Club d’Astronomie de Lyon Ampère

Astro-essai

Lunette solaire H-alpha Coronado Maxscope 40

mercredi 2 novembre 2005 par Jean Paul Roux

...Il y a quelques années, en 1999 je crois, en août peut être, devait se dérouler devant mes yeux écarquillés et ma lunette un spectacle, qui se devait, magnifique, inoubliable, indicible... Mais la météo ne fut pas avec nous, nuages et pluie nous ont caché cette éclipse totale de soleil tant attendue... Que faire pour observer la chromosphère avec les protubérances, la couronne ? Voyager et aller à la rencontre d’une nouvelle éclipse... Ou...

L’observation du soleil a été longtemps cantonnée à sa surface émissive, que l’on appelle la photosphère et que l’on peut assez facilement observer avec un instrument astronomique correctement filtré en respectant les règles de sécurité de rigueur. La granulation, les taches et les facules dévoileront leurs détails. Les développements de la spectroscopie ont amené d’importantes découvertes sur l’atmosphère solaire. Au 19ème siècle, le physicien Fraunhofer a découvert, après décomposition de la lumière, des raies d’absorption caractéristiques d’éléments atomiques qui porte son nom. En 1868, lors d’une éclipse totale de soleil, des spectres ont été obtenus sur des protubérances : des raies en émission ont alors été observées (Hg, Hb, Hélium élément alors inconnu et Ha la plus intense). A partir de là, l’étude et l’observation de la chromosphère et de la couronne pourront être envisagées dans ces raies d’émissions. L’astronome français Bernard Lyot a développé un instrument capable de réaliser des éclipses artificielles en maintenant un minimum de diffusion optique avec le coronographe. Cet instrument nécessite toutefois une mise en station extrêmement rigoureuse afin de bien maintenir le disque solaire sur le cône occulteur. Une installation fixe est donc préférable. Dans le cas du spectrohéliographe, l’image focale du soleil se forme sur une fente mobile qui balaye cette image d’un mouvement régulier. Après décomposition de la lumière, une seconde fente permet d’isoler une bande spectrale d’intérêt et, à la manière d’un scanner, on obtient l’image monochromatique du soleil. L’avantage de ce type d’instrument est que l’on peut observer plusieurs longueurs d’onde d’intérêt. Même si ce type d’instrumentation n’est pas hors de porté des amateurs (Philippe rousselle, Christian Buil), il reste toutefois assez complexe à réaliser. Le développement à partir des années 50 des filtres interférentiels à bande de plus en plus étroites a permis la conception d’instrumentation simple et légère permettant l’observation monochromatique de la chromosphère, tant à la surface que sur le limbe, notamment en Ha. La lunette solaire Coronado®, sujet de cet article, en fait partie.

A ma connaissance, deux firmes seulement ont réalisé et commercialisé des filtres Ha avec des bandes passantes inférieures à l’Angstrom (1/10000000mm) pour l’amateur : Daystar® avec ses fameux filtres University, ATM et Tscanner allant de 0.8 à 0.5A et plus récemment Coronado® qui a aujourd’hui détrôner l’ancien leader.

figure1

Ces filtres sont dérivés de l’interféromètre de Fabry-Perot qui utilise des réflexions multiples entre deux lames de verre très soigneusement espacées et partiellement métallisées (figure 1). Une part de la lumière est transmise chaque fois que celle-ci rencontre la deuxième surface, de multiples faisceaux qui interfèrent les uns avec les autres sont ainsi crées. Le grand nombre de franges d’interférences ainsi réalisé constitue un interféromètre avec une extrême résolution (un peu comme les multiples traits d’un réseau de diffraction augmentent la résolution, il s’agit ici de résolution fréquentielle et non de résolution spatiale). Un filtre interférentiel secondaire classique, obtenue après métallisation multicouche sous vide, permet de ne sélectionner que la raie souhaitée, en l’occurrence la raie Ha.

Les Daystar utilisent un filtrage au niveau du foyer qui a l’avantage de ne nécessiter qu’un diamètre modeste mais qui reste très sensible à l’incidence des rayons. C’est pourquoi ces filtres ne peuvent fonctionner correctement qu’avec des rapports F/D > 30 ou après des systèmes télécentriques (système optique engendrant des rayons incidents perpendiculaires au filtre). De plus, la distance entre les deux lames de verres peuvent varier avec la dilatation sous l’influence de la température, c’est pourquoi les systèmes Daystar sont thermiquement régulés et réglables afin de pouvoir se centrer sur la longueur d’onde souhaitée. Les Tscanner ne sont pas thermiquement régulés et utilise un réglage d’inclinaison (tilt) du filtre qui permet un centrage sur la raie Ha. Afin de s’affranchir des problèmes d’incidences des faisceaux qui varient selon les rapports F/D des instruments astronomiques, la firme Coronado a choisie de placer sont filtre à l’ouverture au niveau de l’objectif. De plus, pour s’affranchir de la régulation thermique, Coronado a développé un filtre, toujours selon le principe de l’étalon Fabry-Perot, mais avec une "cale" centrale qui limite ainsi les problèmes de dilatation thermique qui modifieraient l’espace entre les deux lames. C’est à ce niveau que se situent les principaux brevets Coronado.

Photo 1 : Maxscope 40 BF-10.

J’ai eu la chance de pouvoir utilisé une lunette Coronado Maxscope 40 BF-10 lors de la dernière mission Spectro-CALA à l’observatoire de Saint Veran. Il s’agit d’une petite lunette de 40mm de diamètre et de 400mm de focal équipé d’un étalon Fabry-Perot inclinable (tilt) à l’ouverture et d’un filtre secondaire de 10mm de diamètre BF10 situé dans le renvoi coudé (photo-1). La bande passante globale est inférieure à 0.7 Angstrom, centrée autour de la raie Ha. Le système de mise au point est double : un simple système coulissant à blocage pour "dégrossir" en permettant un grand tirage et une bague hélicoïdale fine.

Photo 2 : sur un pied photo.

La légèreté de l’instrument permet de l’installer sur un simple pied photo (photo-2) pour une observation rapide ou en parallèle sur un instrument astronomique (photo 3 : sur ma lunette Astrophysics de 120mm et sa SP-DX). Les observations sont saisissantes, le regard se porte dans un premier temps sur le limbe pour l’observation des protubérances principales comme lors d’une éclipse totale (photo-5), ensuite la chromosphère laisse aussi voir des protubérances plus faibles ainsi que les spicules qui forment une sorte de bordure ciliée sur le limbe. Mais l’observation ne s’arrête pas là ! La surface du disque solaire laisse aussi voir la couche chromosphérique avec des protubérances observées non plus latéralement mais en projection sur le disque avec l’aspect de filaments sombres (photo-6). Lors de notre première observation avec l’instrument, nous avons eu la chance de voir cette importante protubérance (photo-5) qui c’est écroulée sur elle-même une demi heure plus tard !!! Inimaginable !

Photo 3 : sur ma lunette Astrophysics de 120mm et sa SP-DX.

J’aurais aimé pousser un peu plus les grossissements, mais l’oeil n’est pas très sensible à ce rouge pur et sombre de la raie Ha , par conséquent seuls les grossissements faibles à moyens sont utilisables. Les modèles de 60 et 90mm doivent être plus performants sur ce plan en plus du gain en résolution, mais les tarifs grimpent vite..., Pour les photographies, réalisées malgré un vent assez violent, j’ai adapté mon Coolpix 4500 en montage afocal derrière un oculaire de 24mm "William Optics DCL28" (photo-4). Le poids pourtant peu élevé du Coolpix semble être un maximum utilisable dans cette configuration imposant le renvoi coudé. J’aurais nettement préféré un filtrage secondaire droit, qui existe avec un diamètre utile de 30mm sous l’appellation BF30, mais encore plus onéreux Dommage ! De plus, je n’ai pas pu monter ma Barlow Televue x1.8 car le tirage s’est avéré insuffisant, encore dommage. J’ai rencontré le problème de sensibilité spectrale des capteurs numériques grand public qui sont systématiquement filtrés en infra-rouge, ce qui rend l’imagerie Ha délicate voir impossible à moins de faire un peu de chirurgie réductive qui consiste à opérer une ablation de ce foutu filtre IR, résultat non garanti !

Photo 6 : couche chromosphérique du Soleil.
Photo 5 : une protubérance.

En conclusion, j’ai eu le plaisir d’observer et d’imager le soleil en Ha avec un instrument performant mais non absent de défauts dont le premier est un prix très conséquent d’environ 3000€. L’instrument est un système complet qui permet sans soucis l’observation Ha , mais reste limité quant à ses prétentions d’imagerie. Dans ce cas, je préférerais plutôt un système à adapter sur ma lunette composé d’un filtre d’objectif (Solarmax 40, 60 ou 90mm) et ’un filtre secondaire droit type BF30, mais alors là, les prix deviennent prohibitifs allant jusqu’à plus de 7000€ pour le système de 90mm !

Photo 4 : montage pour APN.

Remerciement : je tiens à remercier Franck Valbousquet (Optique & Vision à Juan les Pins) qui a eu la gentillesse de me prêter ce matériel exceptionnel pour une semaine.

Ps : Après la rédaction de cet article, notre association a fait l’acquisition d’un PST (Personal Solar Telescope) de la firme Coronado. Il s’agit de la version "grand publique" du solarscope 40. Les résultas sont absolument bluffant ! voir Le PST : Personal Solar Telescope...


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