Site des observateurs solaires

Spectre solaire

Sylvain Cnudde — 2018-10-12T14:18:08Z

Spectre solaire 3000-10000 Angströms (Jungfraujoch, auteurs : Delbouille et al), avec identification des raies (table de Moore) et facteurs de Landé

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SPECTRE SOLAIRE ULTRA VIOLET 700 A - 1500 A DE L'INSTRUMENT SUMER/SOHO

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The SUMER Spectral Atlas of Solar Coronal Features

The SUMER Spectral Atlas of Solar Disk Features

PHOTOMETRIC ATLAS OF THE SOLAR SPECTRUM
BY DELBOUILLE, ROLAND, BRAULT, TESTERMAN , 1981, KITT PEAK

Meudon spectroheliograph, 2018 version

Sylvain Cnudde — 2018-09-18T13:37:20Z

Meudon spectroheliograph, 2018 version

J.-M. Malherbe, D. Crussaire, I. Bualé (Observatoire de Paris, LESIA)

Available data types

PDF : Description of level 0 (3D TIFF) and level 1 data (2D and 3D FITS)

PDF : How to read level 0 (3D TIFF) spectroheliograms (IDL code)

Technical information

Meteospace, a New Instrument for Solar Survey at the Calern Observatory

The new 2018 version of Meudon spectroheliograph

PDF : the scientific CMOS detector

PDF : the transmission of ND 1 artificial moons for prominences

PDF : the transmission curve of the order 5 filter for CaII H and K

PDF : the transmission curve of the order 4 filter for Hbeta

PDF : the transmission curve of the order 3 filter for Halpha

PDF : filter optical coatings

CaII K line ATLAS Delbouille, wavelenth + intensity

CaII H line ATLAS Delbouille, wavelenth + intensity

Halpha line ATLAS Delbouille, wavelenth + intensity

Hbeta line ATLAS Delbouille, wavelenth + intensity

SPECTRAL LINES LANDE FACTOR TABLE

MOORE TABLE (SPECTRAL LINES IDENTIFICATION)

380-870 SOLAR SPECTRUM FROM DELBOUILLE ATLAS

Pour aller plus loin

2018-09-18T13:05:31Z

Liens utiles

Documents historiques

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.

Historique de l'observatoire de Meudon

2018-06-18T08:50:24Z

L'observatoire de Meudon en 1893

L'Observatoire de Meudon a été fondé par Jules JANSSEN, astronome membre de l'Institut, en 1876.

La seconde moitié du siècle dernier fut marquée par la découverte de l'analyse spectrale et l'introduction de la technique de photographie céleste. Un immense domaine de recherches, que l'on baptisa "astronomie physique" par opposition à la "science mère" où la géométrie et la mécanique céleste sont reines, était né (on l'appellera plus tard astrophysique).

Cette nouvelle branche, où dominent la physique et la chimie, semblait suffisamment riche pour se "détacher du vieux tronc" et pousser à part entière en se développant rapidement dans un sol bien à elle, c'est-à-dire dans un observatoire spécifique.

Les premières initiatives en ce sens de Jules Janssen, qui s'était illustré brillamment en démontrant la possibilité d'observer les protubérances solaires hors éclipses grâce à la spectroscopie, remontent à 1869 et furent anéanties par la guerre. Ce n'est qu'en 1874 que le gouvernement promit d'étudier la question d'un observatoire d'astronomie physique et soumit le projet à l'Académie des sciences pour examen et avis. Une décision favorable fut prise l'année suivante par le ministre de l'Instruction publique et un crédit de 50 000 francs fut débloqué pour parer aux premiers frais. L'Observatoire fut installé provisoirement au boulevard d'Ornano à Paris, là où Janssen préparait ses missions d'éclipses.

Deux domaines de l'Etat pouvaient se prêter à une installation d'envergure : la Malmaison ou Meudon. Ce dernier site fut choisi ; outre les deux terrasses, il comprenait Chalais (qui fut attribué au service des ballons militaires), la Glacière (qui devint la station Berthelot de chimie végétale) et l'avenue de Bellevue. Les bâtiments étaient occupés par l'armée et le parc servait "aux exercices scolaires de nos collégiens parisiens et à des sociétés de cyclistes".

L'entrée à Meudon se fit en 1876, dans des baraques de récupération. Jules Janssen présenta alors au gouvernement un projet comprenant la restauration du Château incendié et des Communs, ainsi que la construction de coupoles et d'instruments. Les Communs devaient abriter la direction, la bibliothèque, les bureaux et les laboratoires. Le projet fut examiné favorablement par la Chambre et le Sénat qui attribuèrent la somme de 1 035 000 francs dont 45 % émargeant au budget de l'Instruction publique et 55 % au budget des Travaux publics, répartis sur les exercices 1879, 1880 et 1881.

Le tome premier des annales de l'Observatoire de Meudon nous décrit les instruments et laboratoires existant sur le site il y a plus de cent ans :

La Grande Coupole de 18 m, érigée au dessus du Château partiellement démoli et restauré, et abritant la fameuse Grande lunette dont l'optique à deux objectifs est l'oeuvre des frères Henry de l'Observatoire de Paris (objectifs de 83 et 62 cm d'ouverture et d'environ 16 m de focale). Une plateforme d'observation, solidaire de la coupole et diamétralement opposée à la trappe, roulait verticalement sur deux rails en arc de cercle, permettant les observations dans toutes les positions de la lunette (ce système initial sera modifié dans le temps à plusieurs reprises jusqu'à la mise en place d'un plancher mobile en hauteur). La coupole et la plateforme étaient mues par des moteurs électriques, l'électricité étant produite par une machine à gaz de 8 chevaux, placée dans les Grandes écuries, couplée à une dynamo et à une batterie d'accumulateurs.

Un laboratoire de spectroscopie des gaz, situé dans les Grandes écuries, pour l'étude des raies d'absorption des gaz à haute pression ou haute température, en particulier ceux entrant dans la composition de l'atmosphère terrestre. Les tubes de gaz comprimé atteignaient 60 m de long, pour un diamètre intérieur d'une dizaine de centimètres et pouvaient supporter plusieurs dizaines d'atmosphères.

Deux petites coupoles de 7,50 m abritant, pour l'une un télescope de Newton de 1 m d'ouverture et 3 m de focale (optique des frères Henry), et pour l'autre une lunette de photographie solaire donnant une image de l'astre de 30 cm de diamètre. À ces coupoles étaient accolées des bâtisses légères épousant leur forme circulaire et formant des cabinets de travail et des chambres à coucher pour les observateurs.

Une petite coupole de 5 m, abritant un petit équatorial de 8 pouces ainsi qu'un sidérostat polaire de 30 cm.

Rappelons enfin que l'observatoire de Meudon a été rattaché à l'Observatoire de Paris en 1926.

Images par catégories

2018-06-12T08:56:08Z

Granulations et taches solaires

Eruptions solaires

Filaments et protubérances

Nos données

2018-06-11T10:19:10Z

Acquisition des données

Le service produit des images du disque entier du Soleil à 3 longueurs d'onde. Le spectrohéliographe fournit des images de la photosphère solaire, dans l'aile bleue de la raie CaII (K1 à 3933,2 Å), et de la chromosphère, au centre des raies CaII (K3 à 3933,7 Å) et Hα (à 6562,8 Å). Quand cela est intéressant, des images supplémentaires, réalisée avec un temps de pose plus long, sont disponible en Hα et CaII K3, en obscurant le disque solaire, afin d'étudier les protubérances solaires.

Des cartes synoptiques pour chaque rotation solaire sont réalisées à partir de ces données.

Depuis juillet 2017, la dernière version du spectrohéliographe mise en service donne la possibilité nouvelle d'observer en tout point du Soleil les profils complets des raies, ce qui renforce l'intérêt scientifique de l'instrument. Les profils des raies Hα (ordre 3), CaII K, CaII H (ordre 5) sont désormais systématiquement observés et enregistrés sous forme de cubes de données au format FITS 3D (2 dimensions de l'espace et une dimension spectrale), dont sont issus les images 2D de la basse atmosphère solaire. La résolution spectrale est de 0.2 A environ. Fin 2018 s'y adjoindra la raie Hβ (ordre 4) après motorisation de la mise au point de l'objectif d'entrée.

Le film ci-dessous présente un exemple de la méthode d'acquisition des données :

Exemple de la méthode d'acquisition des données

Cliquer sur l'image pour lancer l'animation

Disponibilité des données

Les données sont mises à la disposition de la communauté depuis 1996 via une base de donnée dédiée, BASS2000, dans différent format de fichiers (FITS, JPG, GIF, ...) .

Des images quotidiennes numérisées et calibrées sont disponibles à partir 1980 pour certaines d'entre elles. La disponibilité des données dépends du type exact de données et peut être consulté grâce à l'application dédiée sur le site d'archive des données.

Un projet de numérisation de l'ensemble de la collection (depuis 1908) est en cours. Les données historiques sont disponibles sur "Collection d'images et vidéos du Soleil".

Les cartes synoptiques sont également disponibles, depuis la rotation solaire n°876 (16 Mars 1919) jusqu'à la rotation n°2008 (23 Octobre 2003), dans notre archive de données systématiques sur la base de donnée BASS2000.

2017 : nouvelles observations Hα

Échantillon d'observations faites systématiquement avec la nouvelle version du spectrohéliographe mi-2017 : couverture complète de la raie H alpha par pas de 0.166 A (21 longueurs d'onde pour couvrir la raie, dont seulement 9 représentées ci-dessus). La longueur d'onde croît vers la droite.

2017 : nouvelles observations CaII K ou H

Échantillon d'observations faites systématiquement avec la nouvelle version du spectrohéliographe mi-2017 : couverture complète de la raie CaII K par pas de 0.100 A (31 longueurs d'onde pour couvrir la raie, dont seulement 5 représentées ici).

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

Dernières images du Soleil

2018-06-11T09:45:33Z

Dernières images du Soleil

Téléchargement des images en haute résolution

Ephémérides du dernier jour d'observation - JPEG - 1024 x 1024 - 391.6 ko
Raie Halpha 6562.8 A - JPEG - 2013 x 2048 - 881.8 ko
Raie H alpha 6562.8 A protubérances avec lune artificielle - JPEG - 2012 x 2048 - 1 Mo
Raie CaII H 3968.5 A - JPEG - 2030 x 2048 - 764.2 ko
Raie CaII H 3967.0 A (aile bleue) - JPEG - 2028 x 2048 - 894.9 ko
Raie CaII H 3968.5 A protubérances avec lune artificielle - JPEG - 2016 x 2048 - 941.4 ko
Raie CaII K 3933.7 A - JPEG - 2030 x 2048 - 803.2 ko
Raie CaII K 3932.2 A (aile bleue) - JPEG - 2027 x 2048 - 1 Mo
Raie CaII H 3933.7 A protubérances avec lune artificielle - JPEG - 2013 x 2048 - 976.8 ko

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