Une manipe pour aborder l'astrophysique ! (mais pas le saxophone.. :-)
Durant le premier confinement, en Mars 2020, Philippe voulait se lancer dans un projet d'optique. Il avait à sa
disposition un monochromateur dont il n'avait pas l'utilité jusqu'à présent. Cet appareil permet de décomposer la
lumière grâce à un prisme. Il possède une échelle graduée permettant de connaitre la longueur d'onde à la sortie.
Cette manip a pour but de produire une image du soleil dans une seule longueur d'onde (une seule couleur).
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Pour commencer, nous allons expliquer certaines notions essentielles à la compréhension de cette page. La longueur
d'onde définit la distance entre deux sommets d'une onde.
La lettre Grecque "lambda" est associée à la longueur d'onde.
La lumière blanche est composée de toutes les longueurs d'ondes allant de 400 à 700 nanomètres.
Un prisme ou un réseau permet de décomposer la lumière et de faire apparaitre un spectre / arc en ciel.
Philippe a commencé par démonter, réviser puis à remettre en route le monochromateur Zeiss
Vue interne
Principe de fonctionnement
Il a ensuite transformé une
monture de LX200 (celle de la comète) qui nous permet de suivre
parfaitement le Soleil pour compenser la rotation de la
Terre. Cet appareil s'appelle un coelostat
Il
repose sur le même principe qu'un téléscope mais à la place du tube, il
y a un prisme d'Herschel qui permet d'atténuer la luminosité
du Soleil.
Le coelostat en place avec sa colonne porte miroir plan
Pour
pouvoir suivre le soleil, il a fallu mettre le coelostat en station par
la méthode de Bigourdan, car l'étoile polaire n'est pas visible à cause
de la tour du T430
Réglage méticuleux des vis de positionnement de la monture équatoriale, pour viser le pole vrai à quelques ' (minutes d'arc)
Une maquette en bois et carton a été réalisée pour bien assimiler le principe de positionnement de la monture.
Une autre maquette fonctionnelle à base d'une ancienne minuterie 24 H EDF a permis de valider le concept..
Pour se préparer à faire des images correctes du soleil, il a fallu s'entrainer sur un modèle à échelle réduite de la manipe
Le modèle comprenait le monochromateur, un moteur pour le déplacer et faire les scans, un objectif collimateur avec
la possibilité de régler seulement la mise au point
et une ampoule à fluorescence pour simuler le Soleil
Il manque encore des relevés !, négligence ?? ....
Puis nous avons amélioré
le système en ajoutant une caméra derière le monochromateur ainsi
qu'une table mobile à mouvements croisés (table XY)
qui nous permet de remplacer le moteur qui déplaçait le mono pour faire les scans et régler la mise au point.
Durant cette période, nous avons réalisé une multitude d'essais, ici un scan à 620 nm
Avec seulement 3 longueurs d'ondes 440-550-620 nm nous avons pu quasiment reconstituer la coloration de l'ampoule
Après cette session d'essai, nous avons entamé une procédure à grande échelle et avons poursuivi les travaux :
Trou dans le mur afin de laisser passer la lumière du soleil
L'image du Soleil est projetée sur la fente d'entrée ( 10µm ) par un objectif de 80 mm et 750mm de focale.
Installation du coelostat dehors
Déplacement du monochromateur, de l'objectif, de la table XY et de la
caméra dans le laboratoire sur un banc optique spécialement
fabriqué pour la manip
Nous avons par la suite
fait le spectre du Soleil avec le monochromateur, ce qui nous a permis
de calculer la résolution de ce dernier.Nous avons pu identifier les principales raies caractéristiques du spectre.
Après moulte péripéties sur differents logiciels tels que ISIS, I-spec ou Visual Spec, de Valerie Desnoux et Christian Buil
nous avons pu améliorer à nouveau la configuration de la manip en changeant complètement l'appareil d'analyse des longueurs d'onde.
Nous sommes passés du
monochromateur Zeiss au Sol'Ex (mais entièrement métallique) et
utilisons l'excellent logiciel INTI de Valerie Desnoux
A l'heure actuelle, la manipulation ne cesse de s'améliorer et des avancées sont toujours en cours : photos du
Soleil avec calcul et mesure de hauteur de protubérances.Par exemple voici une protubérance de 72 685,297 km de hauteur soit plus de 5 fois le diamètre de la Terre !
Le continum, on voit les taches solaires
Soleil infos :
masse: environ de 2^10*30 kg
diamètre: 1 392 684 km
distance Terre Soleil: environ 150 millions de km, cette distance est appelée une Unité Astronomique (UA).
Ce qui veut dire que la lumière reçue par le capteur de la caméra est partie il y a environ 8 minutes et 20 secondes.
Au même instant , mais dans la raie de l' Hydrogène dite H alpha.
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Et les projets de demain ?
La mise en place d'une fibre optique entre un de nos télecope (T500) et le monochromateur permettra de non pas
analyser le Soleil mais une étoile, un astéroïde ou une comète choisie au préalable. Nous pourons alors réaliser le
spectre de chaque objet voulu. Restez au courant ...
Merci à :
Gaël pour le texte, Luka, Lise, Jeremy, Eva, Jean-Baptiste pour les calculs et mesures.
Le sujet est vaste et le chemin difficile ! mais les notions seront acquises...
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