Assombrissement centre-bord (limb darkening).



  • Assombrissement centre-bord.

Donner la variation de température T et de pression P en fonction de l'altitude z dans l'atmosphère solaire c'est construire un "modèle d'atmosphère".
Dans une première approche on peut négliger les variations horizontales de T et de P.
Une première mise en évidence d'un gradiant de température dans l'atmosphère solaire est l'assombrissement centre bord ("limb darkening").
Au voisinage du centre, le disque solaire est plus brillant que au voisinage du limbe parce que l'on voit des couches plus profondes lorsque l'on observe normalement à la surface que lorsque l'on observe près du limbe où la ligne de visée fait un grand angle avec la normale à la surface ce qui augmente considérablement l'absorption.
Eddington a donné une approximation de l'assombrissement centre-bord.
A la surface du soleil z=0 (profondeur optique: t =1) cette approximation donne une variation d'intensité linéaire avec µ.
I(0,µ)/I(0,1) = (2+3µ)/5 où µ=cos(q)=sqrt(1-r/R0).

La comparaison de ce résultat avec les observations montre que le modèle est satisfaisant au voisinage du centre du disque, c'est à dire à grande profondeur mais qu'il est en échec proche du limbe c'est à dire à une profondeur plus faible.

On a fait des balayages du Soleil dans trois longueurs d'ondes différentes et tracé les profils photométriques à partir des scans obtenus.

Assombrissement centre-bord à diverses longueurs d'ondes : L'assombrissement au bord est d'autant plus fort que la longueur d'onde est courte. Il est plus important dans le violet que dans le rouge.
Même représentation mais ici l'axe des abscisses est gradué en cos(q) = m. Le lien est quasi linéaire.
Document professionnel montrant les mêmes courbes mais avec une bien plus vaste palette de longueurs d'ondes.
Voici une partie d'un spectre solaire proche du limbe.
Le bord solaire est la ligne de séparation noir-clair verticale.

L'image ci-dessus montre le spectre solaire près du limbe au voisinage de la raie H alpha.
On constate la netteté du bord solaire dans le continum comme annoncé plus haut.

Par contre, dans la raie H alpha on voit une partie émissive externe qui correspond à l'émission chromosphérique.

Le spectre chromosphérique est constitué par des raies d'émission qui se détachent sur le spectre continu très faible.
Au centre des raies comme H alpha, l'opacité est très grande.


Comparaison des profils photométriques au centre de la raie h alpha et dans le continum au limbe.

On définit le bord du disque solaire par le point d'inflexion de la courbe I(R) donnant l'intensité lumineuse en fonction de la distance au centre(Principe du contraste de Mach).
On montre que ce point se trouve à une profondeur optique égale à t =1. Ce bord solaire est défini avec une grande précision. a seulement 300km au dessus de ce point l'intensité tombe déjà à 1/1 000 000 de l'intensité au centre du disque.On comprend pourquoi il est impossible d'observer normalement autre chose que la photosphère, la chromosphère étant cachée par l'éclat du ciel dont la brillance, même par très beau temps, est de l'ordre de 1/1 000 000 de celle du disque solaire. Cette circonstance explique l'aspect très net du bord solaire apparent. Les couches extérieures ne sont observables que pendant les éclipses, ou en utilisant des instruments spécifiques, coronographe ou spectrohéliographe.

continum3990_6550.xls