Un positionnement très précis du filtre grâce aux systèmes de mesure linéaire de HEIDENHAIN

Pour observer le soleil avec une précision encore jamais atteinte 

Avec le nouveau télescope solaire DKIST qui sera installé sur Hawaii, les chercheurs espèrent obtenir une image plus précise de la surface du soleil. Pour cela, l’Institut Kiepenheuer pour la physique solaire, basé à Fribourg, est en train de mettre au point un "Visible Tunable Filter" : un filtre réglé par des systèmes de mesure linéaire de HEIDENHAIN, avec une précision inférieure à un nanomètre.

Les chercheurs sont aujourd’hui déjà en mesure d’observer ce qu’il se passe à la surface du soleil, mais les technologies actuelles ne leur permettent pas d’expliquer l’origine des phénomènes observés. A compter de 2019, le télescope solaire DKIST devrait permettre d’avoir une vue d’un niveau de détail suffisant. Avec ses miroirs de quatre mètres de diamètre, ce télescope sera alors le plus grand télescope du monde et permettra de capter une image particulièrement précise de la surface du soleil.

Pour que le télescope DKIST puisse offrir aux chercheurs un nouveau regard sur ce qu’il se passe sur le soleil, il faut que les performances optiques des instruments montés sur le télescope soient à la hauteur. L’un de ces instruments est actuellement en cours de développement à l’Institut Kiepenheuer pour la physique solaire (KIS, en abrégé) de Fribourg : le Visible Tunable Filter (ou VTF). Le VTF permettra d’étudier des bandes de longueurs d’ondes très fines et précises de la lumière émise à la surface du soleil. A partir de là, les chercheurs pourront entre autres obtenir des informations sur la température du plasma, les conditions de pression, l’intensité des champs magnétiques et les mouvements de plasma à la surface du soleil, ainsi que des données sur les variations du champ magnétique du soleil.

Le principe de construction du VTF est très simple. La lumière du soleil passe par un entrefer, entre deux plaques de verre qui sont recouvertes d’une pellicule semi-transparente. Lors de son passage, la lumière subie plusieurs interférences avec la lumière réfléchie dans l’entrefer, ce qui entraîne un filtrage des longueurs d’ondes. La plage spectrale filtrée est le résultat de la largeur de l’entrefer, et donc de l’écart entre les deux plaques de verre. Pour pouvoir sélectionner une longueur d’onde de la lumière solaire d’une précision de l’ordre de quelques picomètres, il faut que les deux plaques soient positionnées avec une précision nanométrique et qu’elles soient absolument parallèles entre elles.

Le VTF ne devrait pas uniquement permettre d’étudier une longueur d’onde constante : l’intérêt c’est de pouvoir étudier les variations qui existent entre les différentes longueurs d’ondes. Pour cela, les plaques sont sans cesse déplacées l’une par rapport à l’autre, avec des incréments de l’ordre du nanomètre, et cela plusieurs centaines de fois pendant une mesure de deux heures. Pour ce faire, il faut que le système de mesure soit doté d’une résolution de 20 pm et il ne faut pas que la somme des erreurs de mesure excède 100 pm sur une période d’une heure au total.

Une variante plus petite du VTF est actuellement en train d’être testée par l’Institut Kiepenheuer pour la physique solaire. Six systèmes de mesure linéaire HEIDENHAIN de type LIP 382, dotés d’une tête captrice standard et d’un barreau de verre spécifique, sont installés autour des deux plaques en verre pour déterminer la position des plaques : trois pour la plaque inférieure et trois pour la plaque supérieure. Dans le cadre de la batterie de tests en cours, la précision obtenue de manière fiable et durable sur une période d’une heure est de 0,17 nm. L’objectif est d’atteindre 0,1 nm sur une heure de temps. L’Institut Kiepenheuer pour la physique solaire (KIS) et HEIDENHAIN travaillent main dans la main pour y parvenir. Ensemble, les scientifiques solaires et les experts en métrologie se rapprochent doucement de leur objectif, dans le but d’avoir, dès 2019, une toute nouvelle vue de la surface du soleil, avec une très haute précision.