Demande credits INSU : CSA +PNs

Surveillance Solaire à Calern
T. Corbard Novembre 2014
Le contexte scientifique est celui de la surveillance solaire sur le long terme et de la météorologie de
l'espace à partir des moyens sols venant en complémentarité des missions spatiales. La surveillance
solaire à Calern a été délabellisée par l’INSU en 2014.
Objectifs :
Le projet comporte deux volets :
•D’une part la poursuite du programme d’astrométrie solaire par imagerie directe mené depuis
2011 à l’OCA (PICARD-SOL) en partenariat avec le LATMOS et le CNES (jusqu’en 2013).
L’objectif est d’étudier les variations à moyen ou long terme du rayon solaire et ses
éventuelles corrélations avec le cycle d’activité ou les variations d’irradiance. La capacité
d’observations en images pleines multi longueurs d’onde de l’UV à l’IR avec une cadence de
1 mn et avec un instrument stabilisé est par ailleurs unique en son genre et permet un suivi du
développement de l’activité photosphérique et chromosphérique.
Exemple d’image à 393 nm obtenue à Calern par l’instrument SODISMII
https://solar-physics.oca.eu/spip.php?article412
•Un nouveau projet en partenariat avec l’observatoire de Meudon d’un télescope H-alpha pour
la surveillance de l’activité solaire à la fois pour la recherche et pour ses applications en
météorologie de l’espace (prévisions et suivi de l'activité par l'Armée de l'Air) par le biais de la
détection des phénomènes solaires rapides et transitoires:
oles instabilités des filaments solaires, les filaments éruptifs étant pour partie associés au
déclenchement des éjections de masse coronale (CME)
oles éruptions solaires, également associées aux CME
o les ondes chromosphériques de Moreton, associées également à l’onde coronale dont
la contrepartie apparaît dans la basse couronne en rayonnement radio et dans la haute
couronne blanche dans les observations coronographiques (SOHO LASCO).
Tout programme concernant le lien entre l’activité solaire et l’environnement terrestre doit
impérativement inclure plusieurs systèmes d’observations au sol tournés vers le soleil,
permettant de recueillir des informations régulières et homogènes, avec un minimum de
perturbations climatiques ou de « seeing ». La raie Halpha est la raie la plus adaptée pour
surveiller les phénomènes solaires dès leur naissance, bas dans l’atmosphère solaire, dans la
chromosphère, à la source de l'activité solaire.

Situation dans le contexte national/international :
•Pour le programme d’astrométrie solaire, le domaine reste d’actualité puisque nous pouvons
compter une dizaine de publications sur le sujet à partir de données spatiales
(SoHO,SDO,RHESSI, PICARD) dans seulement les quatre dernières années. La difficulté et
le challenge en astrométrie, comme en radiométrie (suivi de l’irradiance totale et spectrale) est
d’établir une série à long terme, cohérente et calibrée sur le long terme, pouvant donner des
indices d’évolution séculaire de notre étoile. Pour la radiométrie, les observations au sol ne
sont pas possibles et les débats concernant le raccordement et l’inter-calibration des mesures
des différentes missions spatiales sont toujours d’actualité. Pour l’astrométrie, les difficultés
rencontrées pour calibrer les images PICARD et leur évolution dans l’environnement spatial
basse orbite n’a pas encore permis de conclure sur une éventuelle variation du rayon durant
les 3 ans où le satellite a été en opération (2010-2013). Les missions spatiales permettent
cependant d’établir des points de référence, notamment lors du dernier transit de Venus
(Meftah et al. 2014a, Hauchecorne et al. 2014) et permettent une mesure précise de
l’asphéricité solaire (Irbah et al.2014). Coté sol, l’astrométrie est possible mais compliquée par
les effets atmosphériques, principalement les effets de la turbulence optique. Le programme
d’astrométrie initié en 1974 à l’OCA à partir d’astrolabes a ainsi été poursuivi à partir de 2011
par un programme d’astrométrie par imagerie directe basée sur l’utilisation du modèle de
qualification de PICARD/SODISM accompagné d’un moniteur de turbulence dédié. Les
premiers résultats ont été publiés en 2014 (Meftah et al. 2014b) et montrent que la très bonne
stabilité de ces mesures permet d’envisager la poursuite d’un suivi sur le long terme au sol par
cette méthode.
•Pour le projet METEOSPACE, des observations solaires Halpha sont réalisées à Meudon
depuis longtemps; néanmoins, si ce site est parfait pour obtenir quelques images par jour, il ne
permet pas (raison climatique) de suivre l'activité solaire en continu. La seule station
européenne réalisant des observations continues en Halpha est GONG, aux Canaries. La
possibilité d'installer cette instrumentation à CALERN/OCA avec une équipe scientifique et
technique locale sur une plateforme d’observations solaires existante est une opportunité
unique à saisir en Europe continentale en complémentarité totale avec Nançay pour la
radioastronomie.

Méthodologie
•Pour le programme d’astrométrie, il s’agit d’imagerie directe du Soleil entier (1 seconde d’arc
de résolution), multi-longueur d’onde du proche UV au proche Infra Rouge (393nm(CaII),
535nm, 607nm, 782nm ,1025nm) avec un télescope de 11cm (SODISM2) confiné dans un
environnement contrôlé et stabilisé en température et pression, accompagné d’un ensemble
d’instruments (Pyranomètre, Caméra grand champ, moniteur de turbulence) pour le
monitoring de l’atmosphère. Les traitements incluent la prise en compte de la réfraction, de la
distorsion instrumentale, des effets de la turbulence optique ainsi que des calibrations
périodiques sur des doublets d’étoiles.
•Le projet METEOSPACE nécessite une haute résolution temporelle inégalée à ce jour en
Europe (10s), un site ensoleillé et une bonne qualité d'image. Il doit fonctionner de concert
avec des instruments à haute résolution temporelle et aux longueurs d'onde complémentaires,
permettant de voir la progression des phénomènes vers la couronne, dont le Radiohéliographe
de Nançay.L’instrument principal observera à CALERN/OCA dans la raie Halpha, ce site
bénéficiant de l'ensoleillement nécessaire. C’est dans cette raie que la matière froide des
protubérances et des filaments est la mieux détectée, ainsi que les corridors dans lesquels se
condense cette matière. Ces corridors tracent les lignes d’inversion du champ magnétique.
Près de 72 % des filaments éruptifs sont associées à des CME. Ces filaments s’élèvent
graduellement dans les heures qui précèdent le déclenchement de nombreux CME puis le
système protubérance/CME s’accélère brutalement pour atteindre des vitesses excédant
plusieurs centaines de km/s. Les conditions climatiques médiocres des sites d'Europe
continentale, font que cette phase de déclenchement a été rarement étudiée en Halpha, à la
source de l'activité chromosphérique à 8000K, car elle nécessite une observation continue. De
nombreuses observations spatiales (SOHO puis SDO) sont menées en HeII 304 A (EUV) dans
le domaine complémentaire des températures de la transition chromosphère/couronne (80 000
K), mais la matière froide et dense y est invisible.
Des ondes de choc Moreton Halpha ont été détectées pour certains de ces grands CME. Elles
représentent la trace au niveau chromosphérique des ondes de choc coronales détectées en
radio (sursauts de type II). Leur observation nécessite une cadence très rapide (10 s car elles
balaient le disque solaire en 10 minutes), les résultats acquis reposent sur un nombre de cas
très limités. Moins de 5 évènements ont pu être étudiés conjointement avec des observations
d’imagerie radio. Observations conjointes Halpha et imagerie radio avec le Radiohéliographe
de Nançay permettent de suivre spatialement et temporellement l’évolution de ces
phénomènes. Pour les quelques cas observés, il apparaît que ces ondes de choc « encerclent »
le CME. Elles sont donc d’excellents traceurs de l’ouverture du champ magnétique coronal et
de l’expansion en latitude des CME. Vu la rareté des observations, on ne peut généraliser un
tel scénario, l’origine de ces ondes de Moreton et des chocs coronaux étant encore
controversée.
Ces résultats, loin d’être définitifs, démontrent bien l’importance que revêtrait un programme
d’observations continues avec une cadence temporelle inégalée de 10 s pour les applications
de météorologie de l'espace, le suivi et la prévision de l'activité solaire.
•Les deux projets sont complémentaires dans la mesure ou les images de SODISM et
notamment celles prisent dans la basse chromosphère (Ca II) permettent un suivi des zones
d’activité chromosphérique. Les divers moniteurs atmosphériques équipant le site ainsi que
tous les outils développés pour leur exploitation sont également un atout important pour
l’assimilation et le traitement temps réel des informations que nécessitera le projet
METEOSPACE. Enfin toute l’infrastructure et l’informatique sur place pourront être
mutualisées pour l’ensemble des instruments.