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La lunette H alpha du CARL

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Publié le : mardi 10 août 2010, par  Stéphane RAZEMON





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Plusieurs sites internet relatent la modification d'une lunette Coronado PST. Le but est d'en augmenter l'ouverture utile et donc améliorer la qualité de l'image.

Le Club Astronomique de la Région Lilloise a voulu se lancer dans l'aventure en construisant une lunette H alpha sur le principe optique du PST.

L'exercice ne fut pas si facile. Si de nombreux astronomes amateurs ont tenté l'expérience, leurs résultats n'ont pas toujours été au rendez-vous. En effet, ce petit bijou de PST est en réalité assez complexe et les transformations approximatives sans tenir compte des lois de l'optique sont souvent décevantes. Les défauts les plus fréquemment rencontrés sont un champ d'observation étroit et une filtration H alpha limitée à une petite zone du champ.

Principe de fonctionnement de la lunette H alpha

Le but d'une lunette H alpha est de sélectionner une bande très étroite du spectre visible. Sa longueur d'onde de 656,28 nm est celle de la raie Balmer alpha de l'hydrogène. Le Soleil, observé dans cette longueur d'onde, fait apparaitre sa chromosphère avec ses zones d'activité et ses protubérances.

Une lunette H alpha est conçue sur la base d'une lunette classique : objectif, tube, porte oculaire (PO), oculaire. Un filtre unique H alpha ne laissant passer qu'une bande passante de moins d'un Angström n'existe pas. La filtration est donc effectuée grâce à la succession de trois filtres interférentiels.

Le filtre de rejection d'énergie ERF (energy rejection filter) Le but de ce filtre interférentiel est de rejeter la plus grande partie du spectre lumineux, UV et IR compris. Seule une petite bande d'environ 100 nm de large, centrée sur le rouge, traverse le filtre.
Transmission du filtre de rejet ERF - 40.7 ko
Transmission du filtre de rejet ERF

Ce filtre est placé à l'ouverture de l'instrument, avant l'objectif. Il est parfois positionné avec une légère inclinaison afin de limiter les reflets internes. Son diamètre important en fait un filtre relativement onéreux.

Le filtre étalon ou Perot Fabry (PF) C'est la pièce maitresse de la filtration. Filtre interférentiel par excellence, il hache littéralement le spectre lumineux ne laissant passer que de très fines bandes du spectre. De sa qualité dépend l'étroitesse de ses pics (0,3 à 0,8 Angström) et donc la sélectivité de la raie H alpha.
Transmission du filtre Perot Fabry - 14.2 ko
Transmission du filtre Perot Fabry

La longueur d'onde des pics est très directement fonction de l'angle d'incidence des rayons lumineux qui traversent le filtre. Cette caractéristique essentielle présente un avantage, mais aussi un sérieux inconvénient.

Avantage : Un système d'inclinaison réglable va permettre de centrer un pic sur la raie H alpha.

Inconvénient : Si le filtre est positionné après l'objectif, les rayons provenant de la périphérie de l'objectif ne seront pas parallèles à ceux provenant de son centre. Ils traverseront donc le filtre avec des angles d'incidence légèrement différents, sélectionnant donc des longueurs d'onde différentes. Pour éviter cela, la première solution consiste à limiter l'ouverture relative de l'instrument à F/D 30 ou plus. La seconde solution est d'insérer avant le filtre Perot Fabry une lentille divergente destinée à rendre au mieux parallèles les rayons lumineux. C'est le principe du montage télécentrique utilisé dans le PST.

Le filtre bloquant (BF) Ce filtre, interférentiel lui aussi, sélectionne le pic de la raie H alpha. Il a une bande passante assez étroite (6 Angströms environ) centrée sur le H alpha.
Transmission du filtre Perot Fabry + filtre bloquant - 18 ko
Transmission du filtre Perot Fabry + filtre bloquant

Ce filtre très sélectif est très cher. C'est pourquoi il est positionné proche du foyer, là où le diamètre du faisceau lumineux est petit.

Montage de la lunette H alpha

Classiquement, une lunette H alpha comprend, dans l'ordre, les éléments suivants :
ERF, PF, Objectif, Tube, PO, BF, Oculaire
Le filtre ERF est inclus dans le même module que le PF. Dans cette configuration, Le PF est en pleine ouverture ce qui limite rapidement la course au diamètre.

Une autre configuration positionne le PF juste avant le filtre bloquant. Dans ce cas, l'ouverture relative de l'objectif doit être d'environ F/D30 :
ERF, Objectif F/D30, Tube, PO, PF, BF, Oculaire
Le rapport F/D de l'objectif peut être obtenu avec un système télécentrique de chez Baader ou Barlow Powermate Televue. Le filtre bloquant est souvent joint au PF par construction.

Les firmes Coronado (PST) puis Lunt ont conçu des lunettes H alpha à faible rapport F/D en positionnant le PF à l'arrière du tube, juste avant le porte oculaire. Ce montage nécessite une lentille divergente avant le PF et une lentille convergente pour amener l'instrument à la focale recherchée. L'ordre est donc :
ERF, Objectif, Tube, Lentille divergente, PF, Lentille convergente, PO, BF, Oculaire

La lunette H alpha du CARL

Attention, l'observation du SOLEIL peut être dangereuse. Nous déclinons toute responsabilité en cas de problème suite à une réalisation amateur de ce type.

La configuration de cette lunette est calquée sur celle du PST de chez Coronado. Elle utilise notamment le PF du PST. Celui-ci a la particularité de comprendre en un module la lentille divergente, le PF et la lentille convergente. Ceci nous oblige à faire fonctionner ce module dans des conditions identiques à celles du PST. Le rapport F/D de l'objectif doit donc être de 10.

Le matériel utilisé
-  La lunette est une Skywatcher 100/1000
-  Le filtre de rejection d'énergie retenu est le Baader D-ERF 110mm. Installé dans son porte filtre, il ne diaphragme pas l'ouverture de la lunette.
-  Module étalon Perot-Fabry du PST
-  Le porte oculaire a été changé. Un crayford Kepler plus court laisse de la place pour le PF
-  Le filtre bloquant est un BF10 de chez Coronado. Une focale de 1000 mm donne une image du Soleil de 9,5 mm au foyer. Un filtre bloquant de 10 mm de diamètre est donc un minimum pour visualiser la totalité du Soleil.
Un premier essai avait été fait avec un filtre Baader H alpha 1,5A. Si la qualité de la filtration semblait bonne, ce filtre engendrait de très nombreux reflets rendant l'instrument inutilisable.

La construction
Pour fonctionner de manière optimale, le PF doit être traversé par des rayons lumineux quasiment parallèles. Pour cela un système télécentrique ou afocal de type lunette de Galilée est nécessaire. Nous abordons ici un point important du montage. Pour avoir des rayons parallèles, la lentille divergente doit être positionnée à une distance précise de l'objectif. Très exactement, le foyer objet de la lentille divergente doit être confondu avec le foyer image de l'objectif.
Optique de la lunette de Galilée - 5 ko
Optique de la lunette de Galilée

Pour garder fixe cette distance, le PF du PST doit être positionné avant le porte oculaire. La lentille divergente du PF a une focale de -200mm. Le centre optique de cette lentille doit donc être situé à 200mm en amont du foyer de l'objectif de la lunette. Cette position a une incidence directe sur le champ visualisé en H alpha.
Pour assembler ces divers éléments quelques pièces ont du être dessinées. Elles ont été tournées avec un beau résultat par notre ami Danny Loudèche.
Coupe lunette H alpha - 29.6 ko
Coupe lunette H alpha


Les résultats

Les résultats sont très satisfaisants. L'image est bien plus détaillée que dans un PST ou qu'avec un SolarMax 40. Le contraste est identique à celui du PST.
Le Soleil est vu en totalité avec un oculaire de 12mm ce qui donne un grossissement raisonnable de x83.
La quasi totalité du champ est vue en H alpha ce qui donne une très belle image de la surface solaire. La visualisation des protubérances nécessite un léger recentrage ce qui est normal. Les spicules sont visibles sur une grande partie de la circonférence.



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Auteur :



Stéphane RAZEMON

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