Les premières images du télescope solaire Inouye de 4 mètres de la National Science Foundation, sorti fin janvier, a révélé le Soleil avec des détails époustouflants. La taille du télescope - c'est le plus grand télescope solaire au monde - a permis aux chercheurs de zoomer sur la surface solaire à une résolution plus élevée que jamais.

Mais la taille du nouveau télescope a un autre avantage au-delà de la capacité de capturer le Soleil à une résolution sans précédent. Il permettra également aux scientifiques de capter une quantité de lumière sans précédent.

"Vous pouvez utiliser un grand télescope, comme le télescope solaire d'Inouye, deux façons, " a déclaré Roberto Casini, scientifique au Centre national de recherche atmosphérique (NCAR). "Vous pouvez regarder le Soleil dans les moindres détails que permet l'ouverture du télescope, ou vous pouvez sacrifier certains de ces détails pour utiliser le télescope comme un seau à photons. Le télescope solaire d'Inouye nous donne un très gros seau."

Les scientifiques de l'Observatoire de haute altitude (HAO) du NCAR espèrent que l'utilisation du télescope comme seau à photons leur donnera l'occasion de découvrir de nouvelles signatures de polarisation à travers le spectre de la lumière visible rayonnant du Soleil, qui était peut-être trop faible pour être trouvé avec les précédents télescopes plus petits. De telles signatures, qui donnent aux scientifiques des indices critiques sur le fonctionnement des champs magnétiques complexes du Soleil, sont plus faciles à repérer lorsque plus de lumière du soleil peut être capturée.

Pour rechercher ces signaux, Casini et ses collègues de HAO ont conçu et construit l'un des cinq instruments du télescope solaire d'Inouye :le Visible Spectro-Polarimeter (ViSP). Cet instrument extrêmement polyvalent peut observer n'importe quelle longueur d'onde à travers le spectre visible du rayonnement solaire, permettant aux scientifiques un degré énorme de flexibilité pour explorer. Il sera également couplé à un progiciel d'installation qui transformera rapidement les données collectées par ViSP en un produit prêt pour la science. Casini espère que la flexibilité technique de ViSP et sa capacité de traitement des données susciteront un regain d'intérêt pour les mystères que la lumière polarisée du Soleil peut révéler.

NCAR est parrainé par la National Science Foundation (NSF). Le télescope solaire d'Inouye est géré par l'Observatoire solaire national de la NSF.

Du petit au grand :rendre la spectro-polarimétrie accessible

Depuis plus d'un siècle, les scientifiques savent que les champs magnétiques affectent la lumière émise ou diffusée par les ions dans l'atmosphère solaire, produisant une polarisation. En modélisant et en interprétant la signature de polarisation de ces champs, les scientifiques peuvent tracer la forme et la structure à grande échelle des champs magnétiques du Soleil. Finalement, cela aidera les chercheurs à mieux comprendre les éruptions solaires et comment les prévoir. Ces événements violents produisent des conditions météorologiques spatiales susceptibles de perturber les communications radio, les réseaux électriques, et signaux GPS, ainsi que mettre en danger les astronautes et endommager les satellites.

Mais détecter et interpréter la lumière polarisée du Soleil a toujours été un défi. Cela s'explique en partie par le fait que le signal est généralement très faible, et les scientifiques doivent collecter beaucoup de photons pour distinguer ce signal du fond non polarisé du Soleil. Les instruments utilisés pour détecter la polarisation contribuent également à cette difficulté car ils peuvent introduire eux-mêmes la polarisation. Par exemple, les miroirs utilisés dans les télescopes pour diriger le trajet de la lumière entrante vers le détecteur polarisent également cette lumière. L'habileté qui a été nécessaire pour démêler le signal polarisé provenant du Soleil et interpréter ce signal est assez spécialisée.

"La spectro-polarimétrie solaire a été jusqu'à ce jour un art maîtrisé par quelques-uns, " dit Casini.

HAO a une longue histoire dans la science de la spectro-polarimétrie et a construit d'autres instruments pour étudier le Soleil, y compris un spectro-polarimètre qui fonctionne toujours au télescope solaire Dunn sur le pic de Sacramento au Nouveau-Mexique. Mais la quantité d'observations prises par cet instrument et d'autres a largement dépassé la quantité de données prêtes pour la science mises à la disposition de la communauté. En effet, les observations sont obstruées en attendant que l'un des rares experts dans le domaine effectue l'analyse complexe nécessaire pour transformer les données brutes en quelque chose utilisable par un large éventail de scientifiques solaires.

Casini, qui garde toujours une boîte en carton de cassettes de Sacramento Peak sur le sol de son bureau jusqu'à ce qu'il ait le temps de les analyser, affirme que ViSP et le télescope solaire d'Inouye sont conçus pour briser ce goulot d'étranglement. L'instrument, qui peut être mis en place et exécuté avec un minimum d'intervention humaine, alimentera les données directement dans le logiciel de l'installation qui peut digérer les informations et les transformer en un produit utilisable pour la science.

"Nous voulons surmonter l'inaccessibilité de la science de la polarimétrie et créer des données prêtes pour la science pour tout le monde, ", a déclaré Casini.

La possibilité de découvrir quelque chose de nouveau

Les mains libres, La conception automatisée de ViSP présente également un autre avantage distinct. Contrairement à ses prédécesseurs, qui doivent être reconfigurés manuellement pour étudier différentes longueurs d'onde de la lumière, La configuration de ViSP peut être facilement modifiée à partir d'une console d'ordinateur pour observer n'importe quelle longueur d'onde dans le spectre visible du Soleil.

Avec les plus âgés, spectro-polarimètres à forte intensité de main-d'œuvre, les scientifiques ont eu tendance à s'en tenir à des longueurs d'onde de lumière bien testées qui sont déjà connues pour être sensibles au magnétisme du Soleil. Les scientifiques pourront utiliser ViSP pour étudier ces mêmes longueurs d'onde, et exploiter la résolution du télescope solaire d'Inouye pour observer cette polarisation avec des détails sans précédent.

Mais ViSP donnera également aux scientifiques une licence pour explorer le spectre complet de la lumière visible, où ils peuvent tomber sur de nouveaux signaux polarisés qui n'ont jamais été découverts auparavant et qui pourraient enrichir leur compréhension des champs magnétiques du Soleil. Trouver ces signaux non découverts auparavant est peut-être plus probable avec ViSP car, en plus de la flexibilité automatisée de l'instrument, il est monté sous un énorme télescope capable de laisser entrer autant de lumière. Les nouveaux signaux polarisés peuvent être plus faibles que ceux déjà connus, et leur détection nécessitera un pool de photons encore plus important afin d'isoler le signal du bruit.

"Parce que c'est le plus grand télescope solaire, cela donne vraiment l'occasion de rechercher de nouvelles choses - des choses qui ont peut-être été négligées dans le passé parce que nous n'avions pas assez de puissance de collecte de lumière, " dit Casini. " Maintenant, nous avons assez de lumière. "

ViSP est toujours dans le processus final d'acceptation du site et de vérification scientifique, au cours de laquelle Casini et ses collègues doivent montrer que l'instrument répond à toutes les exigences promises et qu'il est donc scientifiquement viable. Une fois ce processus terminé, l'instrument commencera les opérations scientifiques. Finalement, tous les instruments du télescope, y compris ViSP, sera à la disposition des chercheurs du monde entier. Casino, pour un, est enthousiasmé par ce que les chercheurs solaires peuvent apprendre.

"Nous avons vraiment produit un instrument qui vous permet d'explorer le spectre visible du Soleil comme vous le souhaitez, et nous pouvons être surpris par ce que nous trouvons, " dit-il. " Il y a encore beaucoup de choses que nous pouvons apprendre d'une découverte fortuite. "