Instruments

En orbite, les instruments suivants seront placés sur le satellite Picard :

• SOVAP mesure l'irradiance solaire totale.
• PREMOS mesure l'irradiance spectrale dans quatre domaines spectraux et l'irradiance solaire totale,
• SODISM a pour objet de :
  
  • Mesurer le diamètre solaire et la forme du limbe à trois longueurs d'onde dans le continuum photosphérique en fonction de la latitude héliographique. Les longueurs d'onde retenues sont 535, 607, 782 nm dans les domaines spectraux excluant les raies de Fraunhofer.
  • Détecter les régions actives (facules et taches) susceptibles de perturber les mesures au limbe. La longueur d'onde retenue est celle de l'émission du CaII à 393 nm qui en outre sera utilisée pour la mesure de la rotation différentielle.
  • Etudier en relation avec PREMOS les effets de l'activité solaire sur l'irradiance spectrale et l'image du soleil à 215 nm.
  • Etudier l'influence des régions actives sur le diamètre.
  • Effectuer un sondage profond du soleil.

• Les instruments sont mis en œuvre par un ensemble d'électronique contenu dans un boîtier appelé PGCU (PICARD Gestion Charge Utile) qui contient toutes les fonctions nécessaires au fonctionnement des trois instruments : formatage de la télémesure, réception des télécommandes, système de régulation thermique, compression des images, séquencement des mesures, alimentation basse tension, gestion des sécurités, ...

Les caractéristiques générales des instruments et des mesures Picard sont les suivantes :

• SOVAP est constitué de 2 instruments : Le premier est le est un radiomètre différentiel absolu DIARAD (Crommelynck et Domingo, 1984 ; Dewitte et al., 2001 et 2004) qui mesure l'irradiance solaire totale (avec une précision de mesure de ± 0.1%). Cet instrument a effectué plusieurs missions spatiales sur la navette de la Nasa, la plate-forme EURECA et le satellite SOHO. Le principe de cet instrument consiste en deux cavités l'une chauffée directement par le flux solaire, l'autre chauffée par effet Joule, mais masquée du soleil par un obturateur. Lorsque les températures à l'intérieur des 2 cavités sont égales, l'énergie reçue du soleil se déduit de la mesure du courant de réchauffage de la cavité masquée. Des termes correctifs liés aux fuites thermiques et à la surface de chaque pupille d'entrée doivent être mesurés avec précision. Chaque cavité possède un obturateur permettant d'exposer chaque cavité alternativement au soleil. Le second instrument est le capteur bolométrique BOS (BOlometric Sensor) qui mesure les variations de l'irradiance solaire totale avec une fréquence de mesure de 10 secondes (alors que DIARAD effectue une mesure absolue toutes les 3 mn). Les 2 mesures combinées permettent de mesurer l'irradiance solaire totale avec une résolution temporelle améliorée.

Instrument SOVAP

• PREMOS mesure aussi l'irradiance solaire totale. L'instrument utilise le même principe, mais diffère par plusieurs détails, en particulier son mode opératoire pour lequel une seule cavité est exposée au soleil. Ce radiomètre a effectué plusieurs missions spatiales dont celle à bord de SOHO (Fröhlich et al., 1995 ; Fröhlich et al., 1997). PREMOS mesure aussi le flux solaire dans 5 canaux : deux dans l'UV correspondants aux domaines spectraux caractéristiques de la photochimie de l'ozone, un dans le visible et deux dans l'infrarouge. Ces mesures seront utilisées pour des mesures héliosismologiques et mises en relations avec celle de SODISM aux mêmes longueurs d'onde. Depuis 1978, deux radiomètres ou plus ont toujours été en orbite, et les missions ont eu des périodes de chevauchements pour assurer la continuité et la comparaison des mesures. PICARD utilisera les radiomètres dans la configuration de l'instrument VIRGO à bord de SOHO.

Instrument PREMOS

• SODISM est un télescope de 11 cm de diamètre doté d'un CCD de 2048x2048 pixels utiles. La précision relative des mesures pour atteindre les objectifs scientifiques est de quelques millisecondes d'arc à 3 par image. L'incertitude est essentiellement liée à la pixellisation. Son effet sera diminué par intégration (par orbite, par jour,...) en raison des constantes de temps attendues du développement de l'activité solaire, permettant d'atteindre notre objectif d'une milliarcseconde.
  La précision attendue des mesures repose sur une très grande stabilité dimensionnelle qui est assurée par l'utilisation de matériaux stables (Invar et carbone-carbone pour la structure, Zerodur pour les miroirs) et une régulation thermique précise (1°C) de l'ensemble de l'instrument. Le détecteur sera aussi régulé en température (0.1°C) afin que la dimension des pixels demeure constante. Néanmoins, pour pallier toute évolution des caractéristiques métriques de l'instrument, une référence angulaire a été incluse dans l'instrument. Quatre prismes sont utilisés formant quatre images auxiliaires placées dans chaque coin du CCD. La distance entre un point du limbe de l'image solaire centrale et le point correspondant de l'image secondaire ne dépend que de l'angle du prisme et de la température qui sera mesurée avec la précision appropriée. Ces mesures permettent de contrôler la relation entre la distance angulaire de deux points sur le Soleil et la distance de leur image sur le CCD (voir schéma optique). Le diamètre solaire sera référencé aux distances angulaires de doublets d'étoiles afin que les mesures qui seront effectuées dans quelques décennies référencées aussi aux mêmes doublets, permettent d'évaluer l'évolution à long terme de notre astre. Ces doublets ont été identifiés grâce au catalogue Hipparcos. Leurs positions devront être corrigées de leur mouvement propre grâce à l'utilisation des futures missions astrométriques.

Instrument SODISM

Instruments de mesures sol

Certaines mesures modernes effectuées du sol montrent des variations contradictoires de diamètre en fonction de l'activité solaire comme cela a été détaillé dans la section "Science". C'est pour éviter l'influence de l'atmosphère que des mesures seront mises en œuvre en orbite. Néanmoins, il convient de comprendre et d'interpréter les mesures au sol qui constituent la plus longue série actuellement disponible. C'est pourquoi un important programme de mesures au sol est associé à l'opération spatiale avant, pendant et après la mission PICARD. Nous avons à cet effet déjà développé un programme de transfert de rayonnement à travers l'atmosphère terrestre qui sera validé par la comparaison des mesures simultanées en orbite et au sol.

Les mesures au sol seront réalisées par les instruments suivants placés sur le plateau de Calern (Sud de la France) dépendant de l'Observatoire de la Côte d'Azur (OCA) :

• l'astrolabe de Danjon, DORAYSOL (Définition et Observation du RAYon Solaire, Delmas, 1999) et la réplique de l'instrument spatial (SODISM II) pour la mesure du diamètre solaire,
• un télescope pour caractériser la turbulence atmosphérique (MISOLFA),

Cet ensemble d'instruments appelé PICARD-SOL permettra de comprendre l'altération du limbe solaire par la traversée des photons au travers de l'atmosphère, par comparaison avec les mesures en orbite. Il permettra après la mission PICARD de poursuivre les mesures au sol avec la possibilité de les interpréter, en principe, sans ambiguïté.

Vue du site de Calern où sont placés
les instruments au sol de la mission PICARD