Site des observateurs solaires

Objectifs scientifiques

2018-06-18T11:39:44Z

Originalité des observations du Spectrohéliographe de Meudon dans le contexte international

L'observation de la chromosphère est l'apanage des observatoires au sol. Le Spectrohéliographe de Meudon est spécialisé en Hα (filaments), CaII (régions actives, facules, protubérances). La chromosphère (8000 K) est à la source de l'activité solaire. Elle n'est pas observée par les satellites (SOHO, SDO, STEREO) qui se concentrent sur l'atmosphère chaude en UV (de 80 000 à 10⁷ K).

Les observations Hα systématiques sont répandues en Europe (Canaries, Portugal, Autriche, Italie, Belgique, Pic du Midi). Néanmoins celles du Spectrohéliographe de Meudon sont exceptionnelles car spectroscopiques : elles sont les seules au monde disponibles en cubes de données (x,y,λ) avec les raies résolues (0.2 Å) tout le long du profil. Les profils des raies apportent une grande richesse par rapport aux images monochromatiques en diagnostics spectroscopiques.

Les observations effectuées sur le site de Meudon de l'Observatoire de Paris sont anciennes et réputées, mais le site dispose d'un ensoleillement modéré. Néanmoins, il est possible d'effectuer des clichés, à un moment de la journée, dans un trou entre deux nuages, près de 260 jours par an, ce qui est un très bon résultat. Les observations effectuées avec le Spectrohéliographe de Meudon se positionnent donc très favorablement dans le contexte de la climatologie de l'espace, en étudiant la cyclicité et la variabilité solaire à longue échelle.

En disposant d'une collection unique au monde de 10 cycles observés de l'activité solaire, ce service est un des rares qui puisse répondre à des questions scientifiques portant sur l'évolution des structures solaires au cours du temps.

Il convient de poursuivre avec régularité et continuité ce type d'observations : en effet, 10 cycles de 11 ans, c'est peu pour comparer les cycles solaires entre eux et s'intéresser aux fluctuations d'un cycle à l'autre, à l'échelle de plusieurs décennies (e.g. cycle centennal de Gleissberg).

Taches solaires observées avec le spectrohéliographe en CaII K3

Ces trois observations du Spectrohéliographe de Meudon présentent trois groupes important de taches solaires
Le groupe de 1947 est le plus imposant trouvé dans les archives historiques.
Celui de 2003 a produit une forte éruption de classe X.
Celui de 2012 a récemment engendré un événement X plus typique.

Observatoire de Paris, Communiqué de Presse 2012, G. Aulanier.

Quel programme scientifique à 10 ans ?

** Images de contexte Soleil entier

De nombreux instruments contemporains, qu'ils soient installés sur les grands télescopes solaires au sol ou embarqués sur des missions spatiales, possèdent des champs de vue limités. L'ensemble du disque solaire n'est ainsi pas nécessairement observé. Les observations prises avec le Spectrohéliographe de Meudon apportent ainsi des images de contexte pour les instruments de dernière génération.

De plus, les observations photosphériques et chromosphériques étant possibles depuis le sol, les satellites n'incluent généralement pas d'instruments pouvant produire des images du disque entier dans les différents points des raies chromosphériques. Les observations prises avec le Spectrohéliographe de Meudon peuvent donc apporter des observations complémentaires aux instruments spatiaux de pointe.

Ces observations de contexte peuvent ainsi être utilisées d'une première part, en amont d'une campagne d'observation, comme aide à la planification et au choix de cibles spécifiques d'étude de certaines zones du Soleil. D'autre part, en aval des observations, les observations de contexte peuvent être utilisées pour comprendre l'environnement des zones étudiées, et apporter des informations complémentaires.

Les observations du Spectrohéliographe de Meudon, peuvent donc servir d'appui et de soutien-sol à des missions spatiales en cours d'exploitation, e.g. actuellement Hinode (JAXA), Solar Dynamics Observatory (SDO, NASA), STEREO (NASA), IRIS (NASA), et futures Solar Orbiter (ESA) et Parker Solar Probe (NASA), ainsi que pour les grands télescopes solaires tels DKIST et l'European Solar Telescope.

Les observations du Spectrohéliographe de Meudon s'inscrivent ainsi dans un réseau mondial d'observatoires, le Global High Resolution Hα Network, répartis sur l'ensemble du globe terrestre, fournissant des données de contexte, et permettant une couverture temporelle la plus large possible.

** Étalon pour comparer des jeux de données historiques

De nombreux instruments, plus particulièrement spatiaux, ont une durée de vie limitée. Des instruments dédiés à l'exploration d'une gamme particulière du spectre électromagnétique n'ont pas nécessairement une couverture temporelle commune, certaines missions pouvant être lancées plusieurs années après une autre étudiant le même domaine de longueur d'onde. Avec ses plus de 110 ans d'existence, le service du Spectrohéliographe de Meudon constitue ainsi un véritable "mètre étalon" des observations visibles solaires.

Les données historiques du Spectrohéliographe de Meudon sont ainsi régulièrement sollicitées afin de comparer et de compléter des jeux de données passés de différents observatoires mondiaux. Les observations du Spectrohéliographe, acquises de manière relativement similaire depuis de nombreuses années, peuvent ainsi être utilisées pour calibrer et étalonner d'autres observations historiques.

Les données historiques peuvent aussi être utiliséss pour créer des observables synthétiques du passé. Par exemple, si les cartes du champ magnétique (magnétogrammes) de la photosphère solaire sont aujourd'hui des données produites très régulièrement, celles-ci étaient quasi-inexistantes durant l'essentiel du XX^ème siècle. Or ces cartes sont fondamentales pour de nombreuses thématiques de recherche actuelles. Les observations historiques dans la raie Ca II K peuvent néanmoins être utilisées pour créer des proxys de cartes du champ magnétique. Ces cartes synthétiques historiques peuvent ainsi être exploitées pour comprendre l'évolution du magnétisme solaire tout le long du XX^ème siècle.

** Dynamo solaire : utilité des données pour tester les modèles de dynamo solaire

Les images Hα en particulier tracent les lignes d'inversion du champ magnétique (via les filaments, présentés de façon synthétique sur les cartes synoptiques).

On sait notamment que l'inversion des champs magnétiques polaires (maximum du cycle) est précédée par l'apparition durant la montée du cycle des ceintures de protubérances polaires visibles en Hα (surmontant les lignes d'inversion créées par l'émergence du champ aux zones royales).

Le cycle de 11 ans (cycle de Schwabe) possède lui-même sa propre variabilité : il y a des séries de cycles forts et faibles, ou cycle de Gleissberg de période centennale mal connue (par manque de recul). Les cycles 22, 23 et 24 sont de plus en plus faibles. Va t-on vers un nouveau minimum de Gleissberg vers 2030 ? Fera t-il partie des minima remarquables (Maunder sous Louis XIV, Dalton sous Napoléon, Gleissberg sous la IIIème République) ? Quelle sera sa durée, sa profondeur ? C'est un programme d'envergure dans le futur pour les spécialistes.

Aborder ces questions majeures (concernant aussi le climat) nécessite des observations journalières durant des décennies. D'autres études statistiques sur les inclinaisons des taches migrant aux basses latitudes (loi de Joy) sont également possibles. Il faut donc continuer à observer à la fréquence de quelques séries d'images par jour. On notera que l'observation de la variabilité des cycles est incompatible avec la durée de vie des missions spatiales.

La continuité est donc l'apanage des observations sol. La numérisation progressive de la collection sur plaques de verre et plans films (avant l'an 2000) consolide ce programme.

** Étude des événements solaires extrêmes

Les éruptions solaires impactent régulièrement l'environnement magnétique de la Terre avec des conséquences plus ou moins importantes sur les technologies humaines (réseau électrique, trafic aérien, télécommunication, GPS, opération des satellites artificiels, …). Les observations stellaires montrent que des étoiles de type solaire peuvent produire des super éruptions, bien plus violentes que les éruptions auxquelles la Terre est soumise. Quelle est la probabilité que le Soleil produise ce type d'événement dont les conséquences seraient particulièrement néfastes pour nos sociétés humaines ?

Le catalogue centenaire d'observations du Spectrohéliographe de Meudon représente une source unique au monde d'information pour répondre à ce type de question.

Les images du disque solaire, enregistrées très régulièrement depuis juillet 1908, soit plus de 110 ans, permettent non seulement de recenser les éruptions les plus violentes, mais aussi et surtout d'apporter des informations précieuses sur les propriétés des régions sources de ces éruptions. Si l'observation régulière des taches solaires et leur dénombrement, donnant une idée approximative du niveau moyen de l'activité solaire, sont effectués depuis le 17ème siècle, ces observations n'apportent aucune information sur la production d'éruptions inhabituellement violentes et sur les régions sources. Les observations et les images du disque solaire acquises années après années apportent ainsi des données clefs pour déterminer les statistiques des événements extrêmes et leurs propriétés.

Les héliographes

2018-06-11T10:15:29Z

Les héliographes monochromatiques

Héliographe monochromatique

Premier film des observations avec l'héliographe monochromatique en 1956

Diamètre solaire : 15 mm

L'héliographe a été construit par Grenat et Laborde en 1953 pour l'étude cinématographique du Soleil dans le cadre de l'année géophysique internationale. Cet héliographe a fonctionné jusqu'en 1960.

Héliographe monochromatique pour la cinématographie de la chromosphère solaire

En 1960, Raymond Michard est arrivé avec un projet d'héliographe à λ Variable à mettre sur le toit du grand sidérostat. L'instrument a été en construction de 1960 à 1965. Toutes les observations se faisaient alors à l'Observatoire de Haute Provence.

Cet instrument, deuxième génération des appareils automatiques dont Bernard Lyot avait donné le principe au début des années 50, était destiné à l'observation systématique de la chromosphère solaire en Hα. Il réalisait à chaque minute sur film 35 mm, une séquence de prises de vues comprenant, une bande passante centrée sur Hα, une à + 0,75 Å et une à - 0,75 Å.

Héliographe à λ variable dans les années 1970

A partir du 12 juillet 1965 il y a deux héliographes à Meudon. Celui qui fait des films de diamètre solaire 11 mm et 16 mm, et celui qui est indiqué Héliographe variable qui ne fait qu'une portion du Soleil car le diamètre solaire fait 35 mm pour un format de prise de vue 18 X 24 mm.

Film héliographe variable - 1965

Film héliographe 1965

Diamètre solaire 16 mm avec une pose sombre toutes les 10 mn pour les protubérances solaires

Film héliographe 1965

Diamètre solaire 11 mm

En 1985 M. Olivieri construit un nouvel héliographe à λ variable, en fonction jusqu'en 2004.

De 1956 à 1997, l'héliographe produisait des images sur support photographique : la collection comporte au total 1966 bobines. L'héliographe est devenu numérique à partir de 1999 jusqu'en 2004 : la collection se compose de 1334 CD-Rom et 153 DVD.

Héliographe à λ variable de 1985 à 2004

La surveillance du Soleil

2018-06-08T08:45:02Z

La surveillance du Soleil : une histoire

La coopération internationale pour la surveillance de l'activité solaire commença au début des années 30. Hale aux USA fit réaliser et distribuer quelques spectrohéliographes standards et chaque observatoire se vit attribuer un créneau horaire quotidien d'observation.

En 1946, Bernard Lyot mit au point à Meudon le premier filtre monochromatique Halpha et entama l'étude et la fabrication d'un héliographe automatique, destiné à l'observatoire de Haute Provence (OHP), en vue de l'Année Géophysique Internationale (1957). A la mort de Lyot en 1952, Grenat et Laborde se chargèrent toujours à Meudon de la mise au point de l'héliographe automatique.

Filtre polarisant de B. LYOT pour l'observation de la chromosphère solaire

Construit par la Société O.P.L.

En septembre 1952, l'observatoire de Meudon fut désigné comme organe de liaison entre les observateurs de la chromosphère solaire.
La mise au point de l'héliographe automatique étant achevée, il fut décidé d'en faire réaliser un modèle standard par la SECASI de Bordeaux, de façon à équiper d'un instrument de série les observatoires intéressés par la surveillance solaire.

L'héliographe prototype de Lyot terminé par Grenat et Laborde resta à Meudon, au service solaire, et l'OHP fut finalement pourvu d'un héliographe SECASI. La responsabilité de cet héliographe posa un certain nombre de problèmes. Un premier accord entre d'Azambuja de Meudon et Dufay (directeur de l'observatoire de Lyon dont dépendait l'OHP) mit le poste d'observateur de Meudon à disposition de l'OHP qui se chargeait en contrepartie du fonctionnement et de la maintenance de l'instrument.

Vers 1965, la direction de l'OHP, lassée de s'occuper d'un service ne la concernant pas vraiment, demanda à Meudon d'assurer les dimanches et jours fériés, ainsi que la maintenance de l'héliographe. Ainsi, l'instrument fut rapatrié par deux fois à Meudon pour diverses réparations et améliorations et il fonctionna de cette façon avec Samson comme opérateur jusqu'en 1990. L'héliographe original de Lyot-Grenat-Laborde fut utilisé à Meudon jusqu'en 1964, puis remplacé par un héliographe de la REOSC. Un second héliographe à longueur d'onde variable (« Lambda variable »), ne prenant qu'une partie du Soleil, dessiné par Chemin à Meudon, fut également mis en service.

Vingt ans plus tard (1985), ces deux instruments furent à nouveau remplacés par l'actuel héliographe que nous connaissons, conçu par Martaud et Morin, et équipé d'un filtre de Lyot « Lambda variable » en Spath taillé par Demarcq à Nice, et d'une électronique de commande pensée par Fruteau, et rénovée récemment par Pau. Cet instrument moderne et numérique donne une image entière du Soleil dans le cœur de la raie Halpha et dans ses deux ailes. Sa bande passante, déplaçable, est de 0.5 Angströms et trois clichés sont réalisés toutes les minutes et diffusés en temps réel sur Internet.

Les ancêtres de l'héliographe de Meudon et l'héliographe actuel

Pour aller plus loin

Jules JANSSEN

Bernard LYOT

Bernard Lyot

2018-04-24T15:38:40Z

Bernard LYOT (1887-1952)

Astronome français né à Paris en 1897, il fut assistant de Perot à l'Ecole polytechnique.

Il entra à l'Observatoire de Meudon en 1920.

Il se consacra à l'étude de la polarisation de la lumière diffusée par la Lune et les planètes et réalisa, dans ce but, un polarimètre de haute sensibilité.

Ensuite, intéressé par les couches externes du Soleil, il inventa et construisit :

en 1930 le coronographe, qui permet d'observer la couronne en dehors des éclipses totales et grâce auquel il réalisa en 1935 le premier film montrant le mouvement des protubérances ;
en 1933 le filtre monochromatique polarisant, qui sélectionne les radiations propres aux différentes structures du Soleil et en fournit les premières images monochromatiques.

En 1939, il fut élu à l'Académie des sciences.

En 1948, il réalisa, grâce aux progrès de l'électronique, le polarimètre photoélectrique dont il avait indiqué le principe dès 1924.

En 1952, il mourut au retour d'une mission à Khartoum (Le Caire) pour l'observation d'une éclipse totale de Soleil.

Film "Flammes du Soleil"

Film réalisé à la mémoire de Bernard Lyot, astronome, membre de l'Académie des sciences et inventeur du coronographe.
Paul Couderc, astronome à l'Observatoire de Paris, commente les images que Bernard Lyot a réalisées dès 1935. Ce dernier a en effet observé, grâce au coronographe, la couronne solaire, les protubérances et les colonnes de gaz à la surface du soleil.

Jules Janssen

2018-04-24T15:29:56Z

Jules JANSSEN

Astronome Français né à Paris en 1824, il obtient sa licence ès sciences en 1852.

En 1857, il est envoyé en mission officielle au Pérou pour y étudier la position de l'équateur magnétique.

En 1860, il est docteur ès sciences ; sa thèse porte sur "l'absorption de la chaleur rayonnante obscure par les milieux de l'œil".

En 1862, l'un des premiers en France à s'attacher à l'analyse spectrale et à ses applications astronomiques, il démontre l'origine terrestre des bandes sombres irrégulières qu'il observe dans le spectre solaire ; il propose de les appeler "raies telluriques".

En 1867, il annonce la présence de vapeur d'eau dans l'atmosphère de Mars.

En 1868, dès le lendemain de la grande éclipse totale de Soleil qu'il vient d'observer en Inde, il démontre la possibilité d'observer les raies spectrales des protubérances solaires en dehors des éclipses. C'est la vraie découverte de Janssen (et non celle
de l'hèlium !) à cette époque ;

En 1869, Il décrit le principe du spectrohélioscope qui permet d'obtenir des images monochromatiques du Soleil.

En 1870, il quitte en ballon Paris assiégé pour aller observer une éclipse en Algérie ; durant le vol, il invente le compas aéronautique.

En 1871, il se rend de nouveau en Inde pour observer une éclipse totale de Soleil.

En 1873, il conçoit son "revolver photographique", précurseur de la caméra de prise de vue cinématographique, pour observer le prochain passage de Vénus au Japon en 1874.

En 1875, il obtient enfin par décret la création de "l'Observatoire d'Astronomie Physique de Paris", dont il sera le directeur jusqu'à sa mort.

En 1876, il s'installe à Meudon et commence l'enregistrement photographique de routine du Soleil dès l'année suivante.

En 1879, la loi affectant le domaine de Meudon à l'Observatoire d'Astronomie Physique de Meudon est promulguée.

En 1883, nuit d'observation depuis le cratère Kilauea à Tahiti.

En 1884, il dirige la délégation française à la "Conférence du Méridien " à Washington.

En 1885, il décide de doter l'Observatoire de Meudon de deux grands instruments : une lunette double de 83 et 62 cm, et un télescope de 1 mètre.

En 1891, il érige un Observatoire au sommet du Mont Blanc.

En 1903, il publie son "Atlas de photographies solaires" composé d'une sélection de photographies prises à Meudon entre 1876 et 1903 grâce à un photohéliographe de sa conception.

En 1905, il se rend en Espagne pour observer sa dernière éclipse totale de Soleil.

Il s'éteint à l'Observatoire de Meudon le 23 décembre 1907.

La tour solaire

2018-04-23T16:35:43Z

La tour solaire de Meudon est un télescope spécialisé constitué d'une tour de béton d'une hauteur de 36,47 mètres sur le site de Meudon de l'Observatoire de Paris. Elle a été construite entre 1964 et 1967. Elle est équipée d'un spectrographe permettant d'étudier l'atmosphère basse du Soleil.

Bien que n'étant plus un instrument solaire de premier plan, la tour solaire de Meudon reste un outil de proximité pour les chercheurs de la communauté française. Utilisé pour l'enseignement, dans le cadre de projets de recherche et développement, e.g. étalonnage d'instrument spatiaux, ainsi que pour quelques observations scientifiques lors de campagnes internationales coordonnées, cette tour demeure un outil très précieux.

Description de l'instrument

Le bâtiment de la tour de Meudon est composé d'une structure extérieure qui protège l'instrument du vent et d'une tour intérieure qui contient le télescope. La terrasse est très large car des bureaux ont été disposés en couronne dans la partie supérieure. Elle est peinte en blanc pour réfléchir la lumière du Soleil et éviter l'échauffement du sol.

Un coelostat renvoie la lumière du Soleil dans le tube du télescope. Il est composé de deux miroirs. Le primaire, d'un diamètre de 80 cm est entraîné par un moteur électrique sur son axe parallèle à celui de la Terre. Le secondaire, de 70 cm peut monter ou descendre selon la hauteur du Soleil dans le ciel. Il renvoie la lumière dans le puits vertical contenant le télescope. L'entrée du tube est fermée par une lame à faces parallèles de 60 cm de diamètre.

La tour solaire de Meudon

Le miroir primaire du télescope, d'un diamètre de 69 cm et d'une distance focale de 45 m est placé au bas de la tour. Le faisceau est coudé une première fois par un miroir plan de 45 cm à mi-hauteur et légèrement déporté par rapport au primaire qui travaille ainsi hors axe. Le faisceau est coudé une seconde fois par un miroir plan de 50 cm incliné à 45° qui le dirige vers la salle d'observation après avoir traversé une seconde lame de fermeture qui assure ainsi la fermeture du tube. La résolution théorique du télescope est de 0,25 ".

La focale du télescope est de 45 m, ce qui donne au Soleil un diamètre de 42 cm au foyer. Le spectrographe de 14 m de focale est l'un des plus grands au monde. Il donne une résolution spectrale de 300 000 à 600 000 selon le réseau utilisé.

Histoire de la tour solaire de Meudon

La tour solaire est née des progrès de la géodésie spatiale et de l'observation des satellites artificiels qu'avait entrepris Paul Muller à la fin des années cinquante. Il fallait disposer d'une plateforme d'observation dominant la forêt et disposant d'un horizon à 360°. Un projet de château d'eau sur le site de l'observatoire a été modifié pour créer une tour d'observation capable de recevoir un théodolite.

En 1958, R. Michard et G. Wlérick concevaient un projet de tour solaire dans la partie sud de l'observatoire qui dominait la forêt à 35 mètres de haut. Le chantier commença en octobre 1963 pour s'achever en avril 1967. Le coût total de la tour solaire aura été de trois millions de francs, ce qui est particulièrement bas pour une installation de cette envergure.

La première image a été obtenue le 29 avril 1969. À l'époque de sa construction, la tour de Meudon était l'un des plus grands instruments solaires avec son télescope de 60 cm de diamètre. En 1973, l'astronome Pierre Mein installe un dispositif de spectro-imagerie à double passage soustractif multi-canaux (DPSM) qui permet de réaliser des cartes de champs de vitesses sur des structures chromosphériques.

Depuis les années 1970, la qualité du site s'est notablement dégradée et aujourd'hui il est rare d'obtenir une résolution inférieure à la seconde. La tour a donné lieu à de très nombreuses publications entre 1971 et 1991. Par la suite, à cause de la dégradation du site et de l'évolution des thématiques, les chercheurs de Meudon ont étudié et construit un nouvel instrument, le télescope THEMIS situé à Tenerife (Canaries, Espagne). La tour de Meudon est ainsi restée sans activité scientifique pendant une décennie environ. C'est vers 2003 que son activité a repris. Aujourd'hui, l'instrument a un usage varié :

Enseignement méthodologique pour le Master. Enseignement de la spectroscopie et de la spectro-polarimétrie avec un analyseur à cristaux liquides.

Mise en place d'un spectro-imageur (DPSM) utilisant un éclateur à miroirs dans le cadre du projet international EST (European Solar Telescope).

Étalonnage d'instrument spatiaux, e.g. les filtres des l'instrument PHI de Solar Orbiter.

Observations scientifiques pour les campagnes d'observations coordonnées.

Vidéo sur la tour solaire de Meudon

110 ans d'observations solaires à Meudon

2018-03-30T13:18:12Z

Les origines du service

Le premier daguerréotype du Soleil date de 1839.
La première photographie solaire partielle a été prise par M. Majocchi à Milan, lors de l'éclipse du 8 juillet 1842.
C'est à Fizeau et Foucault que l'on doit la première photographie complète du Soleil, le 2 avril 1845.

A partir de 1858, on obtient journellement, à Kew, des photos de 0,10 m de diamètre, grâce à John Herschell et M. Warren de la Rue.
Les protubérances sont surveillées quotidiennement dès 1868, à l'aide d'un intrument créé par Janssen et Lockyer.

En 1869, Jules Janssen énonce le principe du spectrohélioscope en décrivant une méthode pour obtenir des images monochromatiques des corps lumineux. Il imagine de placer au foyer d'un spectrographe, une fente sélectrice parallèle à la fente d'entrée. Cette fente sélectionne une région étroite du spectre (donc monochromatique). On forme sur la fente d'entrée l'image d'un corps lumineux (une flamme par exemple) et on fait tourner le spectrographe autour d'un axe passant par les deux fentes, « alors les diverses parties de l'image lumineuse viendront successivement produire leur ligne monochromatique dans la lunette d'exploration et, si le mouvement rotatif est assez rapide, la succession de toutes ces lignes produira une impression totale qui sera l'image de la flamme formée avec les rayons d'une seule réfrangibilité ».

Le bâtiment dit du Grand Sidérostat abrite les instruments solaires

Le spectrohéliographe

En 1876, Jules Janssen organise à son arrivée à Meudon, le service d'observation photographique systématique de la photosphère, visible avec une simple lunette. 20 années d'observations photographiques permettent à Janssen de commencer les recherches sur la photosphère. Il découvre au voisinage de la bande G devenue universellement utilisée aujourd'hui (appelée raie G à l'époque) des images très contrastées. La chromosphère, couche extérieure du Soleil, est observée lors des éclipses totales jusqu'en 1892, année durant laquelle Janssen met au point un procédé spectroscopique permettant l'observation des protubérances hors éclipse.

Jules JANSSEN

En février 1892, Henri Deslandres à l'observatoire de Paris, et Georges E. Hale, directeur de l'observatoire de Kenwood à Chicago, mettent en évidence la présence dans le spectre des facules solaires, de raies brillantes, identifiables avec les raies H et K attribuées au calcium. Reprenant l'idée de Janssen, on munit un spectrographe d'une fente spectrale "sélectrice". Placée devant une raie du spectre solaire, cette fente occulte le reste de la lumière émanant de l'astre. L'image du Soleil est alors balayée par l'instrument et son image, monochromatique, est reconstituée par la lumière qui traverse la fente de sortie du spectrographe : le spectrohéliographe est né.

Henri DESLANDRES

C'est en 1892 que Hale obtient les premières images spectrohéliographiques, dans la raie K du calcium II, dévoilant la chromosphère du Soleil. Deslandres divise les raies H et K utilisées pour l'observation en trois composantes : K1, K2 et K3, correspondant respectivement aux trois couches superposées, la couche renversante, la chromosphère et la chromosphère supérieure.

Parallèlement, en France, Deslandres met en place deux spectrographes automatiques enregistreurs :

le spectrographe des formes qui image la chromosphère avec ses plages brillantes et, avec une pose plus longue, donne également les protubérances. C'est le spectrohéliographe.
le spectrographe des vitesses qui, avec une fente sélectrice plus large, permet de voir la raie en entier et donc ses variations en présence de phénomènes solaires dynamiques. C'est le spectro-enregistreur.

Spectrohéliographe transformé en spectrohélioscope

En 1898, Deslandres installe à Meudon un spectrohéliographe recevant le faisceau solaire d'un sidérostat polaire. L'objectif de l'instrument a un diamètre de 20 cm pour une focale 3,2 m et fournit des images de 92 mm de diamètre.
En 1906, Deslandres est nommé directeur-adjoint de Meudon. Il oriente les ressources de l'observatoire vers les recherches solaires en édifiant notamment un grand sidérostat de Foucault à grand miroir de 1 m afin d'obtenir des spectrohéliogrammes K3. Il fait également installer un coélostat à deux miroirs de 50 et 30 cm, un enregistreur de vitesses radiales et un spectrographe enregistreur destiné à l'étude de la rotation solaire et du spectre des taches et un second coélostat à deux miroirs de 40 cm.

Spectrohéliographe quadruple de 15m

En 1908, Hale obtient au Mont Wilson des images monochromatiques dans la raie rouge Halpha et une bande passante de 0.9 A. On peut y voir des taches entourées de petites structures nommées « solar vortices », manifestation optique d'un champ magnétique.

En juillet 1908, Deslandres et d'Azambuja obtiennent un K3 qui montre clairement ce que Deslandres nomme des filaments, ce qu'il suppose être la marque des protubérances sur le disque, ou tout au moins une partie de ces protubérances. Ils commencent à observer systématiquement le Soleil afin d'étudier l'évolution de ces structures. C'est le point de départ des observations systématiques sur le site de Meudon.

En 1920, L. D'Azambuja crée le service d'observations systématiques à proprement parler. Les observations sont obtenues alors sur des plaques de verre. En 1989 a été mis en service un nouveau spectrohéliographe sur film photographique et depuis 2002, les observations sont entièrement numériques.

L'année 2018 marque 110 ans d'observations, soit 10 cycles d'activité complets du Soleil. A cette occasion, le spectrohéliographe fait l'objet d'une jouvence décennale qui le dote de nouvelles fonctionnalités, et notamment de la capacité de sonder l'ensemble des raies observées et donc de produire des spectrohéliogrammes simultanés au centre et à de multiples points des raies Hα et CaII K/H.

Grâce au service des observations systématiques, l'Observatoire de Paris dispose d'une collection unique de plus de 100000 clichés d'images monochromatiques de la chromosphère solaire au long de 10 cycles d'activité, ce qui permet de constituer la collection d'observations solaires la plus complète au monde.

Le cœlostat du spectrohéliographe hier et aujourd'hui

L'équipe locale

2018-03-30T13:11:15Z

L'équipe locale est composée de :

Guillaume AULANIER, responsable scientifique du service,

Isabelle BUALÉ, cheffe de service,

Cyrille BLANCHARD, technicien observateur,

Sylvain CNUDDE, graphiste et technicien observateur,

Florence CORNU, assistante ingénieure et observatrice,

Les observateurs, hier et aujourd'hui

Motorisation de la cabane du coelostat

Le service d'observation en France

2018-03-30T13:09:57Z

Les observations systématiques du Soleil effectuées sur le site de Meudon de l'Observatoire de Paris, ont débuté en 1908. Cette activité de recherche scientifique et de service à la société est aujourd'hui menée par les équipes du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique (LESIA).

Ce service est labellisé sous le nom de "Spectrohéliographe de Meudon", dans le cadre des services nationaux d'observations (SNO) de l'Institut national des sciences de l'univers (INSU), au sein de l'action nationale pour l'observation dédiée à la surveillance du Soleil et de l'environnement spatial de la Terre (AA-ANO 6).

Les services nationaux d'observations (SNO)

Depuis les années 90, l'INSU a mis en place un processus de labellisation concernant des services d'accompagnement de la recherche ayant un caractère national et souvent international. Ces services sont structurés en "services nationaux d'observation" (SNO) afin de répondre au besoin de documenter sur le long terme la formation, l'évolution, la variabilité des systèmes astronomiques et des milieux terrestres, et de faire progresser les connaissances dans ces domaines.

Les SNO ont vocation à apporter un service à la communauté scientifique. La liste complète des SNOs est disponible dans la base de données dédiée de l'INSU.

Les SNO sont rassemblés par l'INSU au sein d'actions nationales pour l'observation (ANO). Le périmètre de labellisation d'un SNO est celui sur lequel le Conseil national des astronomes et physiciens (CNAP) s'appuie pour évaluer la mission "Observation" des personnels du corps des CNAP au moment de leur recrutement ou de leur évaluation.

Surveillance du Soleil et de l'environnement spatial de la Terre

L'action nationale pour l'observation AA-ANO 6 est dédiée à la surveillance du Soleil et de l'environnement spatial de la Terre, dans laquelle s'inscrit les observations systématiques du Soleil, rassemble des services dédiés à l'observation régulière des phénomènes astrophysiques susceptibles d'affecter les performances et la fiabilité de dispositifs sol et spatiaux, de mettre en danger la vie ou la santé humaine : les objets géocroiseurs et les débris en orbite, ainsi que les phénomènes se produisant à la surface du Soleil, dans le vent solaire ou l'environnement ionisé de la Terre.

La prévision opérationnelle de ces événements et leur surveillance systématique font l'objet d'un intense développement dans tous les pays, et particulièrement en Europe dans le cadre du programme SSA (Space Situational Awareness) de l'ESA. Au sein de l'Observatoire de Paris, cette thématique est abordée dans le cadre de l'axe fédérateur de recherche ESTERS (Environnement Spatial de la Terre : Recherche & Surveillance).

En France, les équipes du LESIA collaborent ainsi notamment avec l'Aviation civile et l'Armée française, sur les projets METEOSPACE et FEDOM.

Les services de l'ANO-6 ont, outre leurs aspects sociétaux, des retombées scientifiques importantes, en particulier sur la compréhension des cycles solaires, sur la physique des relations entre l'héliosphère et la Terre, et sur la dynamique de l'environnement spatial de la Terre.

Le "Spectrohéliographe de Meudon"

Le service du Spectrohéliographe de Meudon permet plus particulièrement de répondre aux besoins de la discipline appliquée émergente qu'est la météorologie de l'espace et sa sous-discipline, la climatologie de l'espace, visant à étudier les variations à long terme des perturbations de l'environnement magnétique de la Terre dues au Soleil.

Le Spectrohéliographe permet le suivi systématique du Soleil et de l'environnement spatial depuis le sol, la prévision de l'activité solaire et la production d'indices solaires utiles à la météorologie de l'espace. La surveillance à long terme fournit de plus les données nécessaires pour explorer d'autres relations entre le Soleil et la Terre, comme par exemple la contribution potentielle de l'activité solaire à l'évolution du climat.

Les données acquise par le Spectrohéliographe sont diffusée librement à l'ensemble de la communauté française et internationale via la base de donnée BASS2000. Les observations du Spectrohéliographe de Meudon s'inscrivent aussi dans un réseau mondial d'observatoires, le Global High Resolution Hα Network, réparties sur l'ensemble du globe terrestre et permettant ainsi une couverture temporelle la plus large possible, pour fournir des données de la basse atmosphère solaire.

Les autres instruments du SNO

Deux autres services à la société dédiés à la surveillance du Soleil sont aussi animés par les équipes du LESIA : le Radiohéliographe de Nancay et le service CERCLe (Cycle, Eruptions et Rayonnement Cosmique au Lesia).