L'observation du soleil - Technique et matériel

Introduction

De nombreuses solutions existent afin d’observer le soleil en toute sécurité. Elles ont toutes des avantages et des inconvénients. Voici un liste exhaustive au presque (faites nous des retours) de ce qu’il est possible d’utiliser.

Le Projet

Article en cours de rédaction.

L’observation du soleil est dangereuse car notre astre est très puissant. Le regarder en direct peut endommager la rétine irrémédiablement. Et l’observer avec des instruments d’optique avec un pouvoir de grossissement plus ou moins important, n’en parlons pas ! Il est possible d’enflammer du papier en quelques secondes, de percer les capuchons en plastique d’oculaire, etc.

Plusieurs solutions s’offrent à nous pour observer le soleil sans risque et profiter des fascinants détails de son activité. Selon les conditions et le matériel, nous pourrons observer les tâches solaires, les facules, les proéminences, les filaments et la granularité de la photosphère. La physique su soleil et la description de ces structures observables ne font pas partie du sujet de cet article. Vous pouvez trouver une description succincte des détails solaires à observer sur ce site : https://www.celestron.com/blogs/kno...

Les méthodes indirectes

L’objectif de ces méthode est de ne par regarder le soleil « face à face », mais par des astuces optiques.

Il est possible par simple effet optique de faire passer le soleil par un petit trou et il va se former en arrière, mais agrandi par rapport au trou. On peut réaliser un tube à projection avec du calque sur le plan image d’un côté, et une feuille ne laissant pas passer de lumière, mais avec un petit trou, de l’autre côté du tube. En pointant le soleil avec la face muni du petit trou, nous pouvons observer le soleil de l’autre côté du calque, celui-ci agissant comme un filtre. C’est le principe du sténopé. Plus le trou est petit, moins l’image est floue et plus la taille du tube est grande, plus il y aura un effet grossissant (image 1). Également,plus la feuille dans laquelle est fait le trou est fine, plus l’image sera de bonne qualité. Il n’est pas toujours facile de trouver les bonnes dimensions entre la longueur et le diamètre du tube, et l’observation n’est pas toujours valorisable.

Image 1 : A gauche, schéma optique du sténopé avec un trou surdimensionné, au milieu, schéma optique d’un sténopé correct, à droite, exemple.

Futura Science détaille très bien les paramètres sur lesquels on peut jouer avec un sténopé. Les voici :
Taille de l’image : la taille de l’image est proportionnelle à la distance trou-écran. Plus on éloigne l’écran du trou, plus l’image grandit. La taille de l’image est inversement proportionnelle à la distance trou-objet. Plus le trou est proche de l’objet, plus ce dernier apparaît plus grand sur l’écran.
Luminosité : la luminosité de l’image est inversement proportionnelle au carré de la distance trou-écran. Quand on double la distance, l’image est quatre fois moins lumineuse. La luminosité dépend également de la taille du trou (plus le trou est petit plus elle diminue).
Définition : plus la taille du trou diminue, plus la résolution s’améliore. Au-delà d’un certain seuil, il se produit toutefois un phénomène de diffraction avec dégradation de la résolution. Dans la pratique, il est donc impossible d’obtenir un simple point sur l’écran, mais au mieux une toute petite tâche appelée cercle de confusion. Le diamètre optimal du trou est égal à environ 0,036 x racine carrée de la focale (en millimètres).(Futura Science)

Le sténopé est très simple à mettre en place et on ne regarde pas le soleil directement, cela limitant les risques. Cependant, il est difficile d’observer des détails sur le soleil.

http://www.sunguntelescope.com/BIG_...

On peut également utiliser une lunette afin de projeter le soleil en arrière. Le principe est d’utiliser l’oculaire comme loupe.

Le principe optique est explicité ici et illustré sur l’image 2.

Tout d’abords, un peu d’optique...

Il est conseillé d’avoir l’image projeté dans un espace sombre et homogène, afin de voir des détails du soleil. Il est possible d’acheter un objet déjà calibré : le solarscope (image 2 droite).

Image 2 : Principe optique d’une lunette / Principe optique de la projection / Solarscope

La projection est assez simple à mettre en place à condition de respecter les principes d’optiques. Il est possible d’observer à plusieurs la projection. On peut voir les tâches solaires, mais il difficile de voir plus de détails. L’inconvénient est que la lumière du soleil arrive en directe dans le tube, attention à ne pas regarder dans la lunette et au chauffage intense de l’intérieur du tube.

Nota Bene : Toutes les options qui laissent passer les rayons du soleil dans le chemin optique sont sujettes à caution. Les rayons lumineux sont non seulement bien présents mais plus puissants puis focalisés. Les éléments en plastique peuvent fondre et le tube être endommagé. C’est aussi pour cette raison qu’il est déconseillé d’utiliser un télescope pour la projection et les systèmes de filtre en arrière de la focale. D’autant plus que le côté concave du miroir primaire concentre encore plus les rayons solaires.

Une méthode un peu plus technique, le sidérostat, et donc dans notre cas, l’heliostat. Le principe est d’avoir une monture qui assure le suivi de la cible (le soleil), supportant un miroir qui renvoie la lumière du soleil vers le reste de l’instrument optique, qui lui, est fixe. Cela permet de projeter le soleil dans une pièce par exemple (image 3). Il y en a un en fonctionnement à Saint-Michel l’Observatoire.

Image 3 : Siderostat conçu pour l’exposition universelle de 1900

Enfin, on pourrait citer le spectromètre, qu’il est possible de réaliser facilement avec des plans Creative Commons. Mais nous observons alors uniquement les bandes d’émissions du soleil (image 4).

Image 4 : Réalisation et utilisation d’un spectromètre de poche

Méthodes directes

Vous l’avez compris, on ne regardera pas le soleil « directement », mais avec des filtres. Ils peuvent être de différentes sortent et d’usages différents. Nous verrons :
Les lunettes
Les filtres à rajouter à son matériel
Les instruments spécifique pour le soleil

Les lunettes

Les outils le plus facile d’accès sont les lunettes pour éclipse. Attention à vérifier qu’elles n’ont pas été endommagées entre les observations.

D’une manière générale, une façon rapide et assez efficace de vérifier la qualité d’un filtre et son support, est : tenir l’objet à bout de bras et jeter un coup œil fugace à l’intérieur afin de vérifier qu’il n’y ait pas de détérioration majeur. Puis, en continuant à le tenir à bout de bras, vérifier qu’il n’y a pas de prise de lumière. Une fois que nous sommes certains à 130% que tout est en bon état, alors on peut y aller !

Il est également possible d’utiliser des lunettes de soudeurs.

Pour pousser l’observation et contempler plus de détails, il est possible d’utiliser des filtres sur des lunettes astronomiques et des télescopes. Cela permet d’avoir accès à des détails plus prégnants de la surface du soleil, voire de la couronne.

Les filtres à rajouter à son matériel

Plusieurs types de filtres existent. Des filtres pleine ouverture, c’est à dire qui se positionnent sur toute l’ouverture du tube ; des filtres hors-axe, c’est à dire sur seulement une partie de l’ouverture du télescope ; et enfin un système optique niché dans un renvoie coudé.

Systèmes pleine ouverture
Le filtre le plus utiliser et le filtre BAADER Astrosolar qui laisse passer 1/100000^e de la luminosité du soleil. Il peut être acheter en feuille et bricolé pour faire un cache et le positionner sur l’instrument (image 5).

Image 5 : Filtre fabriqué « maison » et une photo brute faite avec. Et à droite le conditionnement des filtres.

Il existe aussi des supports préconçus pour positionner la feuille de filtre ou déjà avec le feuillet BAADER (Image 6).

Image 6 : Support pour positionner le filtre / Support avec filtre (image du site pierro-astro

Ces filtres offrent une image du soleil en noir et blanc et permettent de détecter les tâches solaires et les structures autour, la granulation de la photosphère, et les facules. Les avantages de ces filtres sont leur grandes polyvalence car ils s’adaptent à tous les instruments. Ils permettent une observation en sécurité de la plupart des particularité du soleil. Et tout ça pour un pris modique. En revanche, ils restent fragiles. Il est donc nécessaire de bien vérifier leur état à chaque utilisation. Ils ne ne permettent pas d’observer les protubérances et les différentes structures de la couronne.

Dans la même veine, il y a les filtres en verre. Plus robuste, il donne une couleur plus chaude au soleil, et offrent les mêmes avantages et inconvénients en terme de structures solaires à observer (image 7). Ils sont plus chers, mais plus résistants que les filtres BAADER sous forme de feuillet. Il y a également un nouveau produit (depuis 2015) qui pourrait avoir une meilleure expérience visuelle que les filtres en verres. Il est fabriqué aux Etats-Unis et s’appelle Eclipsmart.

Ces filtres peuvent être de deux densités différentes : ND 5 pour le visuel (et le photographique) et ND 3.8 pour la photographie. Dans ce dernier cas, l’observation visuelle n’est pas possible (sans préjudices majeurs).

Dernier dispositif, la lumière peut être filtrée après le tube, à travers un prisme spécial : le prisme de Hershell. Le principe est que le prisme renvoie seulement une petite partie de la lumière vers l’oculaire, l’autre partie étant renvoyer vers une pièce en céramique, permettant de dissiper la chaleur (image 7).

Image 7 : Filtre verre / Prisme de Hershell / Filtre Hors axe (images site pierro-astro)

Le prisme de Hershell offre une image du soleil en couleurs naturelles, avec des détails très fins. Cependant, il est nécessaire de rajouter un filtre supplémentaires pour l’observation directe, et de nouveau, comme il est positionner en arrière du grossissement optique, l’intérieur du tube peut chauffer. Voir note plus haut pour plus de précisions.

Systèmes hors axe
C’est une solution qui consiste à positionner le filtre BAADER au niveau du petit cache amovible du grand cache, ce qui pour les télescopes signifie être hors axe principal (image 7).

Les avantages et inconvénients sont les mêmes que pour les filtres pleine ouverture. C’est recommander pour les télescopes (à cause du miroir secondaire je suppose)$.

En plus de ces filtres, il est possible de rajouter des filtres pour observer certaines longueurs d’onde du soleil. Et pour la photographie, souvent on filtre moins que pour l’observation directe, et il suffit de fixer le capteur à l’emplacement habituel. Ensuite, la technique est proche de l’imagerie planétaire, notamment de Jupiter pour la rapidité de rotation. On va prendre plusieurs clichés, voire une vidéo, et on va empiler le tout pour gagner en résolution. A détailler, peut être qu’il y a d’autres technique et d’autres logiciels.$

Les instruments spécifique pour le soleil

Observer le soleil est souvent une histoire de filtre. Un bon compromis et de limiter la lumière du soleil à la bande d’émission de l’Hydrogène ionisé. C’est ce que fait le Coronado. Le champ de vision est assez limité et ce n’est pas toujours facile pour un public non averti de prendre du plaisir à l’observation. Cependant, il est possible de voir les tâches, la granularité, et des détails de la couronne. Nous parlons du Coronado déjà ici :
https://www.osi-univers.org/Le-Coro...
Il est conçu pour être utilisé sur pied photo, mais c’est beaucoup plus confortable de le mettre sur une monture, qui plus est, motorisée ! Image

Lunette Lunt

Quid du chercheur

Prise d’images avec notre télescope

Tuto en mode en vraiment rapide et efficace.

Pour mieux comprendre le logiciel Autostakkert

Un autre niveau, les télescopes spatiaux

Ressources

https://www.celestron.com/blogs/kno...
https://observations-solaires.obspm...
https://www.stelvision.com/astro/ob...
https://www.astronomy.com/astronomy...
http://www.astrosurf.com/gfoes/manu...

Liste impressionnante de tests, de filtres et de matériel pour l’observation du soleil :
http://www.astrosurf.com/jiaifer/pa...