode 

experiment at the DST. 

 

Thomas Berger, Associate Scientist  

Areas of Interest 

High  resolution  imaging of  the solar atmosphere; birefringent optical  instrumentation  (Lyot and 

Solc  filters, waveplates); spectropolarimetry of solar plasmas; plasma dynamics  including partial 

ionization effects; solar prominence structure and dynamics and their relation to space weather 

Page 111: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

105    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

phenomena; small‐scale magnetic field structure and radiance; solar telescope operations and data 

center software design.  

Recent Research Results 

Dr. Berger is the Advanced Technology Solar Telescope Project Scientist, leading the definition of 

the  Critical  Science  Plan  for  the  telescope  in  collaboration  with  the  Science Working  Group, 

working  to  ensure  telescope  and  instrument  scientific  integrity during design  review processes, 

and developing operations and data center concepts to ensure high scientific productivity during 

commissioning and operations.   

T. Bergerʹs  scientific  research  focuses on  the  structure and dynamics of  solar prominences, with 

emphasis on analysis of high‐resolution movies.  Using the Hinode/SOT instrument, he discovered 

the magnetic Rayleigh‐Taylor  instability  in solar prominences,  the  first observed  instance of  this 

important plasma instability in the outer solar atmosphere.  Berger recently gave an invited talk on 

prominence dynamics at the IAU Symposium 300 on Prominences and their Role in Space Weather in 

June 2013 in Paris. He is currently working on two papers related to the Rayleigh‐Taylor instability 

in prominences, collaborating with researchers from Kyoto University and Stanford University.  

Future Research Plans 

T. Berger plans to analyze additional data on prominence instabilities from the SDO/AIA satellite, 

concentrating  on  measuring  the  thermodynamic  characteristics  of  the  plasma  via  Differential 

Emission Measure (DEM) techniques.   This research will be extended to studies of the relation of 

prominences to coronal cavities and the search for mass and momentum transfers between these 

structures. He will  also  continue  research  into  optimal  telescope  operations  strategies, working 

with other solar as well as night‐time  telescope operators  to optimize ATST operations software 

requirements.  

Service 

T. Berger is a member of the AAS Solar Physics Division committee and chair of the Public Policy 

subcommittee. He has participated in three visit days to various agency and congressional staff in 

the past two years, working to make the science of solar and space physics valued and understood 

by  key  policy  makers  in Washington,  DC.    He  has  organized  and/or  chaired  several  recent 

meetings or sessions including the July 2013 ATST/EAST meeting in Oslo, Norway, and the special 

ATST  session  at  the  annual  SPD meeting  in  Bozeman, Montana.   He  coordinates  the  annual 

meetings of the ATST Science Working Group and the irregular meetings of sub‐working groups 

to  the SWG.   During  the summer of 2013, he supervised a graduate student  in research on solar 

prominence plasma characteristics using SDO/AIA and Hinode/SOT data.   

Luca Bertello, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Solar variability and heliospheric physics, with emphasis on the investigation of physical processes 

leading  to  the  different  aspects  of  solar  variability  and  on  the  calibration  of  observed  solar 

magnetic field to enhance the database that supports the analysis of conditions in the Sun’s corona 

and heliosphere. 

Recent Research Results and Plans for Future Research 

Dr. Bertelloʹs most  recent  research  focuses on  four different areas: computation of magnetic  flux 

spatial  variance  synoptic  charts;  characterization  of  the  weak  magnetic  field  in  vector 

measurements; analysis of SOLIS ISS photospheric line parameters and their correlation to the total 

Page 112: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

106    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

net  solar  magnetic  flux;  and  investigation    of  the  cyclic  and  long‐term  variation  of  sunspot 

magnetic fields.  Some highlights follow. 

In a  recent paper submitted  to Solar Physics, Bertello and collaborators at NSO have described a 

technique to compute spatial variance maps of the solar surface magnetic flux density.  These maps 

can be used  to  estimate  the uncertainty  in  the  results  of  coronal models. They have  tested  this 

approach  by  computing  a  potential‐field‐source‐surface model  of  the  coronal  field  for  a Monte 

Carlo  simulation  of Carrington  synoptic magnetic  flux maps generated  from  the  variance map. 

They show that these uncertainties affect both the locations of the source‐surface neutral lines and 

the distributions of coronal holes in the models. 

Variations in the line depth and width of solar photospheric spectral lines with the Sunʹs  cycle of 

magnetic activity may have  important  implications  for  the study of  the magnetism and dynamo 

processes  in other  stars.   Bertello and  colleagues are using high‐spectral‐resolution observations 

taken with the SOLIS/ISS instrument to investigate properties of several photospheric spectral lines 

with  different magnetic  sensitivity.    Preliminary  results  show  that  the  line  depth  parameter  of 

some of those magnetic sensitive lines is well correlated with the total net magnetic flux during the 

raising phase of solar cycle 24.   

In  collaboration with A.  Pevtsov  (NSO)  and  other  co‐authors,  a  paper was  submitted  to  Solar 

Physics  about  the  study of  cyclic  and  long‐term variation of  sunspot magnetic  fields.   Using  40 

years  of  sunspot  field  strength measurements  from Mt. Wilson,  this  study  shows  a  solar  cycle 

variation of the peak field strengths with an amplitude of about 500‐700 Gauss, but no statistically 

significant long‐term trends. The paper is currently in press. 

Future Research Plans 

The main  focus  of  L.  Bertello’s  future  research  is  on  improving  the  quality  of  current  SOLIS 

longitudinal and vector magnetic field observations, and to enhance the capabilities of the SOLIS 

ISS instrument. 

Service 

As a data scientist for SOLIS, Bertello’s major responsibility is to provide the solar and heliophysics 

community with high‐quality and reliable data.  During 2013, Bertello has participated in a NASA 

review panel  and has been  a  reviewer  of publications  for Solar Physics. As  a  former  lecturer  in 

physics, Bertello still maintains a strong connection with former UCLA students by helping their 

post‐college career with letters of recommendation.   

*Olga Burtseva, Assistant Scientist 

Areas of Interest  

Flares; magnetic field; local helioseismology; solar activity. 

Recent Research Results 

Dr. Burtseva continues to study the evolution of magnetic field in flaring active regions.  In order 

to  relate  abrupt  changes  of  the  LOS  magnetic  field  observed  during  strong  flares  to  the 

reconnection  processes  in  the  corona  and  investigate  the  origin  of  the magnetic  field  changes 

during  flares, comparison of  the abrupt permanent  field changes with  location of  the hard X‐ray 

(HXR)  flare    footpoints   obtained by  the RHESSI  instrument  is being performed  in collaboration 

with J. C. Martinez‐Oliveros (UC‐Berkeley, SSL).  The chromospheric HXR emission in solar flares 

is generally  regarded  as  the  footprints of magnetic  field  lines newly  reconnected  in  the  corona.  

Page 113: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

107    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Also,  the  footpoint  motions  away  from  the  neutral  line  are  considered  to  be  indicative  of  the 

reconnection  occurring  in  different  heights  of  arcade  magnetic  fields  with  a  displacement  speed 

proportional  to  the  reconnection  rate.    First  results  of  the  comparison  show  good  spatial  and 

temporal  correlation of  the HXR  intensity with  the magnitude of  the magnetic  field  changes on 

examples of three flares observed by GONG instruments.  

In  order  to  study  the  relationship  between  magnetic  field  changes  and  sunspot  penumbral 

structure, GONG  continuum  intensity  during  one  of  the  flares―the X6.5  flare  on December  6, 

2006, observed as a white‐light flare―has been analyzed and compared with ISOON white  light. 

Disappearance of penumbral structure seen in white‐light and continuum intensity observations is consistent with past studies.  

Future Research Plans  

O.   Burtseva plans  to continue working on  the evolution of magnetic  field associated with solar 

flares observed by GONG and HMI. She will also continue to test the current reconnection models 

via  the  study  of  HXR,  H‐alpha,  magnetic  and  white‐light  observations.  She  will  resume  her 

analysis of temporal variations in the amplitudes and widths of high‐degree acoustic modes with 

ring‐diagram technique using GONG, MDI and HMI data.  

 

Serena Criscuoli, Assistant Scientist 

Areas of Interest 

High‐spatial  resolution  spectroscopy  and  spectropolarimetry  of  the  photosphere  and  chromo‐

sphere;  post‐focus  instrumentation;  radiative  transfer;  numerical  simulations;  solar  irradiance 

variations. 

Recent Research Results 

Dr. Criscuoli recently published  two papers  in  the Astrophysical  Journal. The  first paper describes 

how, through the analysis of  IBIS/DST data, the properties of some iron lines can be employed to 

investigate  long‐term  variations  of  properties  (in  particular  temperature  and magnetic  flux)  of 

quiet Sun. The second paper investigates, through the analysis of magneto‐hydrodynamic simula‐

tions, the effects of the environmental magnetic flux on the physical properties of granulation and 

small‐size magnetic features, and explains the physical processes that determine the differences of 

physical properties of magnetic and convective structures observed in different regions of the solar 

surface.   Another  paper  has  also  been  submitted  to ApJ  in which Criscuoli  employs  numerical 

simulations to investigate the differences between the “real” photospheric temperature and the one 

estimated through measurements of the radiative emission at some continua. 

Through the analysis of magneto hydrodynamic simulations, Criscuoli also has been investigating 

the effects of data quality and analysis techniques on the shape of the statistical distribution of the 

magnetic  field  of  photospheric  bright  points;  a  paper  on  that  work  has  been  submitted  to 

Astronomy  and  Astrophysics  Letters.    Another  paper,  submitted  to  A&A,  investigates,  through 

comparison of results obtained from the analysis of HMI/SDO and MDI/SOHO data,  the effects of 

spatial resolution on the shape of the muli‐tfractal spectrum of active regions; this study is relevant 

for the development of flare prediction techniques. 

Future Research Plans  

S. Criscuoli plans  to employ magnetohydrodynamic  simulations  to  investigate  the observational 

signatures of local dynamo and to explain the observed properties of quiet Sun.  She also plans to 

analyze data acquired during 2012‐2013 with the DST post‐focus instrumentation to investigate the 

Page 114: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

108    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

contribution of  small‐size magnetic  features  to  total and  spectral  irradiance variations.   She also 

plans  to  investigate    long‐term  variations  of  properties  of  quiet  sun  through  the  analysis    of 

variations of properties of Fe I 6301 and 6302 nm lines  observed with SOLIS. 

Service 

During summer 2013, S. Criscuoli mentored an REU and an SRA student. She also supervised a 

student  from University  of Colorado  in  the  framework  of  a  collaboration with  LASP.  She  is  a 

member  of  the  Sac  Peak  telescope  allocation  committee  and  she  has  also  contributed  to  the 

planning and execution of  the  two 2013 Cycles of   service‐mode observations at  the DST.   She  is 

also contributing to the development of software for FIRS and SPINOR data calibration.    

David F. Elmore, Instrument Scientist 

Areas of Interest 

Development of ground‐based spectrograph and filter‐based polarimeters, including both current 

instruments  at  NSO  and  new  instruments  for  the  Advanced  Technology  Solar  Telescope. 

Collaboration  with  NSO  staff  and  visiting  scientists  to  explore  new  spectropolar‐imetric 

capabilities—spectral regions, processing techniques, and measurement calibration. 

Recent Research Results 

Elmore  modeled  the  polarization  properties  of  individual  optical  elements  for  solar  research 

telescopes  and  evaluated  several  techniques  for  inferring  properties  of  these  elements  using 

calibration and solar observational data.   

Future Research Plans  

Elmore will  continue  working with  prospective  instrument  developers  to  define  and  develop 

instrumentation for the ATST.  He will apply his thorough understanding of telescope calibration 

at  the Dunn Solar Telescope  toward development of  the  telescope calibration plan  for  the ATST.  

He  also  plans  to  utilize  existing  instruments  at NSO,  such  as  SPINOR,  ProMag,  and  IBIS,  to 

advance spectro‐polarimetric techniques. 

Service 

Elmore  is Instrument Scientist for the ATST.   In that role he works with  instrument builders and 

ATST team members to define the instruments and their interfaces.  As ATST Instrument Scientist, 

Elmore has  created a Polarimetry Working Group  that  is addressing particular  issues  related  to 

calibration of the ATST.  

 

James Lewis Fox, Postdoctoral Research Associate 

Areas of Interest 

Imaging  spectroscopy  and  spectropolarimetry;  prominences  and  filaments;  instrumentation; 

mathematical inverse theory. 

Recent Research Results 

Dr. Fox has completed a preliminary telescope polarization model at the Evans Solar Facility.  The 

model shows  the redesigned ProMag  instrument with modulation efficiencies  that remain above 

30%  throughout  the year.   The model has been validated by calibration data  taken  from  January 

2013 to June 2013.   This result was presented at the Solar Physics Division meeting in July 2013 in 

Page 115: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

109    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Bozeman, Montana.  A more complete and detailed form has been prepared as a manuscript to be 

published as NSO Technical Report ESF‐2013‐001.   

Future Research Plans  

J. L. Fox is working on removing a fringing pattern from ProMag images, and coaligning the dual‐

beam  data  to  enable  sensitive  and  precise  full‐Stokes polarimetry with ProMag data.  175 GB of 

data for 408 prominence maps exist for analysis once the data reduction pipeline is complete.   He 

will perform full Stokes vector inversions of these data (and future data) to obtain images of the 3D 

magnetic  field  in  prominences  (via  the Hanle  effect),  as well  as  inversions  to  obtain  scattering 

polarization analyses of non‐LTE physical processes  in prominences and filaments.   The ultimate 

goal  is  to determine diagnostics  that predict  the onset of prominence activation and eruption  for 

space weather efforts.  Data now exist for prominences before, during, and after an eruption.  Fox 

continues observing prominences with ProMag at the ESF in the He I lines at 5876 (D3) and 10830 Å.   

Service 

Fox has  taken  a  leading  role  in operations  at  the ESF,  somewhat  analogous  to  the  role of  chief 

observer  (the  ESF  no  longer  has  observers).   He  sees  to maintenance  and  improvement  of  the 

facility, benefiting operations  for  all ESF users.   Fox mentored  an REU  student during  summer 

2013 through a successful project observing with ProMag.  She obtained simultaneous data in He I 

D3 and 10830 on post‐flare  loops which are currently being analyzed.   Fox  is active  in education 

and public  outreach  activities, providing  educational  talks  on  solar  astronomy  and  observatory 

tours  for  groups  of  all  ages,  particularly  for  hundreds  of  elementary, middle,  and  high  school 

students  from New Mexico  and  around  the world.   He  has  also  given  invited  talks  at  public 

astronomy events.  He serves on the Sunspot Volunteer Fire Department. 

 

Mark S. Giampapa, Astronomer 

Areas of Interest 

Solar and stellar magnetic activity; asteroseismology; exoplanet environments. 

Recent Research Results 

Dr.  Giampapa  and  collaborators  Vincenzo  Andretta  (INAF—Naples),  Ansgar  Reiners  (U. 

Göttingen), B. Beeck, and M. Schüssler (Max Planck) are analyzing spectra of the He I triplet lines 

at 587.6 nm and 1083.0 nm, respectively, in a sample of G and F dwarf stars with detected coronal 

X‐ray emission.  The final results will be combined with models previously developed by Andretta 

and Giampapa to estimate the area coverage of magnetic active regions on Sun‐like stars based on 

these  spectral  features.    This  is  the  first  important  step  toward  establishing  the  empirical 

relationship  between  rotation  and  the  filling  factor  of magnetic  active  regions  as  a  significant 

constraint for stellar dynamo theory.  Giampapa gave a preliminary report on findings at the 2012 

Anchorage AAS SPD meeting.   He  and his  colleagues  are  attempting  to  improve  the  terrestrial 

water vapor correction for the 5876 line in particular. A paper for submission to The Astrophysical 

Journal is planned for FY14.  

Future Research Plans  

Giampapa, in collaboration with M. Penn (NSO), plans to obtain IR spectra of solar plages in the 3– 

4 micron region to measure both photospheric and chromospheric field strengths based on newly 

discovered  spectral  features  characterized  by  significantly  higher  magnetic  sensitivity  than 

diagnostics  in  the visible.   Along with Ca K spectra of  the same plages,  the empirical correlation 

between chromospheric heating and chromospheric field strength will be investigated.  Giampapa 

Page 116: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

110    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

plans  to use  the SOLIS ISS  for  long‐term studies of  the Sun‐as‐a‐star, specifically  the variation of 

line bisector amplitudes  in photospheric  features during  the solar cycle.    In collaboration with  J. 

Hall (Lowell Observatory), Giampapa  is planning programs to  investigate the magnetic activity of 

solar‐type  stars  that  are  the hosts  of  systems with  planets  in  the  habitable  zone.   A  proposal  to 

support this effort was submitted to the NASA Origins of Solar System Program.  

Service 

M. Giampapa is the Deputy Director for the National Solar Observatory.  In this role, he assists the 

NSO Director  in  the development of program plans and budgets,  including budgetary decisions 

and their  implementation, and the preparation of Observatory reports and responses to NSF and 

AURA oversight committee requests. He also attends and presents at AURA committee meetings 

such as the Solar Observatory Council.  Giampapa served as chair of the NSO Scientific Personnel 

Committee  until  early  FY  2014.   He  also  carries  out  supervisory  responsibilities  for  the NSO 

Tucson/Kitt  Peak  program.    In  this  role  he  has  overview  responsibilities  for  the  scientific  and 

instrument  development  activities  at  the McMath‐Pierce  jointly with McMP  Telescope  Scientist 

Matt  Penn.    Giampapa  is  the  chair  of  the NSO  Kitt  Peak  telescope  allocation  committee  and 

program  scientist  for  the McMath‐Pierce  nighttime  program.   With  Matt  Penn,  Giampapa  is 

working with a consortium  for divestiture of  the McMath‐Pierce by FY 2017.   He  represents  the 

NSO in discussions and negotiations with the NOAO, particularly with respect to staff support of 

NSO/Kitt Peak operations.   He recently completed his term as the Diversity Advocate for the NSO 

but continues to work in support of the new NSO DA, John Liebacher. Giampapa is a member of 

the  Scientific  Organizing  Committee  for  the  18th  Cambridge Workshop  on  Cool  Stars,  Stellar 

Systems,  and  the  Sun,  to be held  in Flagstaff, AZ  in  June  2014.   Like other NSO  scientific  staff 

members,  Giampapa  participates  in  educational  outreach  activities,  including  K‐12, 

undergraduate, graduate, and general public educational programs and activities.  Giampapa is an 

adjunct astronomer at the University of Arizona.   

Irene González Hernández, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Local helioseismology (seismic imaging and ring‐diagram analysis). 

Recent Research Results 

Dr. González Hernández is currently leading the GONG far‐side project, aimed at calculating daily 

far‐side maps  of  the  Sun’s magnetic  activity.   Daily maps  are  shown  on  the GONG Web  site 

(http://gong.nso.edu/‐data/farside/).   These maps are now  calibrated  into magnetic  field  strength 

and include other features such as AR identification and detection confidence level that are useful 

to  space weather  forecasters.   A  recent publication by Liewer et al.,  comparing  the helioseismic 

maps with  direct  observations  from  the  STEREO  spacecraft,  shows  the  high  reliability  of  the 

GONG seismic  far‐side maps.   The same pipeline  is now being used  to calculate maps using  the 

Doppler‐grams from HMI. 

The calibration of  the  far‐side maps  into magnetic  field strength means  that  these maps are now 

valid input to models that need photospheric magnetic field information and opens the possibility 

of many research collaborations;  e.g., González Hernández is collaborating with AFOSR personnel 

to add far‐side maps to the standard input of the ADAPT photospheric flux transport model.  The 

analysis  of  a  particular  case  has  shown  a  substantial  improvement  in  F10  and  solar  wind 

forecasting when using far‐side maps with ADAPT and ADAPT+WSA, respectively. 

Page 117: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

111    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

González Hernández  is  also  involved  in  the GONG Ring Diagrams pipeline.   Currently,  she  is 

applying the method to investigate the subsurface dynamics of Anti‐Joy active regions.  She is also 

involved in the analysis of large flows, in particular the profile of the meridional circulation at high 

latitudes. 

Future Research Plans  

I. González Hernández  and Manuel Diaz Alfaro  (IAC)  have worked  on  a  new magnetic  index 

calculated  by  integrating  helioseismic  maps  of  the  whole  Sun.  The  contribution  of  far‐side 

magnetic activity to the index can be calibrated in terms of standard front‐side indexes such as Ly‐

alpha  and  F10  indices. Once  calibrated,  the  index  can  be  used  to  forecast  EUV  and  total  solar 

irradiance  weeks  in  advance  by  using  it  as  input  to  irradiance  models  such  as  the  JB2008.  

González Hernández plans to continue her work on the subsurface flows of Anti‐Joy active regions 

to prove or disprove the relation between these peculiar active regions with large dynamics under 

the solar photosphere. 

Service 

González Hernández is the NISP solar interior data scientist.  In this role, she oversees the quality 

of the GONG data, particularly the Dopplergrams, and assists with the distribution of customized 

products to external users.    

 

Sanjay Gosain, Postdoctoral Research Associate 

Areas of Interest 

Observations  of  solar  flares,  erupting  filaments  and  CMEs;  characterization  of magnetic  non‐

potentiality  in  solar  active  regions  using  vector magnetograms;  high‐spatial  resolution  spectro‐

polarimetry  of  solar  active  regions;  solar  cycle  related magnetic  field  variations  using  synoptic 

magnetograms;    instrumentation, specifically  in areas of spectropolarimetry and development of 

polarization calibration procedures. 

Recent Research Results 

Dr. Gosain has done a comparative  study of helicity at different  layers of  the  solar atmosphere. 

Sunspots with twisted magnetic field configuration in the chromosphere and corona (seen as long‐

lived whirls in SDO AIA images) were chosen. The photospheric magnetic twist was determined 

using SOLIS and HMI magnetograms, and  the kinetic helicity of subsurface  flows beneath  these 

active regions were deduced by using the ring diagram analysis technique on GONG observations.  

An analysis of two cases has been carried out as a pilot study and published. An extension of this 

analysis to much larger dataset is planned for deriving statistically significant results.  

S. Gosain  is also proposing a new  idea  for  fast disambiguation of 180‐degree ambiguity  in solar 

magnetic fields.  The idea is based on the assumption that most of the magnetic field on the Sun is 

predominantly a vertical line in the plages and the network region.  Analysis of inclination angle of 

the magnetic  field  from SOLIS data reveals  that   about 65‐80% of  the  field on  the Sun  is close  to 

vertical with inclination angle between 0‐30 degrees. The magnetic field can thus be disambiguated 

first with a simple approach that automatically chooses the most vertical configuration. The good 

initial  guess  provided  by  this  approach  will  help  in  expediting  the  iterative  disambiguation 

schemes like the NPFC method (Georgoulis, 2005), which is implemented in the SOLIS pipeline.  

Gosain and colleagues analyzed the giant filament eruption event of 26 Sept 2010 observed by the 

STEREO and TESIS satellites.   The 3D reconstruction of the eruptive event was carried out using 

Page 118: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

112    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

different methods,  and  the  resulting  height‐time  profile  of  the  rising  filament were  fitted with 

different functional forms.  Different models have been proposed for the solar eruptions based on 

different physical mechanisms. These different models expect different profiles for acceleration of 

the ejecta.  It  is  found  that  for  the eruptive event studied,  the exponential  form  fits best with  the 

observations,  i.e.,  better  than  the  cubic  or  parabolic  rise  profile.  The  exponential  rise  profile  is 

expected  for  the  eruptions  due  to  ideal MHD  instability,  so  the  observations  of  Gosain  et  al. 

support this model for the observed event.   

Future Research Plans 

S. Gosain will  indulge  in  the analysis of  the  twist patterns  in solar active  region magnetic  fields 

during the ascending phase of solar cycle 24 (covering the most recent data for 2012) using SOLIS 

full‐disk magnetograms and will combine the results with subsurface kinetic helicity patterns for 

the same active regions to make a comprehensive study of temporal behaviour of helicity trends in 

photospheric  magnetism  of  active  regions  and  plasma  flows  in  their  subsurface  layers.    The 

synoptic maps  of  current helicity  from  the  SOLIS VSM  and  synoptic maps  of  subsurface  flows 

from GONG observations will be used for these studies.  

Analysis of flares, CMEs and eruptive events with SOLIS VSM data together with space‐based data 

from  SDO  will  be  carried  out  for  selected  events.    Gosain  also  plans  to  participate  in  the 

development  of  a  Stokes  polarimeter  for  the Ca  II  854.2  nm  line,  an  upgrade  planned  for  the 

current SOLIS/VSM instrument. 

Service 

S. Gosain developed an IDL program to analyze the SOLIS polarimeter calibration data sequence 

and fit the data to infer polarimeter response matrix and deduce the demoulation matrix.  The final 

cross‐talk  in  the Stokes parameters  is  estimated  to be below  a  few  (1‐2%) percent.   Gosain  also 

developed a program to adapt the SOLIS Stokes data to be inverted by the Very Fast Inversion of 

the Stokes Vector Milne‐Eddington  (VFISV ME)  inversion  code used by  the HMI pipeline.   The 

SOLIS  data  can  now  be  inverted with  the HMI  code  and  the  output  can  be  fed  to  the  SOLIS 

pipeline  for disambiguation. Detailed comparison with HMI  full‐disk and Hinode SOT/SP vector 

magnetograms is planned.   

 

Brian J. Harker, Postdoctoral Research Associate 

Areas of Interest 

Stokes  spectropolarimetry  of  the  photosphere;  Stokes  inversion  techniques;  spectropolarimetric 

data  reduction;  automated  tracking  and  classification  of  sunspot  and  active  region  structure; 

parallel processing techniques for data reduction. 

Recent Research Results 

Dr. Harker  has  developed  a  new  active  region  identification  code,  based  on Hermite  function 

decomposition of  the Stokes Q, U, and V profiles, which  relies on no user‐tuned parameters or 

arbitrary thresholds on, for example, magnetic field strength or intensity.  An Astrophysical Journal 

Supplement  Series  paper  on  the method  has  been  published.   Harkerʹs  new  spectropolarimetric 

fringe  removal  algorithms  have  been  implemented  in  the  SOLIS/VSM  vector  magnetic  field 

pipeline, along with a new Milne‐Eddington  inversion engine  (based on  the VFISV code), which 

provides  truly  full‐disc vector magnetic  fields  in a more stable, and much  faster  implementation 

than that previously used.  A paper comparing two “quick‐look” vector magnetic field calculation 

Page 119: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

113    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

paradigms  (in collaboration with V. Bommier of LESIA) has been  submitted  to  the Astrophysical 

Journal,  in which  the authors  find  that  the new  Inversion by Central Moments  (ICM) method  is 

fast, accurate, needs no calibration, and  is more applicable over a wide range of solar conditions 

than a commonly used Integral method which relies on integrated Stokes profiles.  Finally, Harker 

has collaborated with A. Pevtsov  (NSO)  to study a patch of  transient magnetic  field  (including a 

polarity  reversal) observed by SDO/HMI during  the M7.9  flare of 13 March 2012.   A short‐lived 

patch of magnetic field at the umbra/penumbra boundary of NOAA 11429 was found to undergo a 

rapid  and  reversible  change  in  the  magnetic  field  strength  and  orientation,  and  the  authors 

concluded  (from  the  lack  of  flare‐related  line  emission  and  forward‐modeling  experiments  on 

SDO/HMI  instrumental/algorithmic  characteristics)  that  the  observed  change was  indeed  a  real 

evolution of the magnetic field, indicating an abrupt rotation of the field vector.  An ApJ paper on 

these results has been accepted for publication. 

Future Research Plans 

B. Harker has begun an investigation into the inherent information content and optimal sampling 

of  Stokes profiles  (in  collaboration with  J. C. del Toro  Iniesta  of  the  Instituto de Astrofísica de 

Andalucía  (IAA), M.  Rempel  (HAO)  and H.  Uitenbroek  (NSO).    The  project  involves  Fourier 

analysis  of  realistic  synthetic  Stokes profiles  synthesized  from  the MHD  simulations  of Rempel 

(2012),  systematically  degraded  and  noise‐corrupted  to  investigate  the  effects  of  sampling  and 

noise  on  the  frequency  content  of  Stokes  profiles.    This  will  be  widely  applicable  to  future 

instrument design and operations. 

Service 

B. Harker mentored 2013 NSO REU student Tyler Sinotte (U. Wisconsin, Madison), whose project 

was to search for flare‐related changes in Stokes V area and amplitude asymmetries, which might 

indicate changes  in  the gradient(s) of magnetic  field and/or velocity along  the  line‐of‐sight. Tyler 

will be presenting his results at the January 2014 AAS meeting in Washington, DC.   

John W. Harvey, Astronomer 

Areas of Interest 

Solar magnetic and velocity fields; helioseismology; instrumentation. 

Recent Research Results 

During  FY  2013,  Dr.  Harvey  worked  on  SOLIS  and  GONG  instrument  development  and 

maintenance.   This work continues  to consume nearly all available  time so, as has unfortunately 

been the case for many years,  little research was done.   The main research results  include a pilot 

study of  the  strength of umbral magnetic  fields based on SOLIS VSM  intensity  spectra.   Simple 

fitting of a Zeeman triplet to spectra gives field strengths that match closely to the Livingston and 

Penn  measurements.    A  data  reduction  pipeline  has  been  developed  and  large  numbers  of 

measurements  are  now  available  for  detailed  analysis  and  a  research  paper.   A  large  study  of 

chromospheric magnetic  field measurements  in a synoptic context with Chinese visitor Chunlan 

Jin  and  former NSO  staff member Anna  Pietarila was  published  and  showed  slightly  superior 

coronal magnetic field extrapolations compared with photospheric‐based extrapolations.  A study 

of  chromospheric  circumfacules  led by Pietarila was also published with  the major  result being 

strong support for the hypothesis that shock waves are responsible for the enigmatic reverse shape 

of the chromospheric 854.2 nm line of Ca II. Studies of simultaneous chromospheric observations 

with  the  SOLIS VSM  and  the  recently  launched  IRIS  satellite were  started.   Another  study  just 

Page 120: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

114    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

started  aims  to  better  understand  the  frequency  and  significance  of  apparent  increases  of  field 

strength with height in flares. 

Future Research Plans  

During FY 2014, J. Harvey will complete construction of the SOLIS FDP visible tunable filter, assist 

with  completion  of  the VSM guider,  construct  a new modulator  for  chromospheric vector  field 

measurements,  continue  to  concentrate  on  improved  reduction  of  SOLIS  and GONG data,  and 

complete  research  started  in  2013.   Harvey  hopes  to  be  able  to  concentrate  on  research  after 

transition to halftime in 2014.  He will prepare his invited memoirs for the journal Solar Physics. 

Service 

J. Harvey has responsible  instrumental and scientific roles  in the GONG and SOLIS projects.   He 

completed his service as a member of  the NSO Scientific Personnel Committee  in early FY 2014.  

During FY 2013, he served on a National Research Council study on filling an  impending gap  in 

solar irradiance measurements.  He is a co‐investigator on the IRIS satellite project.    

Frank Hill, Senior Scientist 

Areas of Interest 

Helioseismology; asteroseismology; fluid dynamics of the solar convection zone; the solar activity 

cycle; virtual observatories; solar magnetic fields.  

Recent Research Results 

Dr. Hill continues to perform research in helioseismology.  Working with R. Howe and others, Hill 

has  been  tracking  the  progress  of  an  east‐west  zonal  flow  in  the  solar  interior  known  as  the 

torsional  oscillation  as  it  slowly migrates  from  the  solar poles  to  the  equator.   Recently,  it was 

found that the background high‐latitude solar differential rotation rate had changed in the rising 

phase of cycle 24, masking  poleward branch for cycle 25. 

Working with S. Kholikov, J. Leibacher, and others, Hill has been developing ways to measure the 

deep meridional flow using time‐distance analysis. Preliminary work suggests that there may be at 

least two‐cells to the meridional flow as a function of depth.   Recent numerical simulations from 

the  University  of  Colorado  indicate  that  a  multi‐cell  meridional  flow  is  consistent  with  the 

observed surface differential rotation, whereas a unicellular flow is not. 

Hill continues to work with K. Jain and S. Tripathy on the change of frequencies during the recent 

deep minimum and the rise of cycle 24.  Recent results show a quasi‐biennial periodicity that may 

indicate the presence of a near‐surface dynamo. 

Hill has been working with the SDO HMI team to develop their ring‐diagram analysis pipeline to 

routinely map the flows in the outer solar convection zone.  Hill and his team have been develop‐

ing helioseismology using  the SDO Atmospheric  Imaging Assembly   data, which will provide a 

multi‐wavelength capability when combined with HMI and GONG observations. 

Future Research Plans  

While much of his  time  is  taken up with administrative matters, Hill has started a new research 

project  with  graduate  student  Teresa  Monsue  and  Drs.  Keivan  Stassun  and  Nathan  De  Lee 

(Vanderbilt U.)  to construct oscillation power map movies of H‐alpha intensity in flaring and non‐

flaring regions. These movies will show how waves in the chromosphere are affected by flares. 

 

Page 121: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

115    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Service 

Hill  is  the  NSO  Associate  Director  for  the  NSO  Integrated  Synoptic  Program  (NISP),  which 

combines SOLIS and GONG.  He continues to participate in the development of the Virtual Solar 

Observatory, which was released to the public in December 2004.  Hill typically supervises several 

staff, currently eight scientists, one manager, and one programmer.  He acquired funding from the 

US  Air  Force Weather  Agency  (AFWA)  in  2009  to  develop  and  install  an H‐alpha  observing 

capability  in  the GONG  network.   AFWA  has  subsequently  provided  operational  support  for 

GONG in FY 2011 and FY 2012.  Hill submits around four proposals a year for outside funding.    

Hill reviewed  ten proposals  for  the NSF and NASA, as well as five papers  for ApJ, Solar Physics, 

etc.   He served on  the scientific organizing committee  for  three  international scientific meetings, 

and has been appointed to the European HELAS Board.  He is currently working on developing a 

new network to obtain multi‐wavelength observations for helioseismology, solar magnetom‐etry, 

and space weather. 

 

*Kiran Jain, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Global and  local helioseismology – solar cycle variation; multi‐wavelength helioseismology; sub‐

surface flow dynamics; solar activity – irradiance modeling; Sun‐Earth connection. 

Recent Research Results 

Dr. Jain studied mode parameters using several observables from the SDO (HMI V, HMI Ic, HMI 

Ld, HMI  Lc, AIA 1600, AIA 1700) and GONG V using symmetric and asymmetric profile models.  

Jain and colleagues found that the current model for asymmetry in power spectra is inappropriate 

and does not represent the correct profile above the cut‐off frequencies.  They suggest a need of re‐

visiting the model in order to study the characteristics of propagating acoustic waves in the solar 

atmosphere.   Halos  in  power maps  around  active  regions  for  different  observables were  also 

studied. It is found that the influence of the active region in power, phase and coherence extends 

beyond  the  surface  field  concentrations  in  high  frequency  bands.    Above  the  acoustic  cut‐off 

frequency, the behavior is more complicated: power in HMI IC is still suppressed in the presence 

of surface magnetic  fields, while power  in HMI  IL and  the AIA bands  is suppressed  in areas of 

surface field but enhanced  in an extended area around the active region, and power  in HMI V  is 

enhanced  in  a  narrow  zone  around  strong‐field  concentra‐tions  and  suppressed  in  a  wider 

surrounding  area. This  is  consistent with  the  idea  of  field  lines  spreading  out with  height  and 

affecting the waves through scattering and mode conversion. 

Jain also applied the technique of ring‐diagrams to study the temporal variation of the horizontal 

velocity in sub‐surface layers beneath AR 11158.  This active region had several sunspots rotating 

in  different  directions  and  also  produced many  flares,  including  an  X2.2  flare,  during  its  disk 

passage.  High‐resolution  Doppler  measurements  from  SDO/HMI  were  used,  allowing  the 

investigation  of  the  flow pattern  in  regions  of  negative  and positive  polarities  separately.   The 

study demonstrates that the morphology of a sunspot plays an important role in governing flows 

fields or vice versa. 

Future Research Plans  

Jain will  continue  to  investigate  the  effect  of  the  choice  of  observables  on  helioseismic mode 

parameters and subsurface flows using simultaneous data sets.  She and colleagues will carry out a 

Page 122: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

116    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

detailed study of mode parameters obtained with different observables, quantify differences, and 

interpret results in context of the formation height and the anticipated phase relationships between 

the oscillations at those heights.  In the next phase, the plan to determine mode parameters using 

cross‐spectrum analysis.  

Jain  and  collaborators will  also  continue  to  study  the  influence of magnetic  activity on varying 

oscillation  frequencies, both  locally and globally.   They plan  to  investigate  in detail  the  two‐year 

periodicity in global shifts and to compare the frequency shifts during the ascending phase of the 

current cycle 24 with the previous cycle. 

Service 

Jain  serves  as  the  science  coordinator  of  the NSF  funded  International Research Experience  for 

Students (IRES) program for NSO and is the Program Scientist of the Interior Science Group of the 

NSO  Integrated Synoptic Program  (NISP).    In May 2013,  she co‐chaired  the 27th NSO workshop 

entitled “Fifty Years of Seismology of the Sun and Stars” held in Tucson. She has also served as a 

panelist in the NASA’s proposal review committee.    

Stephen L. Keil, Astronomer 

Areas of Interest 

Solar  activity  and  variability;    astronomical  instrumentation;  solar  convection  and magnetism; 

coronal waves; educational outreach; the Advanced Technology Solar Telescope.  

Recent Research Results 

S. Keil worked with REU student Tyler Behm on investigating methods of restoring missing data 

in time series and measuring differential rotation in integrated sunlight as seen in the Ca II K‐line.  

They also used  the daily Ca  II K‐line  full‐disk  spectroheliograms  to  track  the  latitudes of K‐line 

emission  regions  from  1976‐2002  and  showed  they  followed  a  “butterfly”  diagram  similar  to 

sunspots.  They were able to show a clear signal of differential rotation for some solar cycles using 

data from the Evans Solar Facility at Sacramento Peak.  Other cycles, while showing some signal, 

were more difficult  to  interpret due  to  the emergence and decay of active  regions. Results were 

presented at the AAS SPD meeting in July 2013 and incorporated into a paper.   Keil also continued 

to  compare disk‐integrated Ca K‐line  observations  obtained  from  the Evans  Solar  Facility with 

those  of  SOLIS  in  order  to  cross  calibrate.   Once  the  cross  calibration  is  completed,  the  Evans 

measurements will cease.   

Future Research Plans  

Keil plans  to  continue his work on  solar magnetoconvection  and waves. He plans  to  study  the 

association between MHD and acoustic waves and chromospheric and coronal heating.   Keil will 

continue investigating changes in chromospheric emissions through measurements of the Ca II K‐

line  in  both  integrated  flux  and  spatially  resolved  images.    This work  is  part  of  a  program  to 

understand  variations  of  the  solar  ultraviolet  and  extreme  ultraviolet  flux  as  inputs  to  the 

terrestrial atmosphere in collaboration with researchers at NASA Ames.  Keil will continue to work 

with HAO colleagues Steve Tomczyk and Scott McIntosh on coronal waves. 

Service 

Keil currently serves as advisor to the Director of the National Solar Observatory.    He supervises 

both  graduate  and undergraduate  students,  conducting  research programs during  the  summer, 

and works closely with NSO and NOAO educational outreach programs.  He provides input to the 

Page 123: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

117    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

current solar and space physics decadal survey on science objectives and  the ATST project.   Keil 

serves as an advisor for the Akamai outreach program in Hawaiʻi.  He presents the NSO program 

to Akamai graduates and helps them develop their resumes.   

Shukirjon S. Kholikov, Assistant Scientist 

Areas of Interest 

Helioseismology; data analysis techniques; time‐distance methods. 

Recent Research Results 

Shukur Kholikov works  primarily  on  time‐distance  applications  using GONG++  data.   He  has 

developed  a  time‐distance  pipeline, which  provides  travel‐time maps  of  daily GONG‐network 

data  and  produces  reconstructed  images with  specified  filters. At  present,  the  pipeline  has  been 

tested to produce several types of specific travel time measurements. 

The main focus of the pipeline  is deep meridional flow measurements. A recent approach  in this 

field is averaging huge amount of measurements over a long time period to obtain depth profile of 

meridional  flow.  Meridional  flow  measurements  were  obtained  by  using  GONG  spherical 

harmonic  (SH)  time  series  for  1995‐2011  using  travel‐time  differences  from  velocity  images 

reconstructed  from  SH  coefficients  after  applying  phase‐velocity  and  low‐filters.  This  filtering 

technique  increases  the  signal‐to‐noise  ratio  and  thus  extends  travel‐time  measurements  to 

relatively high  latitudes and deep  into  the convection zone.   The obtained depth profile shows a 

distinct and significant change in the nature of the time differences at the bottom of the convection 

zone.   Development  of  an  inversion procedure  to  extract  equatorward  components  of  the deep 

meridional flow is in progress. 

Another application of the existing time‐distance pipeline has been successfully tested to measure 

acoustic  travel  time perturbations due  to emerging active regions.    It was  shown  that  some  selected 

active regions can be predicted one‐to‐two days in prior than they appear at the solar surface. 

Future Research Plans  

Kholikov will continue to  improve the time‐distance pipeline and provide  the scientific community 

with  specific  GONG  data  for  local  helioseismology  analysis.  The  main  focus  will  be  deep 

equatorward return flow measurements involving GONG, MDI and HMI data series.  

Service 

Kholikov  is a member of  the Kepler Asteroseismic Science Consortium working group. He also 

provides time distance measurements and high degree SH time series of GONG data by request.   *Rudolf W. Komm, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Helioseismology; dynamics of the solar convection zone; solar activity and variability. 

Recent Research Results 

Komm continues  to perform  research  in helioseismology.   He  is deriving solar sub‐surface  fluid 

dynamics descriptors from GONG data analyzed with a ring‐diagram.  Using these descriptors, he 

was able to derive, for example, the divergence and vorticity of solar sub‐surface flows and study 

their relationship with magnetic activity.  Komm is exploring the relationship between the twist of 

subsurface  flows and  the  flare production of active regions and started producing daily  full‐disk 

Page 124: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

118    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

maps  of  the  normalized  helicity  parameter  in  collaboration  with  A.  Reinard  (NOAA/SWPC).  

Komm  is searching  for a signature of helicity  flow  from  the solar  interior  to  the photosphere,  in 

collaboration with NSO colleagues S. Gosain and A. A. Pevtsov, and has derived  the subsurface 

helicity  of  active  regions  with  superpenumbral  whirls  and  the  hemispheric  helicity  rule  of 

subsurface flows.  Komm is studying the solar‐cycle variation of the zonal and the meridional flow 

in  the  near‐surface  layers  of  the  solar  convection  zone,  in  collaboration  with  I.  González 

Hernández, F. Hill, and R. Howe.   

Future Research Plans  

Komm will continue  to explore  the dynamics of near‐surface  layers and  the  interaction between 

magnetic  flux  and  flows  derived  from  ring‐diagram  data,  and  will  focus  on  the  relationship 

between subsurface  flow characteristics and  flare activity  in active regions.   He will  focus on  the 

daily variations of  subsurface  flows of active  regions and  search  for a  signature of helicity  flow 

from the solar interior to the photosphere.  He will also continue to explore the long‐term variation 

of subsurface flows. 

Service 

Komm  continues  as  coordinator  of  the Local Helioseismolgy Comparison Group  (LoHCo).   He 

supervises undergraduate and graduate students who participate in NSOʹs summer REU and SRA 

programs.    John W. Leibacher, Astronomer 

Areas of Interest  

Helioseismology; atmospheric dynamics; Asteroseismology.  

Recent Research Results 

Leibacher’s recent work has focused on the evolution of solar active regions as seen by GONG and 

SDO/AIA, and  the  treatment of  low‐degree spherical harmonic mode  frequencies  to better probe 

the deep  solar  interior.    In  addition, work  continues on various  aspects of  a new  technique  for 

measuring  solar  subsurface meridional  circulation and  its variation with  the  solar  cycle,  several 

solar and instrumental effects that manifest in the meridional circulation measurements (offset of 

the solar  rotation axis  from  the classic values and center‐to‐limb darkening shifting  the effective 

center of the velocity pixels), as well as the variation of the helioseismic signal with altitude in the 

solar  atmosphere  and  the  inter‐comparison  of  measurements  from  different  instruments  and 

different techniques. 

Future Research Plans  

Ideas  about  the  observational  signature  of  the  convective  excitation  of  p‐mode  oscillations  are 

being pursued with data from GONG as well as  instruments onboard the SOHO spacecraft with 

collaborators  at  the  Institut  d’Astrophysique  Spatiale  (Orsay,  France)  and  the Observatoire  de 

Paris–Meudon.   The application of helioseismic techniques to stellar oscillations is being pursued 

in the framework of the CoRoT and Kepler missions, and modifications to the SDO/HMI and AIA 

frequency analysis are being pursued.  The search for flare‐related changes in the solar interior as 

manifested  in helioseismic  ʺring‐diagramsʺ, and application of gap‐filling strategies  to helio‐ and 

asteroseismic time series continues. 

Service 

Leibacher  serves  as  editor of  the NSO Newsletter,  as Diversity Advocate  and NSO member  and 

vice‐chair of the AURA Workforce Diversity Committee, as representative for outreach activities, 

Page 125: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

119    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

and organizes the weekly seminar series.   He served on the NSO Scientific Personnel Committee 

until early FY 2014.     Leibacher has been a mentor  to several undergraduate  (REU) students and 

two graduate students using GONG data, has been the external examiner on six PhD theses and a 

member of seven PhD juries recently.  He maintains the SolarNews WWW site.  He is a member of 

the  Fachbeirat  (scientific  advisory  committee)  of  the  Max‐Planck  Society’s  Institute  for  Solar 

System Research (Katlenburg–Lindau), chair of the High Altitude Observatory/National Center for 

Atmospheric  Research  External Advisory  Committee,  advisor  to  several  external  projects,  and 

member  of  the  current NASA Heliophysics  Roadmap  committee.   He  is  editor‐in‐chief  of  the 

journal Solar Physics.   

Valentín Martínez Pillet, NSO Director 

Areas of Interest 

Solar  activity;  Sun‐heliosphere  connectivity; magnetic  field measurements;  spectroscopy; polari‐

metry; astronomical instrumentation with an emphasis on the Advanced Technology Solar Telescope.   

Recent Research Results 

Before  joining  NSO  as  Director,  Dr.  Martínez  Pillet  was  leading  the  Imaging  Magnetograph 

eXperiment  (IMaX)  for  the balloon borne SUNRISE  solar  telescope  (a Germany, Spain and USA 

collaboration).    IMaX/SUNRISE has  flown  twice  from  the Artic  circle within  the Long‐Duration 

Balloon program of NASA (June 2009 and June 2013).  The data obtained during the first flight has 

produced the most accurate description of the quiet Sun magnetic fields, reaching unprecedented 

resolutions  of  100  km  at  the  solar  surface  and  a  sensitivity  of  a  few Gauss.    These  data  have 

produced  well  over  30  papers  in  the  last  few  years,  describing  a  large  variety  of  processes 

including the discovery of small‐scale supersonic magnetized flows.  These jets have been recently 

identified  in  the Hinode  satellite  data  that  provide  full  Stokes  spectral  profiles  and  allow  for  a 

detailed  study  of  the  atmospheric  context  in  which  they  are  generated.    Using  inversion 

techniques, such a study is being performed in the context of the PhD of C. Quintero (IAC).   It is 

expected that the data from the second flight will produce results of a similar impact. 

Dr.  Pillet  was  also  leading  (as  co‐Principal  investigator)  the  design  and  construction  of  the 

Polarimetric and Helioseismic Imager for the Solar Orbiter mission (a Germany, Spain and France 

collaboration).  

Future Research Plans 

As Director, Dr. Pillet has overall responsibility for the operation of NSO and the effort to develop 

the Advanced Technology Solar Telescope, to maintain and rejuvinate  the NSO synoptic program, 

and prepare for observatory operations at the new NSO directorate site in Boulder, Colorado.  Dr. 

Pillet plans to maintain an active role in the analysis of the data from the second IMaX/SUNRISE 

flight.  This flight received ground support from several of the NSO facilities including the SOLIS 

VSM instrument.  The full‐disk, vector magnetic capabilities of SOLIS nicely complement the high‐

resolution data from IMaX/SUNRISE during this second flight.  

Dr. Pillet plans to establish collaborations with the NISP scientists on quantifying the flux history 

of active regions with an emphasis on their decay phase.  

Service 

Dr. Pillet is Director of the National Solar Observatory.  In the past, he has provided services for a 

variety of  international  institutions,  including: member of the High Altitude Observatory Science 

Page 126: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

120    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Advisory Board; member of  the ATST Science Working Group; member of  the European Space 

Agency Solar System Working Group;  former President of  the  International Astronomical Union 

Commission  12  on  Solar  Radiation  and  Structure;  former  President  of  the  International 

Astronomical Union Division II The Sun and the Heliosphere; and member of the Editorial Board 

of the journal Solar Physics.  

Dr. Pillet has acted as PhD advisor of  three  students at  the  IAC  (Tenerife) and of  supervisor of 

three post‐doctoral scientists from various international institutions.  

 

Matthew J. Penn, Associate Astronomer 

Areas of Interest 

Spectropolarimetry; near‐IR instrumentation; solar atmosphere; oscillations and magnetic fields. 

Recent Research Results 

Most recently, Penn has obtained CO 4666 nm eclipse observations and is working on inverting the 

data  to  study  the  emission with  resolution  equivalent  to  that  expected  from  the ATST.    Penn 

continues  to  work  with W.  Livingston  on  examining  the  changes  in  sunspot magnetic  fields 

through  solar  cycle  24  and  is  relating  the  observed  sunspot  changes  with  data  from  21  cm 

emission; recent work was published in ApJ Letters (Livingston, Penn and Svalgaard, 2012).  Penn 

has studied solar oscillations using the 4‐micron fundamental lines of CO; results indicate that the 

CO lines provide physical diagnostics of the solar atmosphere; recent work was published in ApJ 

Letters (Penn, Schad and Cox, 2011). 

Future Research Plans 

Penn  is currently  involved  in vector magnetic field observations using the 1083 nm and 1565 nm 

infrared lines and with imaging and spectroscopy at wavelengths from 4000‐4700 nm. 

Service 

Penn is involved with the ATST development, particularly the IR and coronal instrumentation for 

the ATST (Cryo‐NIRSP and NIRSP‐C) and with a group providing scientific feedback to the ATST 

software development group. 

As part of his work with  the BBSO/NST/Cyra  cooled  spectrograph  instrument,   Penn has done 

successful  imaging and polarimetry experiments   at 4700 nm, and new  filters have been ordered 

for more work in this area.  Parts of a polarimeter to operate in the 3000‐5000 nm wavelength range 

have been tested and the complete system identified and ordered in FY 2012.   

Penn was  advisor  to  graduate  student  Tom  Schad  from  the UA  on  new  vector magnetic  field 

measurements using  the He 1083 nm spectral  line, and  inversion code  (HAZEL) provided  to  the 

international community by the IAC (Spanish) group; Schad received his PhD in August 2013. 

Penn  is  advising  postdoctoral  research  associate  Fraser  Watson,  a  recent  graduate  from  the 

University of Glasgow, with additional studies of the long‐term sunspot magnetic field evolution. 

Penn  is  in  charge  of  the  NSO  summer  Research  Experiences  for  Undergraduates  (REU)  and 

Research  Experiences  for  Teachers  (RET)  programs  and  works  closely  with  the  NSO  staff  to 

maintain the high quality of the NSO REU/RET program.   

Gordon J. D. Petrie, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Solar Magnetic Fields 

Page 127: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

121    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

Recent Research Results 

Petrie  investigated  relationships  between  active  and  polar  fields  via  high‐latitude  poleward 

streams using 40 years of NSO magnetograms. In this work the well‐known weakness of the polar 

fields since cycle 23 was associated with changes in the active regions around 2003. Extrapolating 

coronal potential‐field models, Petrie  found  that  the coronal multipoles divide neatly  into  large‐

scale,  axisymmetric  components  following  the polar  fields  and  small‐scale,  3D  components  that 

follow the activity.  He found that eruption statistics have been enhanced since 2003 because of the 

weakness of the polar fields.  Having studied Lorentz force changes during six major neutral‐line 

flares using a method  invented by G. Fisher  (UC Berkeley) applied  to high‐cadence HMI vector 

data,  Petrie  showed  that  this method  can  reliably  produce  local  estimates  for  large  structures 

within regions composed of strong magnetic field, such as sunspots and strong neutral lines.  He is 

investigating  links between  these Lorentz  force  changes and  sunquakes with helioseismologists.  

With  2013  REU  student  Darryl  Seligman  (U.  Pennsylvania)  and NSO’s  Rudi  Komm,  Petrie  is 

comparing the magnetic and current helicities of active regions to the kinetic helicity of the interior 

flows beneath.  This may clarify the cause of twisted, sheared emerging fields that ultimately result 

in  flares and eruptions.   Petrie and 2012 REU student Karl Haislmaier  (George Mason U.)  found 

that,  although  coronal  structure  often  changes during  the  emergence  of  active  regions, when  a 

coronal  hole  appears  in  the  region’s  place  after  it  decays  the  global  structure  does  not  change 

significantly  in response.   With NSO colleagues Luca Bertello and Alexei Pevtsov, Petrie showed 

that variances  in synoptic magnetogram measurements can  impact extrapolated  field models  for 

the solar atmosphere. 

Service 

Petrie developed  software  that  simulates  poorly  observed  and  unobserved  fields  at  polar  solar 

latitudes.  This work has been applied to GONG and SOLIS synoptic maps that will appear on the 

NISP Web site  (they currently appear on  the separate GONG and SOLIS pages). Accompanying 

potential field modeling products developed with Janet Luhmann (UC Berkeley) will also appear.  

Petrie  helped NSO programmer Richard Clark  to  solve  a problem with  a  zero‐point  correction 

algorithm which  is applied to GONG full‐disk mangetograms and which he helped to develop a 

few years ago with Jack Harvey and Clark.   The problem arose from unanticipated effects of  the 

ascent of cycle 24 activity.   As  in  the past, Petrie mentored REU  students  in 2012 and 2013  (see 

research  results).  Haislmaier’s  project  appeared  in  the  Astrophysical  Journal  this  year  and 

Seligman’s project is being prepared for publication.   Petrie has provided NSO data user support 

on  accessing  and  applying  NSO  magnetogram  data  for  various  users  including  AFRL, 

NASA/CCMC, NOAA/SWPC, Predictive Science, U. Michigan, as well as users in Europe.   Petrie 

participated in NSF proposal merit reviews in late 2012 and 2013.  He refereed manuscripts for the 

Astrophysical Journal, Solar Physics and the Journal of Geophysical Research. 

  Alexei A. Pevtsov, Astronomer 

Areas of Interest  

Solar magnetic fields: topology, evolution, helicity, vector polarimetry; corona: coronal heating, x‐

ray  bright  points,  coronal  holes;  sunspots:  topology,  evolution,  Evershed  flow,  penumbral  fine 

Sstructure;  space  weather:  solar  drivers;  chromosphere:  filaments  and  prominences,  Moreton 

waves; solar‐stellar research. 

Page 128: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

122    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Recent Research Results  

Pevtsov  collaborated with NSO  and  non‐NSO  scientists  on  studies  of  sunspot magnetic  fields, 

topology of coronal magnetic fields derived from non‐linear force‐free modeling, cycle variation of 

basal  chromospheric  profiles,  kinetic  and  magnetic  helicities  on  the  Sun,  magnetic  transients 

associated with  flares, and  the effect of errors  in synoptic maps on extrapolated  fields.     He also 

worked on improvements to data reduction for observations taken by SOLIS.  

Sun‐as‐a‐star  spectra were used  to  study  the chromopsheric Ca K  line profiles and  their change 

with  the  solar  cycle.    The  observed  profiles were  deconvolved  on  basal  (quiet  Sun)  and  plage 

(active Sun) components.  Basal profiles represent the lowest state of the solar chromosphere in the 

absence  of  any  activity  and,  thus,  are not  expected  to  vary with  the  solar  cycle.   To  verify  the 

successful  deconvolution,  time  series  of  both  types  (active  and  quiet  Sun)  were  analyzed  for 

presence/absence of solar rotation, and no rotational modulation was found  in  the basal profiles.  

Subsequent analysis showed that the basal profiles do show slight changes in phase with the solar 

cycle.  These  changes  were  interpreted  as  the  result  of  modulation  of  flux  of  acoustic  waves 

responsible for the basal component of the chromospheric heating.  

Future Research Plans  

Pevtsov plans to continue his research on properties and evolution of magnetic fields on the Sun 

and heliosphere.  As a long‐term goal, this research aims at understanding how magnetic fields are 

created  by  the  global  and  local dynamos,  how  the magnetic  field  evolves  as  it  travels  through 

different  layers  of  solar  atmosphere  and  to  the  Earth  orbit,  how magnetic  fields  of  localized 

features  interact with each other,  forming a  large‐scale  field of  the Sun, and how magnetic  fields 

decay.   He  also  plans  to  continue  studies  of  the  Sun‐as‐a‐star  using  SOLIS/ISS  data,  including 

adding a solar‐stellar component.  Pevtsov plans to spend a portion of his research time on studies 

related  to  the NSO  synoptic  program  including  development  of  new  data  products  based  on 

SOLIS and GONG synoptic magnetograms. 

Service 

A. Pevtsov  is  the Solar Atmosphere Program Scientist  for  the NSO  Integrated Synoptic Program 

(NISP).   In that capacity, he coordinates and  leads the research and data analysis efforts by NSO 

scientists,  postdocs,  and  scientific  programmers  associated  with  the  program  (which  includes 

SOLIS  and GONG projects).   Pevtsov  reviewed proposals  for NASA  and NSF  and  served  as  a 

reviewer for several professional publications.  He supervises the NSO/SP technical library, and is 

a member of  telescope allocation committees  for NSO/SP and SOLIS.    In 2013, he mentored one 

postdoctoral  researcher.    He  serves  on  the  Usersʹ  Committee  for  HAO’s  Mauna  Loa  Solar 

Observatory.   He  is the chair for the International Astronomical Union (IAU) Working Group on 

Coordination of Synoptic Observations of  the Sun and  the vice‐chair  for  the  IAU  Inter‐Division 

Working Group on Solar‐Type Stars. He  is a member of  the Math and Science Advisory Council 

(MSAC) for New Mexico State’s Public Education Department.   

Kevin Reardon, NSO Data Center Scientist 

Areas of Interest 

Dynamics and structure of the solar chromosphere; implementation of modern techniques for data 

archiving, processing, and discovery;  innovative application of  imaging spectroscopy techniques; 

post‐focus  instrumentation development;  spectropolarimetry of  the  solar  atmosphere;  studies of 

inner planets and comets. 

Page 129: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

123    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

Recent Research Results  

K.  Reardon  has  recently  been  working  with  Philip  Judge  (HAO)  and  Gianna  Cauzzi 

(INAF/Arcetri) on trying to understand the nature of the fine‐scale, highly dynamic structures  in 

the solar chromosphere.   The high temporal and spatial resolution data obtained with IBIS show 

changes along extended  fibrils occurring on  timescales a  just a  few seconds, difficult  to reconcile 

with magnetohydrodynamic  evolution  in  the  chromospheric  plasma.    Reardon  and  colleagues 

published a paper  in 2012 and are preparing a  follow‐up paper on  this subject  for submission  to 

the Astrophysical Journal. 

K. Reardon also has recently published a paper  in  Icarus with Andrew   Potter  (NSO), Rosemary 

Killen  (NASA  GSFC),  and  Thomas  Bida  (Lowell  Obs.)  with  an  analysis  of  the  exosphere  of 

Mercury  imaged during  the 2006  transit of  that planet across  the Sun.   The authors were able  to 

map  the exospheric column density, scale height, and  temperature around  the  full  terminator of 

Mercury using the imaging spectroscopy data obtained with IBIS.  The differences with respect to 

some  earlier measurements  indicate  that  terminator  processes might  play  an  important  role  in 

determining  the  characteristics of  the exosphere  in  this  region. The authors are  continuing  their 

collaboration,  together  with  Valeria  Mangano  (INAF/IAPS,  Italy),  in  pursuing  daytime 

observations of Mercury at the Dunn Solar Telescope with IBIS. 

Future Research Plans  

K. Reardon will work on the application of new methods for processing the large volumes of data 

obtained currently at the DST and the even greater challenges for the data to be obtained with the 

ATST.   This will  include  techniques  for calibrating and classifying  the contents of  those data, as 

well  as  data  distribution  channels,  including  the  Virtual  Solar Observatory,  that  support  data 

discovery by the community.  

K. Reardon will continue to work with Philip Judge and others in seeking a better understanding 

of the small‐scale behavior of the solar chromosphere.  This will involve observations pushing the 

current  limits  in  temporal and spatial scales, as well as spectropolarimetric measurements of  the 

chromosphere,  all  coupled  with  the  novel  data  from  the  Interface  Region  Imaging

Spectrograph (IRIS).  

K. Reardon is also Co‐PI on a project with Fabio Cavallini and Vincenzo Greco (INAF/Arcetri) to 

develop  an  exploratory  design  for  a  tunable  narrowband  filter  in  the  near‐infrared  (0.9‐1.6 

microns) for ATST.  This design, to be delivered in the coming year, is for a compact dual Fabry‐

Perot system that would permit diffraction‐limited observations over a 90 arcsecond field‐of‐view.  

Service  

As the NSO Data Center Scientist, Reardon is developing plans and approaches for the processing 

and  archiving  of  the data  from  the ATST,  as well  as  for  the  implementation  of  a modern data 

center deploying advanced analysis techniques in support of NSOʹs mission.  

Reardon has developed tools that allow the solar community to locate and access dataset of interest 

from the Dunn Solar Telescope. The system generates summaries of the data obtained at the DST and 

provides summary Web pages that provide PIʹs and other users a quick overview of the available data. 

This system has been deployed for the two service‐mode observing periods at the DST.

K. Reardon continues  to  support  IBIS as a  community  instrument, providing guidance  to users, 

software  support,  and  ongoing  improvements  to  the  systems.    He  was  one  of  the  leads  in 

providing supporting observations from the DST for the Hi‐C, EUNIS, and VERIS sounding rocket 

Page 130: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

124    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

launches  from NASAʹs White  Sands Missile Range,  as well  as  for  the  coordinated  observations 

with  the  IRIS mission.   He  also provided  support  for observations of  comets PANSTARRS  and 

ISON with the DST, the latter as part of the international campaign to observe this rare sun‐grazing 

comet.  

 

Thomas R. Rimmele, Astronomer 

Areas of Interest 

Sunspots; penumbra; small‐scale magnetic fields; active region dynamics; flares; acoustics waves; 

weak fields; adaptive optics; multi‐conjugate adaptive optics; instrumentation. 

Recent Research Results 

During the past three years, Rimmele has co‐authored more than 30 papers and gave a number of 

invited  talks  at  e.g.,  SPIE,  OSA,  IAU,  EGU  and  other  conferences.  His  scientific  focus  is  on 

advancing the ATST science objectives and the development of adaptive optics technology.  In this 

context, Rimmele co‐organized the ATST/EAST workshop in Washington, DC in 2011 and served 

as editor of the conference proceedings.  He served on the scientific organizing committee for two 

adaptive optics  conferences  (AO4ELT, Florence,  Italy  2013; Adaptive Optics: Methods, Analysis 

and Applications, Arlington, VA  2013).  Rimmele leads the NSO solar AO and MCAO programs.  

A  conventional  AO  system  with  a  357‐actuator  deformable  mirrors  has  recently  been 

commissioned at  the 1.6‐m NST at BBSO and  is producing  the highest  resolution solar  imagery.  

An MCAO  system with  three deformable mirrors  is  currently undergoing  final  integration  and 

testing.  These systems serve as pathfinders for the ATST. 

Rimmele co‐supervised a graduate student, who has completed his thesis work using narrow‐band 

imaging data  from  the DST. He  is  currently  supervising a graduate  student, who  is developing 

adaptive optics  for solar prominences and a postdoc, who  is developing MCAO  in collaboration 

with the Kiepenheuer Institute and NJIT.  

Future Research Plans  

Rimmele will continue his efforts  to perform observations at  the highest spatial resolution using 

adaptive  optics  in  order  to  study  the  properties  and  the  dynamics  of  small‐scale  magnetic 

elements. Due to the extensive commitments to service, Rimmele has very limited and continuous‐

ly decreasing amount of time available for research. 

Service 

Rimmele is NSO Associate Director and PI for the Advanced Technology Solar Telescope, and as 

such has overall  responsibility  for  the construction of  the ATST and  for planning  the operations 

and executing the ramp up to full operations of ATST in 2019.  He is principal investigator of the 

NSO Solar Adaptive Optics Program.  Rimmele participates in the European Association for Solar 

Telescopes (EAST) council meetings as representative on the SOLARNET Board.    *Sushanta C. Tripathy, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Helioseismology;  solar  oscillations  and  activity  cycle;  multi‐wavelength  helioseismology;  sub‐

surface flows of active regions; validation of numerical simulations.  

 

Page 131: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

125    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Recent Research Results 

S. Tripathy has continued  the  investigation of spatial and  temporal variations of  the high‐degree 

mode  frequencies  calculated  over  localized  regions  of  the  Sun  during  solar  cycles  23  and  24.  

Recent  work  with  K.  Jain  and  F.  Hill  has  shown  that  the magnitude  of  the  frequency  shifts 

calculated from high‐degree modes are ten times greater than the intermediate‐degree modes and 

is  found  to be consistent with  the study of high‐degree mode  frequencies measured  from global 

helioseismology.  They  also  found  that  both  individual multiplets  and  disk‐averaged  frequency 

shifts  are  linearly  correlated  with  solar  activity  indices  instead  of  a  quadratic  relationship  as 

reported earlier.   

Tripathy  and  collaborators  have  also  looked  at  the mechanism  that  drives  the  quasi‐biennial 

periodicity (QBP) in the Sun.  The intermediate degree modes indicate that the QBP signal strength 

has been strong over  the ascending phase of  the solar cycle 23, but suddenly became weaker  in 

2003 and has remained weak during the ascending phase of cycle 24. Based on these, it is argued 

that cycle 24 would be weaker compared to cycle 23.  

Working with the ring‐team, Tripathy has extended the multi‐wavelength analysis to include few 

more  complex  active  regions.  Using  data  from  GONG,  HMI  and  AIA,  they  report  that  the 

magnitude  of  the  differences  between  mode  frequencies  computed  from  different  spectra  is 

significantly  large  at  the  higher  end  of  the  frequency  range while  the  differences  between  the 

Doppler measurements from two different instruments are marginal.  They also find that the sub‐

surface flows, in general, are consistent between different observables.  

Tripathy and collaborators processed an artificial data set of wave propagation through the GONG 

ring‐diagram pipeline and estimated the differential rotation and meridional flow profiles used in 

the simulation.  The preliminary result shows good agreement with the input model.  

Future Research Plans 

Tripathy will continue to carry out a statistical analysis of active regions using mutli‐wavelength 

data from HMI, AIA, GONG and SOLIS and fit the cross‐spectra for an accurate determination of 

mode frequencies and other parameters.  He also plans to extend the analysis of realistic numerical 

simulations  to  validate  the  ring‐diagram  technique.    Tripathy will  continue  to  investigate  the 

global and local oscillation frequencies to understand the variations between different solar cycles 

and mechanisms that drive the changes in oscillation frequencies.  

Service 

S. Tripathy organizes the monthly NISP science meeting at NSO.   In May 2013, he co‐chaired the 

27th NSO workshop entitled “Fifty Years of Seismology of the Sun and Stars” held in Tucson.  He 

also obtained partial financial support from NSF to organize the workshop.  Tripathy participates 

in proposal writing to obtain outside funds for NISP‐related projects.  In recent past, he has been a 

reviewer for NSF scientific proposals.    Alexandra Tritschler, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Operational modes of large facilities; tools used by the users and operators of such facilities.  High‐

resolution  spectroscopy  and  spectropolarimetry  of  the  photosphere  and  chromosphere;  solar 

magnetic fields; fine‐structure of sunspots, simulations of the influence of atmospheric turbulence 

and instrumentation on solar observations; post‐focus instrumentation.  

Page 132: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

126    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Current and Future Plans 

Tritschler’s main science  interests have been focused on the high‐resolution (spectral, spatial and 

temporal) aspects of solar physics and the fine structure of sunspots and pores in particular.  She 

intends to pursue this interest further, employing IBIS (as well as FIRS and SPINOR) to determine 

the properties of photospheric and chromospheric layers of active regions and to infer their three‐

dimensional dynamic and magnetic structure and to compare those results to forward modeling. 

Tritschler will continue  to  investigate Service Mode Operations  in solar physics using  the Dunn 

Solar Telescope as a test bed for the ATST. 

Service 

A.  Tritschler  is  the  ATSTʹs  Operational  Scientist  and  as  such  leads  the  development  effort  of 

operational  concepts  for  the ATST.   She  is  responsible  for  the development and  specification of 

tools  to  be used  to  efficiently  operate  the ATST.   Tritschler  leads  the  Service Mode Operations 

effort of the Dunn Solar Telescope  in preparation for the ATST.   Service Mode Operations of the 

DST  are  offered  currently  twice  per  year  to  the  international  community.  Tritschler  has  been 

mentoring numerous  summer REU and SRA  students and  is a member of  the Sacramento Peak 

telescope allocation committee for the Dunn Solar Telescope.  She is also the colloquium organizer 

in  Sunspot  and  was/is  actively  involved  in  the  organization  of  traditional  Sunspot  summer 

workshops  and  sessions  at  the  IAU  and  AAS/SPD.    Tritschler  has  served  on  proposal  panel 

reviews and has been a reviewer of publications  for  the Astrophysical  Journal Letters, Astrophysical 

Journal, Astronomy and Astrophysics, Solar Physics, and Astronomical Notes.    

Han Uitenbroek, Astronomer 

Areas of Interest 

Radiative  transfer modeling and structure and dynamics of  the solar atmosphere; modeling and 

measurement of polarized light and interpreting observations. 

Recent Research Results 

H. Uitenbroek continues  to work on expanding and  improving his multi‐dimensional numerical 

radiative  transfer code RH.     The RH code has been made available  to  the community  from  the 

start and  is widely used by  the solar community and,  in some cases, even outside  that.   The RH 

code has been used to calculate Mg II spectra from Rad‐MHD simulations of solar chromospheric 

dynamics  in preparation  for  the  launch of  the  IRIS mission. The  results have been published  in 

three ApJ papers that have been released recently.  The code has also been used by Adam Kowalski 

(NASA GSFC)  to model  flare  spectra  in M‐dwarfs, by Holtzeuter  (MPS Lindau)  et  al.  to model 

non‐LTE iron line spectra in 3D, and by Nelson et al. to model Ellerman bomb spectra in hydrogen 

and  iron  lines.  Together  with  E.  Mallorca  (Perugia,  Italy),  Uitenbroek  has  used  the  code  to 

determine  that  the  solar  fluorine  abundance  is  about  a  factor  six  less  than  previously  thought.  

With Serena Criscuoli, Uitenbroek developed a novel method to accurately measure the tempera‐

ture  gradient  in  the  solar  atmosphere  at  high  spatial  resolution  using  opacity‐conjugate 

wavelengths.  The ultimate goal is to implement this method in a satellite mission being developed 

by the Laboratory for Atmospheric and Space Physics in Boulder, and to use it to refine modeling 

of spatially resolved solar irradiance.  Together, they also worked on characterizing the center‐to‐ 

limb variations of irradiance due to small‐scale  magnetic elements.  

 

Page 133: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

127    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Future Research Plans 

Development  and  maintenance  of  the  RH  code  will  continue.  Concentration  will  be  on  the 

contribution  to  irradiance at different wavelengths  from  small‐scale magnetic elements,  forward 

modeling  of  polarized  Sunspot  spectra,  and  forward  modeling  of  polarized  radiation  from 

chromospheric  structures, both  from  state‐of‐the‐art 3D Rad‐MHD  simulations.   Uitenbroek will 

also undertake analysis of IRIS spectra and comparison of its spectra with forward modeling of the 

Mg II lines. 

Service 

Uitenbroek  is  the program  scientist  for  the Dunn  Solar Telescope  at  Sac Peak.    In  addition,  he 

serves  as  chair  of  the  Sac  Peak  Telescope  Allocation  Committee,  leads  the  IT  department  in 

Sunspot, and is part of the NSO Scientific Personnel Committee (SPC).  With Alexandra Tritschler, 

Uitenbroek leads the REU/RET effort at Sacramento peak.  About fifteen different researchers from 

different  institutes,  some  even  outside  the  field  of  solar  physics,  have  requested  copies  of 

Uitenbroekʹs  transfer  (RH)  code.  He actively  supports  those users with updates and helps with 

running the code.  He is Co‐I on the IRIS SMEX proposal by Lockheed that was launched by NASA 

in June 2013. The RH code  is provided on the IRIS data distribution Web page for downloading.  

Uitenbroek  is  also member  of  the planning working  group  for  the  next  Japanese  solar  satellite 

Solar C.  He regularly serves as referee for papers and on review panels for proposals.      

Fraser Watson, Postdoctoral Research Associate 

Areas of Interest 

Long‐term sunspot properties; changes  in  the solar cycle; automated  image processing;  synoptic 

data analysis; spectro‐polarimetric analysis of sunspot data. 

Recent Research Results 

F. Watsonʹs most recent research result comes from an analysis of sunspot magnetic field data from 

SOHO/MDI and SDO/HMI.  A review of sunspot fields over the solar cycle measured in a synoptic 

way  show  a  decrease  in  sunspot  umbral  field  strengths  that  is  only  a  third  of what  has  been 

previously  reported.  Further  analysis  shows  bias  in  the  Livingston  data  set  used  to  derive  the 

previously  reported  results  due  to  changes  in  sunspot  sampling  over  the  lifetime  of  the  data 

catalogue. This result will be of great importance in studies of the solar cycle and the solar dynamo 

and is being prepared for publication. 

Future Research Plans 

The  sunspot  data  from  the  McMath‐Pierce  Solar  Telescope  will  be  compared  with  spectro‐

polarimetric sunspot observations from the Dunn Solar Telescope to allow for cross calibration of 

the two instruments being used. This will also allow for some analysis into the capabilities of the 

Advanced Technology Solar Telescope.  The sunspot catalogue obtained from MDI and HMI data 

will be further probed to determine a number of properties and how they vary over the solar cycle. 

Again, this is of use in dynamo models and studies of changes in solar cycle. 

Service 

F. Watson assists  in  the  synoptic observing program at  the McMath‐Pierce Solar Telescope, and 

recently assisted  in  the service‐mode observing program at  the Dunn Solar Telescope.   Over  the 

past year, he has represented NSO at seven public outreach events.  He has served on two NASA 

grant review panels and as a referee for the journal Solar Physics. 

Page 134: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

128    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

Friedrich Wöger, Associate Scientist 

Areas of Interest 

Image  reconstruction  techniques;  adaptive  optics;  two‐dimensional  spectroscopy,  and  spectro‐

polarimetry; ATST visible broadband imager (VBI); ATST data handling system (DHS). 

Recent Research Results 

Wöger  is  the principle  investigator of  the VBI, and as such  is overseeing  the construction of  the 

hard‐ and software elements of the instrument.  The VBI is in the process of being set up at NSO’s 

Boulder  location  for  thorough  testing of all optical, mechanical and software assemblies, such as 

early versions of the VBI control software.   The NSO laboratory in Boulder will allow end‐to‐end 

testing of the VBI and many ATST sub‐sytems. 

Wöger  has  been  working  on  a  theory  to  compute  the  transfer  function  of  Earthʹs  turbulent 

atmosphere and the adaptive optics system directly from the data delivered by the adaptive optics 

system.  This  is  important  to  achieve  high  photometric  precision  in  images  reconstructed  using 

speckle reconstruction algorithms.  He is currently working on a theory that extends the validity of 

the transfer function models to very large field of views. 

Wöger has been involved in research related to alternate wavefront sensing instruments for solar 

adaptive  optics,  and multi‐conjugate  adaptive  optics  in  collaboration with  Jose Marino  (NSO).  

Wöger, with Marino, evaluated  the  feasibility of a Shack‐Hartmann wavefront sensing approach 

for  layer oriented sensing of Earth’s  turbulent sensor.   This approach will have  limitations when 

applied to solar multi‐conjugate adaptive optics as a thorough theoretical and experimental study 

has shown. 

Future Research Plans 

Wöger is planning to work on improved methods for image reconstruction for data acquired with 

2D spectroscopic and spectro‐polarimetric instruments, such as ATST VTF data.  These algorithms 

will  be  based  on  speckle  interferometry  and  allow  the  acquisition  of data  at diffraction‐limited 

resolution.   He continues  to work on developing accurate models  for atmospheric  transfer  func‐

tions,  and  is  interested  in  investigating  expanding  current models  for use with multi‐conjugate 

adaptive optics systems. 

Service 

Wöger is the scientist responsible for the VBI and, with the VBI team, is continuously assessing the 

progress of the VBI’s construction.  He is involved in the ATST data handling system development 

as  the  ATST  Data Handling  Scientist, with  the  responsibility  of  overseeing  the  proper  imple‐

mentation  of  the  requirements  defined  for  the  system  and  creating  a  complete  data model  for 

ATST.    In his  function as  the ATST Wavefront Correction Scientist, Wöger  is guiding  the ATST 

WFC team towards a Critical Design Review by reviewing all WFC documentation that describes 

derived design requirements and the design  itself.   He also has a role  in the optical design effort 

for the wavefront sensors. 

 

   

Page 135: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

129    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

 

APPENDIX I:  ACRONYM GLOSSARY 

A&E  Architecture and Engineering 

ADAPT   Air Force Data Assimilative Photospheric flux Transport 

AFRL  Air Force Research Laboratory 

AFWA   Air Force Weather Agency 

AIA  Atmospheric Imaging Assembly (SDO) 

AISES  American Indian Science and Engineering Society 

aO  Active Optics 

AO  Adaptive Optics 

AR  Active Region 

ARRA  American Recovery and Reinvestment Act 

ASP  Advanced Stokes Polarimeter 

ATI  Advanced Technology Instrumentation (NSF) 

ATM  Atmospheric Sciences (Division of NSF) 

ATRC  Advanced Technology Research Center (University of Hawai‘i)   

ATST  Advanced Technology Solar Telescope 

AURA  Association of Universities for Research in Astronomy, Inc. 

BLNR  Bureau of Land and Natural Resources 

BBSO  Big Bear Solar Observatory 

CAM  Cost Account Manager (ATST) 

CCMC  Community Coordinated Modeling Center 

CD‐ROM  Compact Disk – Read Only Memory 

CDR  Critical Design Review 

CDUP  Conservation District User Permit 

CfA  Center for Astrophysics (Harvard Smithsonian) 

CfAO  Center for Adaptive Optics 

CHU  Critical Hardware Upgrade 

CISM  Center for Integrated Space Weather Modeling  

CLEA  Contemporary Laboratory Exercises in Astronomy 

CMEs  Coronal Mass Ejections 

CNC  Computer Numerical Controlled 

CoDR  Conceptual Design Review 

CoRoT  COnvection ROtation and planetary Transits (French Space Agency CNES) 

CoSEC  Collaborative Sun‐Earth Connection 

CR  Carrington Rotation 

CSF  Common Services Framework 

CSP  Critical Science Plan 

CU  University of Colorado, Boulder 

DA  Diversity Advocate 

DB‐P  Dual‐beam Polarizer (McMath‐Pierce Telescope) 

D&D  Design & Development 

DASL  Data and Activities for Solar Learning 

DEIS  Draft Environmental Impact Statement 

Page 136: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

130    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

DEM  Differential Emission Measure 

DHS  Data Handling System 

DL‐NIRSP    Diffraction‐Limited Near‐Infrared Spectropolarimeter (ATST) 

DLSP  Diffraction‐Limited Spectro‐Polarimeter 

DLT  Digital Linear Tape 

DM  Deformable Mirror 

DMAC  Data Management and Analysis Center (GONG) 

DoD  Department of Defense 

DRD  Design Requirements Document 

DRMS    Decision, Risk and Management Sciences (NSF) 

DST  Dunn Solar Telescope 

EAST   European Association for Solar Telescopes 

EGSO  European Grid of Solar Observations 

EIS  Environmental Impact Statement 

EIT  Extreme ultraviolet Imaging Telescope (SOHO) 

EPO  Educational and Public Outreach 

ESF  Evans Solar Facility 

EST  European Solar Telescope 

ETS  Engineering and Technical Services (NOAO) 

FDP  Full‐Disk Patrol (SOLIS) 

FDR  Final Design Review 

FEIS  Final Environmental Impact Statement 

FIRS  Facility Infrared Spectropolarimeter 

FLC  Ferroelectric Liquid Crystal 

FOV  Field of View 

FPGA  Field Programmable Gate Array 

FTEs  Full Time Equivalents 

FTS  Fourier Transform Spectrometer 

FY  Fiscal Year 

GB  Giga Bytes 

GNAT  Global Network of Astronomical Telescopes, Inc. (Tucson) 

GOES  Geostationary Operational Environmental Satellites (NASA and NOAA) 

GONG  Global Oscillation Network Group 

GSFC  Goddard Space Flight Center (NASA) 

GUI  Graphical User Interface 

HAO  High Altitude Observatory 

HMI  Helioseismic and Magnetic Imager 

HOAO  High Order Adaptive Optics 

HR  Human Resources 

HSG  Horizontal Spectrograph 

HXR  Hard X‐Ray 

IAA  Instituto de Astrofísica de Andalucía (Spain) 

IAC  Instituto de Astrofísica de Canarias (Spain) 

IBIS  Interferometric BIdimensional Spectrometer (Arcetri Observatory) 

ICD  Interface Control Document 

Page 137: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

131    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

ICM  Inversion by Central Moments 

ICS  Instrument Control System 

IDL  Interactive Data Language 

IfA  Institute for Astronomy (University of Hawai`i) 

IFU  Integrated Field Unit (McMath‐Pierce Solar Telescope Facility) 

IHY  International Heliophysical Year 

IMaX  Imaging Magnetograph eXperiment (SUNRISE) 

IR  Infrared 

IRES  International Research Experience for Students (NSF) 

IRIS SMEX  Interface Region Imaging Spectrograph Small Explorer Mission (NASA) 

ISOON  Improved Solar Observing Optical Network (now O‐SPAN) 

ISP  Integrated Synoptic Program (NSO) 

ISS  Integrated Sunlight Spectrometer (SOLIS) 

IT&C  Integration, Testing, & Commissioning 

KAOS  Kiepenheuer Adaptive Optics System 

KCE  KC Environmental (Maui) 

KIS  Kiepenheuer Institute for Solar Physics (Freiburg, Germany) 

KPNO  Kitt Peak National Observatory 

KPVT  Kitt Peak Vacuum Telescope 

LAPLACE  Life and PLAnets Center (University of Arizona) 

LASP  Laboratory for Atmospheric and Space Physics (University of Colorado, Boulder) 

LESIA  Laboratoire  dʹétudes  patiales  et  dʹinstrumentation  en  astrophysique  (Paris 

Observatory) 

LMSAL  Lockheed Martin Solar and Astrophysics Laboratory 

LoHCo  Local Helioseismolgy Comparison Group  

LRP  Long Range Plan 

LTE  Local Thermodynamic Equilibrium 

LWS  Living With a Star 

MBP  Magnetic Bright Point 

McMP  McMath‐Pierce 

MCAO  Multi‐Conjugate Adaptive Optics 

MCC  Maui Community College 

MDI  Michelson Doppler Imager (SOHO) 

ME  Milne‐Eddington 

MEDB  Maui Economic Development Board 

MHD  Magnetohydrodynamic 

MKIR  Mauna Kea Infrared 

MREFC  Major Research Equipment Facilities Construction (NSF) 

MRI  Major Research Instrumentation (NSF) 

MSAC  Math and Science Advisory Council (State of New Mexico) 

MSFC  Marshall Space Flight Center (NASA) 

MWO  Mt. Wilson Observatory (California) 

NAC  NSO Array Camera 

NAI  NASA Astrobiology Institute 

NAS  National Academy of Sciences 

Page 138: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

132    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

NASA  National Aeronautics and Space Administration 

NASM  National Air and Space Museum 

NCAR  National Center for Atmospheric Research 

NDSC  Network for the Detection of Stratospheric Change 

NHPA  National Historic Preservation Act 

NHWG  Native Hawaiian Working Group 

NIR  Near Infrared 

NJIT  New Jersey Institute of Technology 

NLFFF  Non‐Linear Force‐Free Field 

NLTE  Non‐Local Thermodynamic Equilibrium 

NMDOT  New Mexico Department of Transportation 

NOAA  National Oceanic and Atmospheric Administration 

NOAO  National Optical Astronomy Observatory 

NPDES  National Pollutant Discharge Elimination System 

NPFC  Non‐Potential Field Calculation   

NRC  National Research Council 

NSBP  National Society of Black Physicists 

NSF  National Science Foundation 

NSF/AST  National Science Foundation, Division of Astronomical Sciences 

NSF/ATM  National Science Foundation, Division of Atmospheric Sciences 

NSHP  National Society of Hispanic Physicsts 

NSO  National Solar Observatory 

NSO/SP  National Solar Observatory Sacramento Peak 

NSO/T  National Solar Observatory Tucson 

NST  New Solar Telescope (NJIT Big Bear Solar Observatory) 

NWNH  New World New Horizons (Astro2010: Astronomy & Astrophysics Decadal Survey) 

NWRA/CoRA  NorthWest Research Associates/Colorado Research Associates 

OCD  Operations Concept Definition Document (ATST) 

OCS  Observatory Control System 

OMB  Office of Management and Budget 

O‐SPAN  Optical Solar Patrol Network (formerly ISOON) 

PAARE  Partnerships in Astronomy & Astrophysics Research & Education (NSF) 

PAEO  Public Affairs and Educational Outreach (NOAO) 

PCA  Principal Component Analysis 

PDR  Preliminary Design Review 

PI  Principal Investigator 

PMCS  Project Management Control System 

ProMag  PROminence Magnetometer (HAO) 

PSPT  Precision Solar Photometric Telescope 

QA/QC  Quality Assurance/Quality Control 

QBP  Quasi‐Biennial Periodicity 

QL  Quick‐Look 

QSA  Quasi‐Static Alignment 

QU  Queens University (Belfast, Ireland) 

RASL  Research in Active Solar Longitudes 

Page 139: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

133    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

RDSA  Reference Design Studies and Analyses 

RET  Research Experiences for Teachers 

REU  Research Experiences for Undergraduates 

RFP  Request for Proposal 

RHESSI  Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (NASA) 

RISE/PSPT  Radiative Inputs from Sun to Earth/Precision Solar Photometric Telescope 

RMS  Root‐Mean‐Square 

ROD  Record of Decision 

ROSA  Rapid Oscillations in the Solar Atmosphere 

SACNAS  Society for the Advancement of Chicanos an Native Americans in Science 

SAN  Storage Area Network 

SASSA  Spatially Averaged Signed Shear Angle 

SCB  Sequential Chromospheric Brightening 

SCOPE  Southwest Consortium of Observatories for Public Education 

SDO  Solar Dynamic Observatory 

SDR  Solar Differential Rotation           

SFC  Space Flight Center (NASA) 

SH  Spherical Harmonic 

SMO  Service‐Mode Operations 

S&O  Support and Operations (ATST) 

SOC  Solar Observatory Council (AURA) 

SOHO  Solar and Heliospheric Observatory 

SOI  Solar Oscillations Investigations (SOHO) 

SOLIS  Synoptic Optical Long‐term Investigations of the Sun 

SONG  Stellar Oscillation Network Group 

SOT  Solar Optical Telescope 

SOT/SP  Solar Optical Telescope Spectro‐Polarimeter (Hinode) 

SOW  Statement of Work 

SPINOR  Spectro‐Polarimeter for Infrared and Optical Regions 

SPD  Solar Physics Division (AAS) 

SPRING  Solar Physics Research Integrated Network Group (European Union) 

SRA  Summer Research Assistant 

SRD  Science Requirements Document 

SREC  Southern Rockies Education Centers 

SSL  Space Sciences Laboratory (UC Berkeley) 

SSP  Source Selection Plan (ATST) 

SST  Swedish Solar Telescope 

SW  Solar Wind 

SSWG  Site Survey Working Group (ATST) 

SWG  Science Working Group (ATST) 

SWMF  Space Weather Modeling Framework 

SWPC  Space Weather Prediction Center (NOAA) 

SWRI  Southwest Research Institute 

STARA  Sunspot Tracking and Recognition Algorithm 

STEM  Science, Technology, Engineering and Mathematics 

Page 140: cooperative agreement with the Nati - NSO · NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 1 NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan EXECUTIVE SUMMARY The National Solar Observatory

NATIONAL SOLAR OBSERVATORY 

134    NSO FY 2013 Annual Progress Report & FY 2014 Program Plan 

 

STEP  Summer Teacher Enrichment Program 

SUMI  Solar Ultraviolet Magnetograph Investigation (NASA, MSFC) 

SUP  Special Use Permit 

TAC  Telescope Time Allocation Committee 

TB  Tera Bytes 

TCS  Telescope Control System 

TLRBSE  Teacher Leaders in Research Based Science Education 

TMA  Telescope Mount Assembly 

TIMED/SEE  Thermosphere Ionosphere Mesosphere Energetics and Dynamics / Solar EUV 

  Experiment (NASA) 

TRACE  Transition Region and Coronal Explorer 

UA  University of Arizona 

UH  University of Hawaii 

UBF  Universal Birefringent Filter 

UPS  Uninterruptible Power Supply 

USAF  United States Air Force 

USF&WS  US Fish and Wildlife Service 

VBI  Visible‐light Broadband Imager (ATST) 

VCCS  Virtual Camera Control System (Dunn Solar Telescope) 

VFISV  Very Fast Inversion of the Stokes Vector (Inversion Code, HMI) 

ViSP  Visible Spectropolarimeter (ATST) 

VSM  Vector Spectromagnetograph (SOLIS) 

VSO  Virtual Solar Observatory 

VTF  Visible Tunable Filter (ATST) 

WBS  Work Breakdown Structure 

WCCS  Wavefront Correction Control System 

WDC  Workforce and Diversity Committee (AURA) 

WHI  Whole Heliospheric Interval 

WSA  Wang‐Sheeley‐Arge (Solar Wind Model) 

WSDL  Web Service Description Language 

WWW  World Wide Web