Construire un
Spectrohéliographe amateur. Construction of an amateur Spectrohéliograph.
Fig0
Lorsque j’ouvre une revue d’astronomie qui présente une photo monochromatique du Soleil, je suis toujours émerveillé par la richesse des détails de la chromosphère. Ces photos n’ont qu’un lointain rapport avec les images prises derrière un filtre solaire à l’ouverture. Dans le meilleur des cas, en imagerie classique, deux ou trois taches minuscules égratignent à peine un soleil désespérément lisse.
Pour avoir du spectacle il faut regarder le soleil en lumière monochromatique à 656 nanomètres.
En l’année 2001, je me suis intéressé à une solution simple pour observer le Soleil en H-alpha. L’astronome amateur, intéressé par la vision des perturbations magnétiques des couches supérieures du Soleil, n’a, à cette époque, que la possibilité d’acheter un filtre de bande passante réduite. Ce filtre doit être monté à l’arrière d’un télescope. Cette solution permet des observations magnifiques.
Malheureusement, le prix de ces filtres, égal le prix d’un bon télescope de 200mm!
Après de nombreuses réflexions, j’ai envisagé de construire un Spectrohéliographe de poche.
(I thank much Ken Harrison for his translation.)
When I
open a magazine of astronomy that has a monochromatic image of the sun, I am
always amazed by the richness of the detail in the chromosphere. These photos are a far cry from the images taken with
a White light solar filter. In the most cases, conventional imaging only shows
two or three tiny spots against the smooth solar background.
To see the real detail you must observe the sun in monochromatic light at
656 nanometers (H-alpha).
In 2001, I became interested in developing a simple way to observe the
Sun in H-alpha. The amateur astronomer interested in the observing of magnetic
disturbances in the upper layers of the Sun, was at that time, limited to using
a sophisticated narrowband H-alpha etalon filter (i.e. Daystar). These filters were mounted at the
rear of a telescope which also had to be fitted with an energy rejection filter
(ERF) at the objective. This solution allowed
detailed observations of the Sun.
Unfortunately, the price of these filters, was equal to the price of a
good 200mm telescope!
After much thought, I decided to
build a pocket sized Spectroheliograph.
Pour l’histoire, en France, à la fin des années 1800; M. Janssen et M. Lockyer obtenaient déjà des images des protubérances du bord du disque solaire, mais pas d’image du soleil en entier.
Le spectrohéliographe a été inventé en 1892, par M. Hale aux Etats Unis (Yerkes) et conjointement par M. Deslandres en France (Paris) Celui-ci installe son spectrohéliographe à Meudon. A l’époque cet appareil très lourd remplit une salle entière !
For the record, in France, in the
late 1800s, Janssen and Lockyer already obtained images of the H-alpha
prominences around the solar disk but not the full disk of the sun.
The spectroheliograph was invented in 1892 by George Hale in the United States
(Yerkes) and jointly by Mr. Deslandres in France (Paris) Deslandres installed a
spectroheliograph at Meudon Observatory. At the time this unit was very heavy
and filled an entire room!
Peut-on de nos jours, pour le prix d’un filtre solaire à l’ouverture, faire un montage qui permette de voir les protubérances, les filaments et les facules? La réponse est oui, si, comme moi, vous avez gardé votre vieux matériel d’astronomie inutilisé ! Petit détail, il faut également disposer d’un ordinateur et d’une Webcam. Mais cela est maintenant, un matériel que tout astronome possède !
Is it
possible today for the price of a White light solar filter, to build a system
which allows you to see the prominences, filaments and faculae? The answer is
yes, if like me, you kept your old unused astronomy equipment! You’ll also need
a computer and a webcam. But that’s all you need; equipment that most
astronomers already have!
Je vais vous raconter mon histoire avec le Soleil :
Mon premier achat astronomique a été une lunette de
Je n’ai pas jeté ce matériel optiquement bon, en pensant l’utiliser un jour à d’autres tâches.
Ma première lunette ayant eu un blocage de sa crémaillère j’en avais même acheté une deuxième !
I'll tell
you my story with the Sun:
My first purchase was an astronomical telescope of
En 2001 la spectroscopie solaire me tente. Je confectionne un petit spectrographe solaire autour d’une optique photographique et d’une des lunettes.
In 2001
solar spectroscopy tempted me. I made a small solar spectrograph based around
the telescope and camera optics.
J ‘utilise cette lunette, retournée, comme collimateur. Le système de mise au point, permet un réglage extrêmement simple. Un téléobjectif, suivi d’une Webcam, complètent ce spectrographe. Le tout tient sur une planche de bois.
Voilà un spectre solaire, obtenu avec ce montage.( Fig1.)
I used
this telescope, as a collimator, and added a grating with a very simple
adjustment. A telephoto lens, followed by a
webcam, completed the spectrograph. The whole stands on a plank of wood.
This is a solar spectrum obtained with this setup. (Fig1.)
Fig1.
Fin 2001, l’idée du spectrohéliographe est de plus en plus présente. Peut-on passer du spectro classique au spectrohéliographe ?
Une promenade sur Internet m’amène sur la page de Fredrick Veio un américain qui a construit un spectrohélioscope amateur. Son montage est extrêmement intéressant ! De spectre en spectre, je découvre la page Web de Philippe Rousselle. Son spectrohéliographe transportable donne des images impressionnantes.
In late 2001, the idea of making a spectroheliograph began to take
shape. Can I switch from a classical spectrograph to a spectroheliograph?
A scan of the Web
led me to the Internet page of Fredrick Veio an American who has built an
amateur spectrohélioscope. Its installation is extremely interesting! I also
discovered the website of Philip Rousselle. His portable spectroheliograph
gives impressive images.
Je vais construire un spectrohéliographe, qui privilégie la simplicité, en utilisant du matériel tout fait.
J’utilise 2 lunettes, un téléobjectif et une Webcam. Elle enregistrera 640 lignes par image, je n’en garderai qu’une ! Ainsi, je transforme à peine mon spectrographe solaire déjà construit.
J ‘ajoute ma première lunette devant mon spectro et le premier Spectrohéliographe à Webcam est terminé ! L’utilisation d’une Webcam permet de simplifier énormément le montage.
I'm building a spectroheliograph that emphasizes simplicity, using any
available material.
I use two telescopes, a telephoto lens and a webcam. It will record 640 lines per image,
I just need to keep one! So, basically, I just
converted my original solar spectrograph.
I added my first telescope to the front of the spectrograph, and the
webcam Spectroheliograph was finished! The use of a webcam can greatly simplify
the installation.
Construction d’un spectrohéliographe amateur Construction
Mon spectrohéliographe comprend une planche de bois sur laquelle est disposée l’optique puisée dans mon placard. Le montage et les tests sont réalisés en une semaine. Après modification, voilà son allure presque actuelle. Sur la photo il manque la camera (Fig2)
My
spectroheliograph uses a plank of wood, originally one of the shelves in my
closet. The assembly and testing were performed in one week. After some
modification, it was almost complete. The camera is not shown in the photo
(Fig2)
Fig2.
En
laissant défiler le soleil sur une fente de 20 microns de large et en
enregistrant un film simultanément, je reconstitue une image du Soleil en
additionnant des tranches fines, tous les dixièmes de seconde.
Les problèmes se présentent nombreux. Le spectre se retrouve en biais, les raies spectrales sont également de travers. Le spectre comporte beaucoup de raies horizontales dues à des défauts de la fente.
Fig3, une de mes premières images très rayée.
By letting
the image of the sun drift across a slit 20 microns wide and simultaneously
recording a movie, I can reconstruct an image of the sun by adding the thin
slices, taken every tenth of a second.
Many problems arise. The spectrum is inclined, the spectral lines are
also wrong. The spectrum has many horizontal lines due to defects in the slit.
Fig3, one of my very first pictures, very striped.
Fig3.
Nous sommes début juin 2002, J’écume les listes astronomiques
dédiées aux Webcams. Je parcours les sites Internet. A l’époque personne n’a
encore essayé ce type de montage avec une caméra.
Il me faut donc essuyer les
plâtres ! J’écrie un programme
informatique spécifique.
We are now at the beginning of June 2002, I go through all the
astronomical websites dedicated to webcams. At the time nobody has tried this
type of arrangement with a camera. So I have to
pick up the pieces! I write a specialized computer program.
Le programme, écrit en Visual Basic permet de reconstituer une image détaillée du soleil dans n’importe quelle longueur d’onde.
The program, written in Visual Basic allows you to reconstruct a
detailed image of the sun at any wavelength.
Le 26 juin 2002, le programme est terminé.
Le programme SpecHelio.exe permet à tout possesseur d’un télescope, d’un spectrographe et d’une camera, de transformer instantanément son montage, en spectrohéliographe.
Je présente ce montage sur la liste Astrocam, le programme est en téléchargement sur mon site. Des échanges fructueux avec des collègues de cette liste, provoquent quelques nouvelles améliorations.
On June 26, 2002, the program is completed.
The program, SpecHelio.exe, allows anyone with a telescope, a spectrograph
and a camera, to instantly transform it into spectroheliograph.
I publish details
of this arrangement on the AstroCam Web forum, and make the program available
for downloaded from my site. Fruitful exchanges with colleagues from this
forum, give rise to some new improvements.
Juillet 2002 est ensoleillé. J’obtiens des images correctes.
J’essaie toutes les raies spectrales connues et bien sûr, je m’attaque à la légendaire raie H-alpha.
Les premières images sont assez médiocres.
Mon réseau, n’est pas assez performant. Un nouveau réseau améliore les choses Fig5.
July 2002
is sunny. I get good images.
I try all the known spectral lines and of course, I start the legendary
H-alpha.
The first images are rather poor.
My grating
is not performing well. A new grating improves things Fig5
Sur la fenêtre du programme, on distingue la ligne blanche qu’il faut placer sur le milieu de la raie pour choisir et n’additionner qu’une bande verticale. Cette colonne d’un pixel de large a toute la hauteur de l’image. Le réglage de luminosité à l’acquisition doit être poussé vers une légère surexposition bien visible ici.
Le programme additionne toutes les colonnes acquises tous les dixièmes de seconde. Il forme dans ce cas, une image BMP de 2400 pixels de large. L’image est ovale.
Un logiciel de traitement d’image rendra le soleil rond grâce à une homothétie.
On the
program window, the white line is placed on the middle of the selected line to
select and n'additionner a
vertical band. This column is one pixel wide at the height of the image.
The brightness adjustment during acquisition must be pushed to a slight
overexposure, as shown here.
The program will add all the columns acquired every tenth of a second. It forms in this case, a BMP image
of 2400 pixels wide. The image is oval.
An image processing software will later make the image
of the sun circular.
Fig5.
Le montage éclaté montre sa grande simplicité Fig6. The various assembly components
shows its simplicity Fig6.
Fig6.
Une lunette d’un diamètre de
Cette fente est à l’extrémité d’un tube métallique, qui s’installe à la place d’un oculaire, sur ma deuxième lunette, inversée par rapport à la première.
La fente est au foyer de cette lunette, transformée en
collimateur. Grâce à la crémaillère, je peux effectuer une retouche fine de la
mise au point. Le réseau placé devant
l’objectif de cette deuxième lunette, est manipulé grâce à une tige filetée, cela permet un réglage fin de
la rotation. Le réseau renvoie le faisceau vers un téléobjectif de
A 60mm telescope forms an image of the Sun on a slit made with two small
metal plates. The edges of the slit are smoothed with emery cloth, then
polished to a Mirror finish.
This slit is positioned at the end of a metal tube, which installed in
place of an eyepiece, on my second telescope, reversed from the first.
The slit is the focus of this telescope, now turned into a collimator.
With the focuser, I can carry out fine adjustments. The grating placed before
the lens of the second telescope, is mounted on a threaded rod, this allows
fine tuning of the rotation. The grating returns the beam to a 200mm telelens.
By changing this lens various magnifications can be achieved.
Il reste, à construire le porte-fente.
Le mieux est de choisir du tube de 32mm en aluminium, et de
le réduire un peu en diamètre afin qu’il
puisse rentrer dans le porte-oculaire de
La longueur de ce tube doit permettre à la fente d’être précisément au foyer des deux lunettes. Heureusement, il y a la crémaillère pour faire un réglage fin.
Le tube en aluminium sert de radiateur pour dissiper la chaleur due à la focalisation du Soleil sur la fente. Fig7.
It remains to construct the slit carrier.
It is best to
choose 32mm aluminum tube, and to reduce it slightly in diameter so it can
easily sit in the standard
Length of
this tube would allow the slit to be positioned precisely at the focus of the
two telescopes. Fortunately, there is the focuser for fine adjustment.
The tube acts as an aluminum radiator to dissipate heat due to the
focusing of the sun on the slit. Fig7.
Fig7.
Les réglages de base étant faits, je démarre l’ordinateur et
En jouant sur la mise au point du téléobjectif, je rends le bord du Spectre (la zone noir-blanche) le plus net possible
Le bord du spectre est net, mais pas les raies spectrales.
A l’aide de la crémaillère de la lunette collimatrice, je rends les raies spectrales nettes. Après ce réglage, la fente est placée exactement au point focal de la lunette objectif. .
The basic
settings are made, I start the computer and webcam. I turn the grating to the
H alpha line. The spectrum of the sun appears as a clear band with fuzzy
edges.
Adjusting the focus of telelens, I get the edge of the spectrum
(black-white area) as sharp as possible
The top and bottom edge of the spectrum is sharp, but not the spectral
lines.
Using the focuser of the collimating telescope, I bring the spectral
lines into sharp focus. After this adjustment, the slot is placed exactly at
the focal point of the first telescope.
Il suffit de centrer la raie H-alpha et nous avons fini les réglages mécaniques.
Tout cela paraît compliqué, mais cela devient un automatisme très simple. En une minute tout est fait !
Je modifie le gain de la camera,
pour avoir une image similaire à celle de
Simply center the H-alpha and we have finished the mechanical
adjustments.
All this sounds complicated, but it becomes a very simple operation. In one minute everything is done!
I vary the gain of the camera for an image similar to
that of the fig8a.
Fig8.
Mes premières fentes sont en acier inox. L’expérience acquise me fait préférer des fentes épaisses, en laiton, qui se polissent beaucoup mieux et résistent autant à la chaleur.
Les fentes sont ajustées à la main, en regardant le ciel bleu à travers le tube, tenu à la main.
L’œil distingue parfaitement si les lames sont parallèles.
Pour un réglage plus fin de la fente, j’utilise une mesure de la tache de diffraction donnée par un laser, figure 8b
My first
slits are stainless steel. Further trials and
experience made me prefer slits made from thick brass, which is far easier to
polish and resists as much heat.
The slit gap is adjusted by hand, making the gap as small as possible
by observing the blue sky through the tube.
The eye easily sees if the blades are parallel or not.
For a finer
adjustment of the slit gap, I use the diffraction pattern from a laser, Fig 8b
Fig. 8b
Je place maintenant l’image du Soleil un peu avant la fente. Je lance un enregistrement à 15 images par seconde.
Le soleil, grâce à la seule rotation de la terre, balaie complètement et régulièrement la fente.
Cette méthode qui n’utilise aucun moteur s’affranchit de toutes les vibrations parasites.
I now
place the image of the Sun just to the side of the slit. I run a recording at
15 frames per second.
The Sun,
thanks to the rotation of the earth, smoothly scans across the slit.
This method uses no telescope drive and is free from all unwanted vibrations.
fig9
Sur l’image reconstituée en fausse couleur on distingue les taches faculaires ainsi que les filaments. Le soleil, ovoïde sur l’original, a été rendu rond et le contraste a été amélioré.
On the
reconstructed image in false color dark markings show the faculae and
filaments. The Sun, the original ovoid, is now circular and shown with improved
contrast.
Voir les protubérances Viewing the prominences
En changeant les réglages à l’acquisition et en poussant les gains lors du traitement d’image, on peut également voir les protubérances. Fig10
By
changing the acquisition settings and pushing the gain during image processing,
we can also see the prominences. Fig10
Fig10.
Précautions. Precautions.
Je rappelle qu’il faut faire la plus grande attention avec le Soleil. Une imprudence dans l’observation du soleil peut provoquer de graves légions de l’œil.
Il faut toujours vérifier avant chaque manipulation que la situation est sans danger.
Always remember to pay the utmost attention to the
dangers of the Sun. Carelessness in observing the Sun can cause serious eye
damage.
Always make sure the equipment is safe before handling.
Ce montage, de seulement
Si vous avez déjà une lunette de 60 dans votre placard et une Webcam, comme beaucoup d’astronomes amateurs, pour une somme inférieure à 200 euros vous pouvez attaquer la construction d’un spectrohéliographe de poche. L’engin n’aura jamais les performances, ni le côté agréable des petites lunettes H-alpha, mais vous l’aurez construit vous-même. C’est peut-être le côté le plus important de cette démarche.
This assembly, only
If you already have a 60mm telescope in your closet and a webcam, like
many amateur astronomers, for less than 200 euros you can construct a pocket
spectroheliograph. The performance is impressive, maybe not as much as an
H-alpha PST, but you've built it yourself. Perhaps the most important part of
this process.
Je n’ai parlé que de la raie monochromatique H-alpha mais vous avez d’autres possibilités.
Avec cet appareil vous pouvez observer le soleil dans des raies intéressantes, autres que l’hydrogène.
Les raies du Calcium bien sûr, mais aussi l’Hélium, pourquoi pas le Magnésium ou les raies du Fer?
I have
spoken only of the monochromatic H-alpha but you have other options.
With this instrument you can watch the sun in other interesting
wavelengths other than hydrogen.
The lines of the Calcium of course, but also helium, why not the rays
of Magnesium or Iron?
Pour faire une comparaison de vos images, avec celles des professionnels ; allez voir le site :
To compare
your images with those of professionals; visit:
http://bass2000.obspm.fr/home.php
Conclusions. Conclusions.
Je suis le premier à avoir écrit un logiciel, permettant de réaliser un spectrohéliographe autour d’une Webcam : « SpecHelio.exe »
Ma méthode « 2D » consiste à choisir à l’aide du programme, une colonne d’un pixel dans l’image d’un spectre donné par une caméra ordinaire.
I am the
first to write software to achieve a spectroheliograph output based on a Webcam
- "SpecHelio.exe"
My method "2D" allows the user to choose, using the program,
a column one pixel wide in the image of a spectrum given by a regular camera.
Seul, quelques astronomes amateurs expérimentés réalisaient des spectrohéliographes avant 2002.
Je connais 10 nouveaux spectrohéliographes depuis cette date (2010)
Ils utilisent tous ma méthode « 2D » associée à une caméra.
Only a few
experienced amateur astronomers were making spectroheliographs before 2002.
I know of 10 new spectroheliographs since that date (2010)
They are all using my method "2D" associated with a camera.
Je suis heureux d’avoir contribué, par mon exemple et par mon premier programme, à l’extension des spectrohéliographes.
Ma première image a été présentée le 26 juin 2002, message : 31161 sur la liste Astrocam : astrocam@ydahoogroupes.fr , mais ce travail complètement solitaire au début, a été enrichi au fil du temps, par l’aide de nombreuses personnes.
I am happy
to have contributed, by my examples and my first program, to the growth of
interest in spectroheliographs.
My first picture was released June 26, 2002, message: 31161 on the
Astrocam list: mailto: astrocam@yahoogroupes.fr.
Although this work was being done completely alone at the beginning, has been
enriched over time by the assistance of many people.
Remerciements. Thanks.
Je remercie, particulièrement les astronomes amateurs :
I thank in
particular the following amateur astronomers:
M. Libante : http://www.astrosurf.com/astro-images
M. Veio: http://www.eyes-on-the-skies.org/shs
M. Rousselle: http://www.astrosurf.com/spectrohelio
M. Canicio: http://www.astrosnap.com
M. Harrison : http://www.iceinspace.com.au/63-339-0-0-1-0.html
M. Rondi et M. Rondi : http://astrosurf.com/rondi
M.“Polo”: http://astrosurf.com/polo
M.
Grillot: http://ggrillot.free.fr
M.
Gavin: http://www.astroman.fsnet.co.uk/
Ces astronomes amateurs, m’ont contacté, donné gentiment : leur assistance, leurs recommandations et leur temps, tout au long du perfectionnement de cet appareil.
These amateur astronomers,
contacted me, kindly gave their assistance, their recommendations and their
time throughout the development of this device.
Pour finir quelques images. Finally some pictures.
http://www.astrosurf.com/cieldelabrie/sphelio/index.htm
Le programme SpecHelio.exe : The program SpecHelio.exe:
http://astrosurf.com/cieldelabrie/sphelio/program/