31 Juillet 2014

Instrument MISOLFA

Les objectifs :

Lorsqu'une mesure optique est effectuée du sol, les photons issus d'une source comme une étoile ou le soleil subissent les effets de la diffusion par les molécules de l'atmosphère et les effets de la turbulence.
Ces effets conduisent à un étalement du bord solaire et peuvent affecter sa valeur ainsi que ses variations.
C'est pourquoi, l'objectif de MISOLFA est, dans un premier temps, de préciser et de quantifier les effets de la turbulence atmosphérique sur la mesure au sol du diamètre par les instruments DORaySOL et SODISM II et, dans un second temps, de valider les méthodes de correction de ces effets perturbateurs.

Pour cela, l'instrument MISOLFA mesurera l'ensemble des paramètres optiques permettant de qualifier les conditions d'observation dans lesquelles seront réalisées les mesures. Ces paramètres sont le paramètre de Fried r0, l'échelle externe de cohérence spatiale L0, le domaine d'isoplanétisme 0, le(s) temps caractéristique(s ) d'évolution du front d'onde 0 et le profil vertical de la turbulence Cn2(h) .

Principe de l'instrument MISOLFA

La conception de MISOLFA est fondée sur l'analyse statistique des fluctuations des angles d'arrivée définis comme la pente en chaque point du front d'onde dégradé arrivant sur la pupille. Dans le cas des conditions diurnes, ces fluctuations sont mises en évidence à partir de l'observation du bord solaire. Pour cela, deux voies de mesures (voir schéma optique) sont prévues :

  • a voie directe où l'image du soleil est formée sur une caméra CCD avec le grandissement approprié. Cette voie permet l'estimation des paramètres de cohérence spatiale du front d'onde (paramètre de Fried, échelle externe et domaine d'isoplanétisme) ainsi que les profils de turbulence.
  • la seconde voie (voie pupille) qui consiste à former l'image de la pupille à travers un diaphragme placé au bord solaire, sert au moyen de capteurs photoélectriques (photodiodes) à estimer les paramètres temporels du front d'onde.

L'instrument qui est en cours de construction, sera placé sur le plateau de Calern (France).

Mise en œuvre du programme MISOLFA

Une étude par simulation numérique du comportement du point d'inflexion du bord solaire (position, précision ...) en fonction des conditions d'observation est entreprise. Cette étude prendra en compte l'effet des paramètres optiques (paramètres r0 et L0) mesurés par MISOLFA ainsi que l'effet induit par chaque couche turbulente présente lors des observations (profil de turbulence Cn2(h)).
La détermination du diamètre nécessite la mesure de l'intensité lumineuse en des points diamétralement opposés de l'image du solaire, qui ont subi des perturbations a priori indépendantes dues à l'atmosphère. Afin de confirmer ou d'infirmer cette hypothèse, une étude spécifique analysera les corrélations basses fréquences (liées à L0 et à 0) pouvant éventuellement persister en ces points, ainsi que leurs effets sur la mesure du diamètre.

Les résultats de ces études permettront d'aborder l'objectif suivant qui est l'élaboration de modèles pouvant expliquer les effets induits par la turbulence sur les mesures au sol. Ces modèles sont nécessaires pour évaluer les effets induits par la turbulence atmosphérique et les corrections éventuelles à apporter aux mesures. L'application des diverses corrections déduites des simulations numériques se fera ensuite aux données issues de DORaySOL lorsque MISOLFA observera à ses côtés (2006 - 2007), puis à celles de SODISM II (2008 et plus tard).

La dernière étape sera mise en œuvre après le lancement du satellite Picard lorsque les mesures du diamètre solaire hors atmosphère seront disponibles. Elle consistera à appliquer les corrections envisagées aux mesures au sol, à les comparer aux mesures en orbite pour valider ces corrections et évaluer leur efficacité.