Protubérances.


Une des 70 images de l'animation spectrohéliogramme Ha de la protubérance.
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Un scan du bord (limbe) solaire autour de la raie H alpha tel qu'il est obtenu avec l'instrument. L'image est fenêtrée pour réduire la taille du fichier. La raie de l'hydrogène est encadrée par deux raies telluriques qui peuvent servir à la qualibration en longueurs d'onde. Le bord solaire est renflé au niveau de la raie H alpha. C'est la trace de la chromosphère qui est émettrice dans cette longueur d'onde. En dehors de cette raie la limite entre Soleil et extérieur est bien tranchée et marque la photosphère. La mise au point de la netteté de l'image commence par la focalisation de l'image donnée par la lunette sur la fente d'entrée du SHG. Dans un premier temps on rend nette cette limite photosphérique. Puis on affine cette mise au point en observant sur l'image animée les "frétillements" des détails de la raie H alpha en s'efforçant de les rendre le plus net et le plus fin possible et en recherchant le contraste maximum des fins détails.
Ce travail n'est pas toujours évident en raison de la turbulence atmosphérique qui brouille temporairement cette netteté de manière aléatoire. L'usage d'un comparateur permettant de repérer le positionnement de la lunette par rapport à la fente d'entrée du SHG facilite beaucoup ce travail.
Sur l'image de droite, on montre une autre région du limbe solaire avec la trace d'une protubérance au-dessus de la raie H alpha. Le décalage Doppler des diverses parties apparait bien. Le réglage initial de la caméra donne ici la préférence au disque solaire et non à la protubérance. Pour mieux voir les détails de celle-ci il ne faut pas hésiter à surexposer la surface solaire tout en gardant une petite trace visible de la raie H alpha qui permettra la qualibration en longueurs d'ondes et la mesure des vitesses par effet Doppler. L'échelle du haut indique les vitesses radiales (en km/s), comptées positivement pour la matière qui s'éloigne de l'observateur terrestre.

Extrait du scan du 2005/07/14 : 20050714_ha-10.avi début à 8h35 TU 1500 images.

Amusement avec IRIS.

Le coronographe est un instrument idéal d'observation des protubérances. Il permet de mettre en évidence leur structure et les mouvements de matière.
On peut ainsi évaluer les vitesses transversales en exploitant les animations. Classiquement, sur des protubérances actives je prends une image toutes les 20 secondes.
Quelques une de ces animations sont visibles sur notre page consacrée au coronographe.
Ces vitesses observées sont les projections des vitesses réelles dans un plan normal à la direction Terre-Soleil. On n'a donc accés par ce moyen qu'à la composante transversale du mouvement.

Au contraire, le spectrohéliographe fournit le moyen de connaitre la composante radiale de ces vitesses. Les deux instruments se complètent donc bien.
L'idéal serait de pouvoir les utiliser simultanément!
Mais ceci est une autre histoire...

La richesse du SHG est de donner du phénomène observé une vue dans une large gamme de longueurs d'onde.
Ci-dessous on voit, à un même instant, une protubérance active liée à la région NOAA0786 le 1er juillet 2005 à 10h29mn TU, mais dans diverses longueurs d'ondes autour de la raie H alpha.
Le contraste de l'image a été volontairement augmenté.
On remarque que les aspects diffèrent grandement d'une image sur l'autre.
En fait on a sous les yeux une cartographie du champ des vitesses radiales de la matière en mouvement.
L'effet Doppler décale la raie Ha d'une valeur

Dl est le décalage en longueur d'onde en angströms, V est la vitesse de la lumière en km/s et l est la longueur d'onde de la raie utilisée, 6563 angström pour la raie Ha.
Enfin c est la vitesses de la lumière dans le vide, 300000 km/s environ.
Ainsi une vitesse radiale de 100km/s dirigée vers l'observateur décale la raie Halpha de -2.19 Å c'est à dire du coté bleu.
Il est alors facile de déduire les vitesses radiales de la matière dans les diverses parties de l'image en inversant la formule ci-dessus.


La même protubérance au même instant mais dans des longueurs d'onde différentes.

En fait, l'information dont nous disposons est encore plus riche. Comme expliqué dans la page Spectrohéliogramme, la reconstruction de l''image à une certaine longueur d'onde à partir du scan AVI (de disons 1500 images) s'obtient en prenant dans chacune des 1500 images de cette animation une colonne de même numéro. C'est le choix de ce numéro de colonne qui fixe la longueur d'onde de l'image synthétique reconstruite.

Image au centre de la raie H alpha (14/07/2005 10h29 TU) en haut.
Image totale multi-longueur d'onde, en bas.

En sommant les images obtenues dans toute une gamme de longueurs d'onde autour de H alpha on obtient une image globale multilongueur d'onde assez semblable à ce que montrerait le coronographe qui utilise un filtre de bande passante 10 Å. C'est ce que l'on a fait dans l'image ci-dessus.

Correspondance entre les spectres et l'image totale multi-longueur d'onde.

Il est alors particulièrement intéressant de reconnaitre la gamme des vitesses présentes dans les diverses parties de cette image totale.
Le niveau de la photosphère étant bien positionné l'identification est aisée.
On dispose alors non seulement de la vitesse radiale moyenne mais aussi de l'étalement des vitesses autour de cette moyenne.
Ci-dessus l'image totale est encadrée par deux images du scan AVI. On voit que le petit globule bissecté par le trait rouge contient de la matière qui s'éloigne de l'observateur avec une gamme de vitesses radiales entre 100 et 180 km/s.
Le gros globule, très brillant, bissecté par le trait vert est quasiment immobile. On y détecte des mouvements turbulants dont la gamme des vitesses se répartit entre -50 et +50 à km/s environ. Le volume d'information à notre disposition est considérable!

Une des 89 images de l'animation spectrohéliogramme de cette protubérance.

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Clic ici pour une version non réduite (2.3 Mo).


Dans le cadre ci-dessus on montre un scan d'une protubérance à gauche et une des images de ce scan à droite. Sur cette image de droite on a tracé les profils photométriques de quelques "nuages Doppler".

Il serait interessant de comparer ces répartitions de vitesses et peut-être d'en faire une étude statistique en comparant les formes de ces profils et leur largeur à mi-hauteur. Celà pourrait donner une idée de la turbulence dans cette partie de la chromosphère. On voit un exemple ci-dessous.



Il faut trouver un moyen de rendre ces informations sur les vitesses accessibles et lisibles facilement. L'idée classique consiste à attribuer une couleur à chaque valeur de vitesse radiale à l'aide d'une charte colorée. C'est ce que j'ai fait à la main sur une image totale. Le travail est long!
Voici le résultat obtenu ci-dessous.

Dopplergramme montrant les vitesses radiales relatives des diverses parties du phénomène total.

Il convient d'attribuer une couleur arbitraire de la charte colorée à chaque valeur du décalage Doppler pour obtenir un rendu en fausses couleurs de l'échelle des vitesses radiales. C'est ce l'on a fait dans la série d'images qui va suivre.

J'ai d'abord utilisé une charte en 5 couleurs pour colorer les images traduisant des vitesses radiales entre -80 et +80 km/s ce qui couvrait presque la largeur de la fenêtre du scan. Mais à partir de 9h30 la violence du phénomène observé a nécessité l'élargissement de cette fenêtre pour enregistrer des décalages Doppler beaucoup plus importants comme on le verra plus bas.

La charte colorée a alors été extrapolée et étendue à 7 niveaux ce qui est loin encore de permettre de couvrir les vitesses extrèmes observées.


Voici la série des images résumant l'observation dans toute sa durée.
Les trois premières situent le phénomème sur le limbe solaire.
Les autres classées par ordre chronologique montrent les Dopplergrammes obtenus comme indiqué plus haut.
Pour tout ce travail j'ai utilisé IRIS le logiciel gratuit de Christian Buil et Scriptis qui permet d'enchainer une séquence de commande IRIS sans avoir à les exécuter à la main.
Depuis lors, Christian a ajouté cette possibilité dans IRIS.
Le gain de temps est considérable et le travail devient possible facilement.

Le 14 juillet 2005 au matin la région active NOAA0786 apparait juste au limbe. L'image au centre de la raie H alpha montre encore un plage brillante et une protubérance flotte juste au-dessus.
Sur cette image à -7/8 d'angström du centre de la raie le réseau apparait bien avec ses "mottles" entourant des régions calmes.
Remarquer la disparition de la brillance de la plage loin du cœur de H a.

Vue assez semblable en apparence mais à H alpha +7/8 A.

Ces trois images issues du même scan sont datée du même instant.

En haut centre de H alpha, au centreH alpha moins 7/8 A, en bas +7/8 A  

Rendu en fausses couleurs des vitesses radiales.
De 7h39mn à 9h38mn on n'a utilisé que la gamme de vitesse de -80 à +80 km/s.Les nuages de gaz colorés en vert viennent vers nous et leur vitesse radiale est comptée négativement. Celles colorées en rouge s'éloignent de nous et leur vitesse radiale est comptée positivement.
On remarque un violent jet à droite.

En moins de 5 minutes l'aspect change du tout au tout!
Le jet qui fusait du limbe vers la droite se déploit en un spray imposant. Sa couleur jaune-vert montre qu'il est vu de profil avec un vitesse radiale faible. Par contre sa vitesse transversale doit être considérable à en croire le déplacement de sa partie la plus brillante.

Le spray s'étend et se dilue peu à peu alors qu'un nodule sur sa gauche semble augmenter d'activité et devient plus brillant (vert). De ce nodule se détachent deux arches de matière. Si l'on observe au coronographe on voit souvent de tels nodules alimenter en matière des arches où cette matière s'écoule vers le bas et tombe vers la photosphère.
L'élargissement du spray continue et on distingue bien son déploiement en rayons distincts. Plus à droite un nouveau jet (vert) part du bas vers la droite parallèlement au premier dont l'amplitude décroit.
Le spray s'évanouit peu à peu. Le dard vert qui décroissait en intensité éjecte à nouveau de la matière suivant une boucle qui s'éloigne de l'observateur comme en témoigne les couleurs rouge et orangé. Sa trajectoire s'incurve en même temps vers le bas.

L'écoulement dans la boucle revient pour finir vers nous (vert) en suivant les lignes de force du champ.

Nouvelle activité sur la partie gauche.

L'arche de droite se déploit en 4 arches distinctes.

De nouvelles arches apparaissent aussi issues du nodule (vert-jaune) en lévitation à gauche.

 

Les arches de droite perdent de l'intensité.

A gauche, une nouvelle arche vient de se détacher du nodule-source et chute vers l'arrière en direction de la photosphère.

Diversification des arches de gauche dont la visibilité s'améliore et qui se distinguent mieux les unes des autres.
Fin de l'éruption de droite. Les arches de gauche semblent s'affaisser .
Nouvelle éruption à droite sous la forme d'un jet oblique fin et très rapide dans le plan de l'image.
Le nodule suspendu à gauche redevient très émissif avec un mouvement de matière dans la direction de l'observateur. Le jet de droite a beaucoup progressé en quelques minutes.

Un nodule brillant est apparu sur le jet de droite qui peu à peu s'efface.

A gauche la surbrillance vient d'émettre une arche qui plonge vers l'arrière en direction de la surface solaire.

Apparition d'une zone rouge juste au-dessus de la photosphère avec un mouvement vers l'arrière à droite.

Cette arche est maintenant bien visible de couleur orangé et rouge. La zone rouge est bien visible encore. Départ d'un jet oblique jaunatre vers la gauche à l'extrème gauche de l'image.
Renforcement important du pied de l'arche de droite en vert.
Une arche sort rapidement de la surface solaire et grimpe au-dessus du nodule suspendu.
Le pied de cette nouvelle arche devient très émissif. Le jet en bas à droite se poursuit.
Au sommet de la nouvelle arche un nodule émissif vient de se former. Le milieu de cette arche se gonfle en fuyant vers l'arrière plan (rouge). Début d'une nouvelle émission (jet) à droite (vert).

Ce jet de droite prend de l'ampleur.

Départ d'un jet vertical du pied des arches (jaune).

L'émission de droite se renforce beaucoup.
Nouveau départ fulgurant d'un jet rapide (vert) à droite.
L'activité à gauche s'accroit considérablement en quelques minutes!

Devant l'ampleur de vitesses en jeu j'ai augmenté la taille du fenêtrage de l'AVI et je suis passé à une charte en 7 couleurs en ajoutant le violet et le pourpre. Celà a pour effet de modifier un peu la teinte moyenne de la surface solaire surexposée où la balance des couleurs est modifiée, devenant plus chaude.
Le jet de droite vient de disparaitre brusquement et un nouveau jet apparait un peu plus à droite de celui-ci, rouge orangé à la base.

Le jet de droite s'étend et change progressivement de direction de l'arrière vers l'avant.
Intense activité au niveau du complexe d'arches à gauche avec de nouveaux départs.

Affaiblissement progressif du jet de droite.

Un nouvel arc-boutant apparait à gauche s'appuyant sur le premier émis.

Disparition de l'émission à droite, le jet n'est plus visible.

Un nodule surbrille en rouge suspendu au-dessus de la surface à gauche.

Réactivation de la brillance des pieds de deux arches.

Mouvements vers l'arrière pour l'un, vers l'avant pour l'autre.

Baisse d'activité du pied (rouge) de droite.
Nouveau départ oblique à gauche.
Changement radical à gauche où les arches s'affaiblissent rapidement. Une forte émission au ras de la photosphère apparait sur un large arc orangé.

Effondrement des arches de gauche, l'édifice s'écroule....

Une nouvelle émission est en cours à droite!


Tout ceci est bien riche en information mais exige beaucoup de place pour l'archivage. Les 32 fichiers AVI occupent près de 25 Go sur le disque dur!
Il faut bien s'arréter pour graver toutes ces images et faire de la place pour la prochaine observation.

Des séquences que l'on vient de voir j'ai extrait une des images montrant un décalage Doppler impressionant.
On comparera la largeur d'image urtilisée à la fin de l'observation avec l'exemple montré au tout début.
Je ne m'attentais pas à trouver de telles amplitudes et on voit que la largeur d'image est encore insuffisante à droite.


2005/07/14 10h44 TU NOAA 0786: La vitesse radiale de la matières dans le petit nodule rouge au bout de l'arche atteint presque les 400 km/s.


Profils photométriques des lignes marquées de rouge et de bleu sur l'image ci-dessus.

6 août 2005 9h51mn TU.

Protubérance 1 ci-dessous Protubérance 2 ci-dessous

Dopplergramme des deux protubérances. Rouge s'éloignant à 10km/s et bleu se rapprochant à 10km/s, vert vitesse radiale nulle.


On peut aussi comparer l'aspect du phénomène dans d'autre longueurs d'onde. Ci-dessous deux images de ces protubérances quiescentes dans la raie Ha (6562.8Å) et dans la raie D3 de l'hélium (5875.6Å).

Les protubérances quiescentes étudiées ci-dessus dans la raie H alpha (Ha 6562.81Å)
Les mêmes protubérances dans la raie de l'hélium (He D3 5875.6Å)

Quelques autre observations:

12 Juillet 2005 14h 11mn TU.

Dans les images ci-dessous on a essayé de mettre en évidence les mouvements de matière dans une protubérance.
Les images gauche et droite sont obtenues en faisant la différence des images R (H alpha plus 0.25Å) et B(H alpha moins 0.25Å).
Ceci correspond à une vitesse de +/- 12 km/s
vers l'observateur pour le bleu et fuyant l'observateur pour le rouge.
Dans l'image noir et blanc de droite, le gris moyen du fond du ciel correspond à une vitesse nulle.
Au centre l'image issue du SHG de Meudon, au centre de H alpha, pour comparaison.

Dopplergramme fausses couleurs.
Image Halpha centre (SHG de Meudon).
Dopplergramme noir et blanc.

16 Août 2005 8h33 TU.

Une belle protubérance que je n'avais pas remarquée à la prise d'images et découverte en cours de traitement des images.
Essai de rendu Doppler trichrome : Bleu Ha - 0.3Å, vert Bleu Ha, rouge Bleu Ha - 0.3Å

3 juillet 2005 12h55 TU

Tentative de rendu Doppler coloré sur des protubérances quiescentes.


18 décembre 2005 11h16TU et 14h25TU

A gauche, montage montrant la protubérance et la surface solaire.
Fichier : 051218_ha4.avi 11h16TU.

A droite la protubérance seule en Ha.

Dopplergramme traduisant les vitesses radiales. Les régions colorées en rouge viennent vers nous, les régions colorées en bleues s'éloignent. La vitesse nulle est traduite en vert.
La même protubérance dans la raie D3 de l'hélium.
Fichier : 051218he13.avi 14h25TU.