LESIA - Observatoire de Paris

DASOP puis LESIA : 40 ans de progrès en spectro-imagerie solaire

2021-06-25T08:04:18Z

La méthode de spectro-imagerie par Double Passage Soustractif Multicanal (MSDP en anglais) permet l'observation de profils de raies spectrales simultanément sur un champ à deux dimensions, avec haute résolution temporelle. L'absence de lissage par des largeurs de fentes permet une haute résolution spatiale, et la simultanéité des images pour toutes longueurs d'onde réduit les dégradations dues aux effets atmosphériques par rapport à la spectrographie à fente.

Cette méthode a été largement utilisée depuis 1977 sur 5 instruments : la Tour Solaire de Meudon, la lunette Jean Rösch du Pic du Midi, le « Vacuum Tower Telescope » allemand de Tenerife, le Grand Coronographe de Wroclaw et le télescope franco-italien THEMIS à Tenerife. Des progrès sur la résolution spectrale, sur le nombre de canaux et de raies simultanées, ainsi que sur des mesures de polarisation pour l'observation des champs magnétiques, ont été successivement réalisés. Quantité de structures solaires ont été étudiées, notamment des oscillations et propagations d'ondes, la dynamique de structures telles que les filaments (Fig.1), les éjections chromosphériques ou les éruptions. La grande rapidité des observations 3D obtenues avec les MSDP a permis de nombreuses campagnes d'observations coordonnées, notamment avec le radiohéliographe de Nançay, ainsi qu'avec les satellites SMM, Yohkoh, SOHO, TRACE, SDO et IRIS.


Fig. 1. Dynamique de filaments: Vitesses Doppler en rouge et bleu.
(MSDP du VTT allemand à Tenerife)


Fig. 2. Séparateur de faisceaux à miroirs: Résolution et couverture spectrales accrues.

En 2010, la fabrication de miroirs de très petite largeur (300 microns) a permis de remplacer les prismes par des miroirs dans les séparateurs de faisceaux situés au foyer du spectrographe, après le premier passage sur le réseau (Fig. 2). Un prototype appelé « Spectral Sampling with Slicer for Solar Instrumentation » (S4I) a été construit à la Tour Solaire de Meudon avec un grand nombre de canaux et une haute résolution spectrale. Une nouvelle méthode de polarimétrie, acceptant des champs spatiaux simultanés de plus grande largeur, a été également testée avec succès.

Les séparateurs à miroirs de type S4I sont utilisés dans le nouveau spectro-imageur SLED (« Solar Line Emission Dopplerometer ») actuellement en construction. Développé en collaboration entre le Royaume-Uni, la Pologne, la France et la Slovaquie, cet instrument compact est destiné à des missions d'éclipses et à des observations sur les grands coronographes de Lomnicky Stit et de Wroclaw. Il pourra enregistrer la dynamique et la propagation des ondes dans la couronne et les protubérances solaires, avec une grande rapidité et dans les profils de deux raies spectrales.

La nouvelle génération de MSDP serait très bien adaptée aux grands télescopes avec optique adaptative. Il est possible d'y rajouter des spectrographes indépendants pour les seconds passages soustractifs, afin de réduire la lumière diffusée. Un projet a été proposé pour EST. Des études sont en cours pour des grands télescopes nocturnes observant les galaxies ou les exoplanètes.

Publication

Mein, P., Malherbe, J. M., Sayède, F., Rudawy, P., Phillips, K. J. H., Keenan, F. P. (2021).
Four Decades of Advances from MSDP to S4I and SLED Imaging Spectrometers
Solar Phys., 296(2), 30. doi:10.1007/s11207-021-01766-9. ArXiv:2101.03918.

Recueil en hommage à Jacqueline Thouvay

2018-11-21T14:51:18Z

- Un peu d'histoire

Raymond Michard et son groupe de physique solaire à Meudon

2017-02-27T13:36:34Z

Le 15 février 2017, Pierre et Nicole MEIN ont donné un séminaire d'histoire de l'astronomie sur le thème "Raymond Michard et son groupe de physique solaire à Meudon". Le résumé et l'exposé de ce séminaire sont présentés ci-dessous.


Raymond Michard préparant la monture à Meudon pour l'éclipse du 30 juin 1954 à Ohland (Suède)

Raymond Michard (1925-2015) a débuté sa carrière comme chercheur au CNRS à l'Institut d'Astrophysique de Paris (IAP) dans le laboratoire de D. Chalonge en 1948. Attiré dès 1949 par la physique solaire, il profite de la collaboration des spécialistes d'atmosphères stellaires que sont V. Kourganoff et J-C. Pecker. Sa thèse (1953) est consacrée au spectre continu solaire, et à la physique des taches. Il est nommé astronome-adjoint en 1954. A. Danjon lui propose alors de succéder à L. et M. D'Azambuja à la tête du Service Solaire à Meudon. Il y développe une équipe de jeunes chercheurs autour d'instruments performants, spectrographes, héliographes et spectrohéliographes.

Il poursuit les observations systématiques solaires, s'intéresse à la couronne (éclipses de 1952, 1954, 1955) et aux structures fines que sont les spicules visibles au bord du disque. Pour bénéficier d'une grande qualité d'images, il fait transporter au Pic du Midi le spectrographe de 9m.

Par ailleurs, l'activité solaire et les éruptions ne pouvant se concevoir sans une mesure et un étude approfondies du champ magnétique, il développe le nouveau magnétographe de Meudon. Enfin, une collaboration avec J.W. Evans à Sacramento Peak lui apporte d'excellentes observations des oscillations de 5 minutes observées sur le disque.

En 1968, il devient directeur du Département d'Astronomie Solaire et Planétaire. Son équipe de physique solaire s'accroît et multiplie les collaborations, notamment avec les groupes de radioastronomie. Lorsque R. Michard est nommé Président de l'Observatoire de Paris en 1971, les projets qu'il a initiés sont poursuivis, notamment autour de la nouvelle Tour Solaire de Meudon et du spectrographe de la lunette Tourelle du Pic du Midi. La naissance du projet européen JOSO puis du projet THEMIS en 1975 marquent le début d'une nouvelle ère de collaborations internationales.

Nous arrêterons notre exposé vers les années 1980. Il est impossible de décrire en détails l'expansion remarquable que les recherches en physique solaire à Meudon doivent à Raymond Michard.

Exposé du séminaire

Publication

A la suite du séminaire de 2017, Pierre et Nicole MEIN ont publié un article dans Journal of Astronomical History and Heritage :

Mein,P. and Mein,N., 2020,
Raymond Michard and his solar physics group at Paris-Meudon Observatory
Journal of Astronomical History and Heritage, Vol. 23, No. 3, p. 582-600.

http://old.narit.or.th/en/files/2020JAHHvol23/2020JAHH...23..582M.pdf

Recueil en hommage à Jean-Louis Steinberg

2017-02-01T08:30:15Z

Jean-Louis Steinberg est décédé le 21 janvier 2016 à l'âge de 93 ans. Figure historique de l'Observatoire de Paris, fondateur de la Station de radioastronomie de Nançay, de la revue Astronomy & Astrophysics, et du "Service de radioastronomie spatiale" ancêtre du DESPA et du LESIA, Jean-Louis Steinberg a connu une carrière scientifique exceptionnelle.

Il a également consacré à la fin de sa vie, une grande partie de son temps à transmettre aux plus jeunes, dans les collèges et lycées, sa mémoire sur sa déportation à Auschwitz.

L'Observatoire de Paris lui a rendu hommage lors d'une cérémonie le vendredi 3 juin 2016, pour permettre à ses proches, ses amis, ses collègues de témoigner de l'héritage que Jean-Louis nous a laissé. Ce livre d'or numérique regroupe l'ensemble de ces contributions orales ainsi que les témoignages écrits des personnes qui ont connu Jean-Louis.

Un colloque scientifique, sur les thématiques scientifiques abordées par Jean-Louis Steinberg durant sa carrière, aura lieu du 6 au 10 novembre 2017, sur le site de Meudon de l'Observatoire de Paris. Pour plus de détails, rendez-vous vers le site https://jlsworkshop.sciencesconf.org/.

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Du DESPA au LESIA

2014-01-09T13:34:06Z

2002 : Naissance du LESIA

Le Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (LESIA) est né officiellement au début du nouveau millénaire, exactement le 1er janvier 2002. Sa naissance est le fruit d'une restructuration générale des laboratoires de recherche de l'Observatoire de Paris qui fait passer leur nombre de huit à cinq.

Installé au départ sur huit bâtiments du campus de Meudon, le LESIA est le plus gros laboratoire de l'Observatoire. Il résulte principalement de la fusion de deux anciens laboratoires, le Département de Recherche Spatiale (DESPA) et le Département de Physique Solaire (DASOP). Il a aussi bénéficié de la venue de l'équipe de planétologie du Département de Radioastronomie (ARPEGES), ainsi que d'une équipe de physique stellaire du Département d'Astronomie Stellaire et Galactique (DASGAL).

L'effectif total du LESIA, au moment de sa formation, est d'environ 200 personnes, dont environ 130 permanents et une trentaine d'étudiants en thèse ; cela en fait le plus gros laboratoire de la discipline. Il est dirigé par Jean-Louis Bougeret, assisté de deux directeurs-adjoints, Antonella Barucci et Didier Tiphène. Jacqueline Thouvay continue d'assurer la gestion administrative du laboratoire, comme elle l'a fait au sein du DESPA depuis plusieurs décennies.

La dernière décennie du DESPA

En janvier 1991, Michel Combes, alors directeur du DESPA, devient Président de l'Observatoire de Paris ; il succède à Pierre Charvin, décédé prématurément l'année précédente. En janvier 1992, Thérèse Encrenaz lui succède à la direction du DESPA ; Daniel Hubert reste directeur-adjoint et Jacqueline Thouvay responsable de l'administration. En 1995, le laboratoire regroupe environ 130 personnes dont une centaine de permanents. Il regroupe trois grandes composantes : Physique des Plasmas, Planétologie et Astronomie infrarouge et stellaire.

Pour chaque composante, la décennie 1992-2002 est marquée par des moments de grande joie mais aussi par des heures sombres.

Pour l'équipe de physique des plasmas, l'un de ces moments heureux est, en novembre 1994, le tir réussi du vaisseau spatial WIND de la NASA, destiné à l'étude du vent solaire ; il embarque l'instrument WAVES dont des sous-systèmes ont été livrés par le laboratoire.

Les planétologues, quant à eux, ont tiré un fort retour scientifique de la campagne d'observation de la collision de la comète Shoemaker-Levy 9 avec Jupiter en juillet 1994. En octobre 1997, ils célèbrent le lancement réussi de la mission Cassini-Huygens, sous responsabilité ESA-NASA, partie pour explorer le système de Saturne à l'horizon 2005 ; le laboratoire est impliqué sur une demi-douzaine d'instruments de l'orbiter et de la sonde qui doit se poser sur le sol de Titan.

Enfin, les astronomes se réjouissent du succès des premières expériences d'optique d'adaptative COME-ON, puis COME-ON+ et ADONIS (voir l'historique de l'Optique Adaptative au LESIA).


octobre 1997 : lancement de Cassini-Huygens à Cap Canaveral


Prototype COME-ON en laboratoire

En novembre 1995 a lieu le lancement du satellite européen Infrared Space Observatory (ISO) pour lequel le laboratoire a fourni une partie de la caméra ISOCAM ; son exploitation scientifique jusqu'à la fin de son opération en avril 1998, puis au-delà, sera spectaculaire tant pour les astronomes que pour les planétologues.


Image d'artiste du satellite ISO: Crédit ESA


Juillet 1999: Jacqueline Thouvay, Bob Manning, Michel Combes et Daniel Hubert

Les heures sombres, ce sont celles de l'année 1996 qui voit d'abord, le 3 juin, l'explosion au décollage de la première fusée Ariane 5 et la chute dans la mangrove de Guyane des quatre récepteurs construits par les plasmiciens du laboratoire pour la mission Cluster... Puis, en novembre 1996, la sonde russe Mars-96 est perdue peu après le décollage et s'enfonce dans le Pacifique. Nouveau coup dur pour le DESPA : cette fois les deux autres composantes du laboratoire sont touchées. Les planétologues perdent le spectro-imageur infrarouge OMEGA destiné à l'étude de Mars ; les astronomes perdent l'instrument de croisière EVRIS destiné à mesurer les oscillations stellaires !

Pour faire face à une situation si tragique, un grand pot est organisé, au cours duquel est annoncé le vœu de reconstruire et relancer chacune des trois expériences perdues. Bien sûr, la décision n'appartient pas au laboratoire, et tous les partenaires (CNES, ESA...) s'y mettront. Il est réconfortant de voir que dix and plus tard, les trois expériences fonctionnent avec succès : Cluster, relancé par l'ESA en 2001 ; OMEGA, à bord de Mars Express, lancé par l'ESA en 2003 ; enfin CoRoT, successeur d'EVRIS, lancé par le CNES en 2006.


CoRoT quelques instants avant son lancement par la fusée Soyuz II-1b sur le pas de tir du cosmodrome de Baïkonour: Cliquer pour agrandir
© Starsem, Ariane espace

Entretemps, le laboratoire a accueilli de nouvelles équipes, en particulier l'équipe de planétologie du CEA autour de B. Sicardy puis M. Fulchignoni, et l'équipe de physique stellaire autour de A. Baglin qui développera l'instrument EVRIS puis la mission CoRoT.

Devant le nombre élevé de laboratoires à l'Observatoire, ainsi que leur déséquilibre en taille, la direction de l'Observatoire, en la personne de Pierre Couturier, décide de leur restructuration en un nombre plus restreint d'unités. C'est Fabienne Casoli, vice-présidente du Conseil scientifique, qui coordonne l'opération ; celle-ci prendra de nombreux mois d'échanges et de discussions.

Le nouveau LESIA

Le groupement des laboratoires et des équipes autour du LESIA se fait d'abord sur une base de logique scientifique. Le LESIA s'affiche comme un laboratoire instrumental, orienté d'abord vers la recherche spatiale mais aussi vers les développements instrumentaux de pointe pour l'astronomie au sol. Il inclut aussi une très forte composante d'observateurs et de modélisateurs utilisant des données sol et espace, ainsi que des équipes plus ponctuelles de physique théorique. Trois rapprochements ne tardent pas à s'imposer.

Le premier concerne le Département de Physique Solaire (DASOP). Les travaux de ses chercheurs, axés notamment sur le champ magnétique solaire et les éjections de masse coronale, présentent des points de rencontre avec ceux de la composante Physique des plasmas du DESPA. De plus, le DASOP s'est investi depuis une dizaine d'années dans le développement de l'instrument DPSM (Double Passage Soustractif Multicanal), destiné au télescope solaire THEMIS qui doit entrer en service au début des années 2000. Les activités d'instrumentation sol du DASOP s'inscrivent ainsi dans l'un des axes prioritaires du LESIA.

Le second rapprochement concerne l'équipe de planétologie du laboratoire ARPEGES, autour de J. Crovisier et D. Bockelée-Morvan. Leurs collaborations avec les planétologues du DESPA sont anciennes, puisqu'elles remontent à l'exploration de la comète de Halley en 1986 ; elles ont connu un très fort développement avec l'exploitation des données cométaires du satellite ISO. Le rapprochement officiel ne fait qu'entériner une collaboration existante, et aura l'avantage de permettre le regroupement des équipes au sein d'un nouveau bâtiment, la nouvelle aile du bâtiment ISO (17), construit au début des années 2000.

Enfin, la composante de physique stellaire du DESPA se renforce avec l'arrivée d'une équipe issue du DASGAL, autour de M. Auvergne et E. Michel, dont le soutien sera précieux pour le développement de la mission CoRoT. D'autres chercheurs de physique stellaire les rejoindront un peu plus tard : le LESIA est né.


Les quatre pôles scientifiques du LESIA en 2002

Un peu d'histoire...

2014-01-09T13:33:12Z

Le LESIA est l'héritier d'une longue histoire qui débuta en 1963, lors de la création du Service de Radioastronomie Spatiale. La construction progressive du laboratoire, et les grands événements qui ont jalonné son histoire sont exposés ci-dessous.

Histoire du LESIA

Du DESPA au LESIA, Thérèse Encrenaz, 2014

Historique de l'Optique Adaptative au LESIA, Eric Gendron, 2012

DASOP puis LESIA : 40 ans de progrès en spectro-imagerie solaire , Pierre Mein, 2021

Hommages

Recueil en hommage à Jean-Louis Steinberg (janvier 2017)

Raymond Michard et son groupe de physique solaire à Meudon (Séminaire de Pierre et Nicole Mein, février 2017)

Recueil en hommage à Jacqueline Thouvay (octobre 2018)

Cinquantenaire du Service de Radioastronomie Spatiale

LESIA : 50 ans d'héritage spatial

Toutes les vidéos de la journée du cinquantenaire