1 Introduction 1
2 Le Soleil 5
2.1 Le Soleil est une étoile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.2 Une boule de gaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
2.3 L’anatomie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.4 La photosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.5 La chromosphère . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.6 La couronne . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Du spectre à l’image du Soleil 19
3.1 Le Soleil dévoilé par son spectre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.1 Un peu d’histoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
3.1.2 Longueur d’onde et énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3.1.3 L’origine des raies spectrales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
3.1.4 Le spectre continu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
3.1.5 Le spectre de raies en absorption . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1.6 Le spectre d’émission de la chromosphère . . . . . . . . . . . . . 27
3.2 Du spectre à l’image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.1 Le principe du spectrohéliographe . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.2.2 L’exploitation du spectrohéliographe . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2.3 Quel spectrohéliographe ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.2.4 Que trouve-t-on à l’intérieur et à l’extérieur ? . . . . . . . . . . . 32
3.2.5 L’utilisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
3.3 Les performances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3.3.1 La résolution spectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
3.3.2 La résolution angulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3.3.3 En synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.4 De l’utilité de la performance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
3.4.1 L’effet Doppler-Fizeau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
3.4.2 L’effet Zeeman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4 Un instrument d’optique 55
4.1 Optique géométrique et physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.1 Retour sur la nature de la lumière . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.2 L’optique géométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4.1.3 L’optique physique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
4.2 Où et comment transporter une image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
4.3 Combinaisons optiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
4.4 Sol’Ex : un schéma optique classique et éprouvé . . . . . . . . . . . . . 64
4.5 La fente d’entrée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.5.1 La technologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
4.5.2 L’impact sur la résolution spectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
4.6 Les objectifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.6.1 L’objectif collimateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
4.6.2 L’objectif de caméra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
4.7 Le réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.7.1 Rappel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
4.7.2 Angles d’incidence et de diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.8 Synthèse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
4.9 La résolution spectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.9.1 De l’importance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.9.2 La théorie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
4.9.3 La pratique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
4.10 La résolution angulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
4.10.1 La résolution angulaire suivant l’axe temporel . . . . . . . . . . 88
4.10.2 La résolution angulaire suivant l’axe transverse . . . . . . . . . 92
4.11 Le champ image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.11.1 Définition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.11.2 Les limites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
4.11.3 Le calcul du champ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
5 L’assemblage 97
5.1 Le fait soi-même . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
5.2 L’ensemble mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
5.3 L’ensemble optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
5.4 Les accessoires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5.5 Le montage de l’objectif collimateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104
5.6 Le montage de la fente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
5.7 Le montage de l’objectif de caméra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.8 Le montage de la caméra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
5.9 Le montage du réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.10 Le montage de l’index des longueurs d’onde . . . . . . . . . . . . . . . 112
6 Le réglage 113
6.1 Fabriquez une petite lunette d’observation . . . . . . . . . . . . . . . . 113
6.2 Le réglage grossier du système collimateur . . . . . . . . . . . . . . . . 116
6.3 Identification et centrage de la raie H. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
6.4 Le réglage fin du système collimateur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.4.1 Le but . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
6.4.2 L’astigmatisme du réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
6.4.3 Fabriquer un bord de plage artificiel . . . . . . . . . . . . . . . . 123
6.4.4 La mise en oeuvre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
7 Le matériel d’observation 129
7.1 La lunette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.1.1 La distance focale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
7.1.2 Le rapport « focale sur diamètre » . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
7.1.3 Lunette ou télescope ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
7.1.4 L’interface avec le spectrohéliographe . . . . . . . . . . . . . . . 139
7.1.5 Le porte-oculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
7.1.6 L’optique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
7.1.7 Quelques exemples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 144
7.2 La monture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.2.1 Rappel sur le mode opératoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
7.2.2 Le choix de la monture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
7.2.3 La régularité du balayage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154
7.3 De l’importance d’atténuation du flux solaire . . . . . . . . . . . . . . . 156
7.3.1 L’utilisation d’un filtre neutre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162
7.3.2 L’utilisation d’un hélioscope de Herschel . . . . . . . . . . . . . 165
7.3.3 L’utilisation d’un filtre ERF . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 168
7.4 La caméra . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.4.1 Le choix du modèle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
7.4.2 Caméra couleur ou monochrome? . . . . . . . . . . . . . . . . . 173
7.4.3 Un capteur type . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
7.4.4 Augmenter le gain de la caméra : une fausse bonne idée ? . . . . 175
7.4.5 La dynamique des images . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
7.4.6 Gain et dynamique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
7.4.7 De l’importance du bruit de lecture . . . . . . . . . . . . . . . . 180
8.1 Rappel sur le mode opératoire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
8.2 La prise en main du logiciel d’acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
8.3 Le pointage du Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.4 La mise en station . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
8.5 La focalisation de la lunette . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
8.6 L’orientation du spectrohéliographe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
8.7 Le centrage fin du Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192
8.8 Le centrage de la raie H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194
8.9 L’orientation de l’axe spectral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
8.10 La focalisation du spectre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196
8.11 Le centrage du spectre suivant l’axe spatial . . . . . . . . . . . . . . . . 197
8.12 La focalisation fine de l’image du Soleil sur la fente . . . . . . . . . . . 198
8.13 Le choix de la largeur de fente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200
8.14 Le temps d’exposition et la vitesse de balayage . . . . . . . . . . . . . . 201
8.15 Le réglage du logiciel d’acquisition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204
8.16 La première image . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
8.17 Les contrôles et ajustements de base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
8.18 Le binning et la taille des fichiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
8.19 Retour sur l’astigmatisme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
8.20 Savoir vivre avec la turbulence atmosphérique . . . . . . . . . . . . . . 213
8.21 Changer la longueur d’onde de travail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216
9 INTI et INTI Partner 217
9.1 L’utilisation d’INTI en un clic . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
9.2 L’état des lieux . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
9.3 L’obtention de l’image monochromatique . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
9.3.1 La modélisation de la fente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
9.3.2 La construction de l’image monochromatique . . . . . . . . . . 223
9.4 La correction du transversalium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225
9.5 La correction du tilt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228
9.6 La correction de l’ovalisation (facteur SY/SX) . . . . . . . . . . . . . . 230
9.7 La visualisation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
9.8 La réduction du bruit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
9.9 Convention d’orientation du disque solaire . . . . . . . . . . . . . . . . 233
9.10 Le post-traitement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
9.11 L’assemblage d’images partielles du disque . . . . . . . . . . . . . . . . 243
9.12 L’analyse des fichiers SER . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
9.13 Se retrouver dans le spectre. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244
10 Les applications 247
10.1 L’observation multispectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247
10.1.1 Les raies de l’hydrogène . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249
10.1.2 Les raies H et K du calcium ionisé . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
10.1.3 Le triplet du magnésium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 260
10.1.4 La raie D3 de l’hélium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261
10.1.5 La raie infrarouge de l’hélium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266
10.2 L’imagerie Doppler-Fizeau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
10.2.1 Objet . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
10.2.2 Retour sur la raie rouge de l’hydrogène . . . . . . . . . . . . . . 270
10.2.3 Mouvements dans la chromosphère . . . . . . . . . . . . . . . . 271
10.2.4 Interprétation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 273
10.2.5 La visualisation du champ de vitesse Doppler-Fizeau . . . . . . 275
10.2.6 Le dopplergramme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
10.2.7 L’imagerie Doppler en couleur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 280
10.2.8 Le choix de la direction de balayage . . . . . . . . . . . . . . . . 285
10.3 La couronne révélée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
10.3.1 La couronne « E » et les raies coronales . . . . . . . . . . . . . . 290
10.3.2 L’utilisation d’un pré-filtre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 291
10.3.3 La localisation de la raie Fe XIV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
10.3.4 Extraction de l’image de la couronne . . . . . . . . . . . . . . . . 295
10.3.5 Méthode d’observation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296
10.3.6 Résultat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297
10.3.7 La raie coronale Fe X (6 375 Å) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
10.4 L’image magnétique du Soleil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
10.4.1 L’exploitation de l’effet Zeeman . . . . . . . . . . . . . . . . . . 303
10.4.2 Transformer Sol’Ex en spectropolarimètre . . . . . . . . . . . . . 306
10.4.3 Réalisation pratique d’un analyseur de polarisation . . . . . . . 310
10.4.4 L’orientation des filtres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 312
10.4.5 L’exploitation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
Annexe 1 – Le mode SunScan 321
Annexe 2 – Éléments de calcul 331
A2.1 La technologie des réseaux de diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . 331
A2.2 Ordres d’interférence et recouvrement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
A2.3 La formule du réseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
A2.4 Le pouvoir dispersif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 334
A2.5 La résolution spectrale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335
