Club d’Astronomie de Lyon Ampère

Les flammes du Soleil au coronographe

lundi 16 juin 2014 par Jean Paul Roux

L’observation solaire de la photosphère (i.e. surface visible qui nous éclaire) est certes passionnante, avec la mise en évidence des taches solaires qui forment des groupes, avec de nombreux détails tel l’ombre, la pénombre avec une structure en barrettes, la granulation en grains de riz de la surface qui correspond aux mouvements de convection de la matière, les facules qui sont des zones plus chaudes…

On peut aussi observer la chromosphère (i.e. enveloppe transparente de gaz au dessus de la photosphère) au moyen de filtres extrêmement sélectifs centrés autour de la raie Halpha tel ceux utilisés sur les Coronado, PST, Lunt et Daystar ; les protubérances alors sont visibles sur la surface, mais si sombres sur le limbe solaire…

C’est fascinant, mais… où sont les "flammes du soleil" tel qu’on peut les voir lors d’une éclipse totale de Soleil ?

Lors d’une éclipse totale de Soleil, l’observateur bénéficie d’un disque occulteur idéal, de taille parfaite au dessus de l’atmosphère terrestre, qui permet ainsi une occultation solaire sans aucune diffusion lumineuse dévoilant ainsi la chromosphère et la majestueuse couronne solaire (ceux qui ont eu la chance d’assister à ce spectacle ne me contrediront pas, c’est… indicible de beauté !).

L’étude de la couronne solaire était essentielle à la compréhension de la physique solaire et les éclipses totales rares. Les astronomes ont alors tenté d’imaginer toute sortes de combinaisons optiques simulant une éclipse en utilisant par exemple des oculaires avec un diaphragme de champ (i.e. le cercle noir net que l’on voit au bord du champs de l’oculaire) mais avec une forme correspondant exactement à la courbure solaire… raté, il y a tellement de lumières diffuses que l’on ne voit simplement rien !

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Schéma de principe du coronographe.
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Schéma de principe du coronaographe imaginé par Bernard LYOT.

Jusqu’au jour où Bernard LYOT, astronome du Pic du Midi, s’attelle au problème, invente et développe le coronographe en 1930, instrument qui réussit à éliminer successivement toutes les sources de lumière diffusée parasite qui étaient jusqu’alors largement plus importantes que la couronne elle-même !

Ma première observation au coronographe fut un choc ! Elle remonte à la fin des années 80 au col de La Chavade en Ardèche lors d’un camp organisé par Pierre BOURGE et c’est avec son coronographe "maison" que j’ai pu, durant une semaine, suivre le spectacle des protubérances.

J’en ai rêvé pendant des années, j’ai investigué différentes options : acquérir un coronographe complet, Dany CARDOEN et Serge DECONIHOU en réalisaient d’excellents, m’orienté vers un coronographe utilisant un instrument existant, Wolfgang LILLE et la société Baader en proposaient également. Puis je suis allé observer l’éclipse totale de soleil de 2006 au Niger, je m’en suis mis plein les yeux pendant 4minutes… Ce qui m’a fait patienter quelques années.

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Le coronographe de Pierre BOURGE.
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Le coronographe Beloptik monté derrière une lunette Zeiss.

J’ai alors choisi un coronographe en tant qu’accessoire additionnel à mes instruments, et je me suis tournée vers Oliver SMIE qui proposait ce type d’instrument via sa société Beloptik. J’ai alors correspondu avec lui et lui ai commandé un coronographe adaptable à mes deux instruments (Zeiss Telemator 63/840 et Astro-Physics 120/1016mm). Le contact a été très bon avec Oliver SMIE, ne parlant pas l’allemand, nous avons correspondu en anglais, et je n’ai réglé la commande qu’après réception et essais ! Le jour de la réception, j’ai installé le coro au foyer de ma petite Zeiss et quel ne fut pas le choc : fantastique, magnifique, le plus gros choc observationnel et émotionnel depuis ma première observation de saturne enfant !

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Le coronographe Beloptik et ses différents éléments.

Le Coronographe, appelé aussi "Prominence viewer", est livré dans une valisette avec 3 cônes par instruments permettant de s’adapter aux variations du diamètre apparent solaire au cours de l’année. Les cônes sont usinés avec une grande précision (au 1/100mm) et selon la focale de l’instrument. J’ai pour cela réalisé des clichés solaires à une date donnée afin de calculer la taille des cônes. Un jeu de trois est un stricte minimum, certains en utilisent 6 ou davantage.

La forme du cône est constituée d’un premier cône suivie d’un dissipateur thermique et du cône réel qui occulte exactement le disque solaire. Il faut savoir qu’il n’y a aucune filtration au niveau de l’objectif principal. Par conséquent, le cône reçoit une énergie calorifique considérable, d’autant plus que le rapport F/D est faible. Je n’ai pas eu de problème avec la petite Zeiss et son F/D 13.3, part contre, lors de la mission à Saint Veran 2012, avec mon Astro-Physics F/D8.5, j’ai eu à déplorer un décollement du cône de sa lentille !

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Vue rapprochée sur un des cônes occulteurs, doré à l’or fin par Jean-Paul.

J’ai depuis retourné l’ensemble à Oliver SMIE qui m’a recollé le cône et suite à l’expérience du coronographe CLIMSO du pic du midi, j’ai déposé une couche d’or pur sur tous mes cônes, ce qui permet, en plus de faire bling bling, une bonne réflectivité des rayons infrarouges responsables de la chaleur excessive. Je n’ai depuis plus eu de problème de "surchauffe", mais il faut tout de même faire des pauses observationnelles afin de refroidir l’ensemble.

Le coronographe nécessite des réglages soignés pour être efficace : Mise au point du cône puis dans un deuxième temps du limbe solaire. La mise en station de la monture équatoriale doit être la plus précise possible afin de ne pas avoir à centrer en permanence le cône sur le disque solaire.

La mise en station diurne n’est pas toujours évidente ! J’utilise la méthode suivante :

  • 1. Mise à l’horizontal de la monture.
  • 2. Réglage de l’inclinaison à la latitude du lieu.
  • 3. Affichage à partir du cercle, de la déclinaison
  • du soleil au jour de l’observation (tableau 1)
  • 4. Centrer le soleil à l’aide de l’ascension droite
  • et de l’azimut de la monture.
  • 5. Vous êtes en station !
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Christian HENNES observe au coronographe.

Le coronographe est avant tout un instrument visuel, car le contraste et la luminosité des protubérances est incomparablement supérieure à l’observation avec des filtres Ha type Coronado Daystar Lunt… Le diamètre instrumental pouvant être assez important et le filtre intégré de plus large bande passante n’étant pas gêné par l’effet Doppler qui peut masquer des protubérances évoluant à grandes vitesses. Le spectacle est total, avec les spicules de surface de la chromosphère, les protubérances de toute la basse couronne. Certaines protubérances sont assez stables dans le temps et évoluent peu alors que d’autres sont fulgurantes. Attention cependant, on doit se rappeler que les protubérances ne sont pas, comme on serait tenté de l’imaginer, des "Flammes" chaudes prolongeant le soleil dans le milieu interplanétaire. Au contraire, ce sont des régions relativement denses et froides (8000°) immergées dans la couronne qui est infiniment plus chaude (Plusieurs millions de degrés !).

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Image réalisée par Jean- Paul ROUX avec le coronographe Beloptik et une lunette de 120mm le 26 juillet 2013.

L’imagerie est plus complexe et pour faciliter les réglages fastidieux, j’ai rendu un oculaire parafocal avec ma camera, ce qui facilite grandement les réglages multiples de mises au points, mais la dynamique reste tellement élevée que le visuel l’emporte largement. Je dispose d’un filtre de 1.5Å tiltable, ce qui est assez étroit pour un coronographe, mais a l’avantage de permettre de belles observations en plaine. Un filtre plus large (10Å) serait également intéressant lorsque le ciel est "coronal" (i.e. lorsque l’on cache le soleil avec son doigt, le ciel doit être aussi bleu qu’a 90°), condition que l’on trouve en haute montagne.

Le coronographe n’est pas un instrument courant et je m’en étonne, d’autant que le coût (autour de 800€) reste très en dessous des filtres à bandes étroites. Peut-être est-ce la relative complexité de mise en œuvre et les risques liés à l’observation solaire qui limitent la diffusion de ce merveilleux instrument ? En tout cas, je suis conquis par cet instrument qui reste avant tout un instrument spectaculaire en visuel.

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Références


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