Observations du Soleil

L’éclipse partielle de Soleil du 10 juin 2021

Nous sommes finalement prêts à enregistrer l’éclipse partielle du Soleil du 10 juin avec le radiotélescope de la Villette. Elle sera observable à Paris de 11h13 à 13h15 avec un maximum à 12h12. Rémi F6CNB / N5CNB a réduit le gain de la chaîne d’acquisition radioastronomie de 10 dB afin d’éviter une saturation du préamplificateur par le très fort signal radio du Soleil sur 1420 MHz. Bernard F6BVP a vérifié que le WebSDR était bien calibré (désolé, mais l’accès n’est pas public en raison de la limitation de la bande passante disponible). Une mesure du bruit sur 1419 MHz a montré une augmentation de 10 dB par rapport à une région du ciel « froide ». La coupure du moteur de poursuite du radiotélescope montre la décroissance du signal au fur et à mesure que le Soleil quitte le lobe de l’antenne. Ceci a été effectué trois fois de suite, les deux dernières après ajustement du gain. Sur le Soleil le signal moyen est à -79 dB et en dehors du lobe de l’antenne le bruit tombe à -89 dB. Ceci est inférieur à la valeur du bruit du soleil que l’on devrait théoriquement mesurer si le préamplificateur en tête était de meilleure qualité. Le site temps réel f4klo.ampr.org permettra à chacun de suivre le niveau reçu sur la courbe de transit comme dans le graphe ci-dessous. Mais le signal devrait montrer une courbe inversée qui correspondra à l’occultation partielle du signal radio par la Lune passant devant le Soleil. Au lieu d’un pic on devrait observer un creux dont l’importance sera évidemment plus faible car l’occultation sera partielle.

Une éclipse partielle du Soleil surviendra jeudi 10 juin. L’équipe de Dimension Parabole va observer la variation du signal radio du Soleil à cette occasion. En France métropolitaine comme dans le reste de l’Europe, l’éclipse sera partielle. Elle atteindra son maximum entre 11h55 et 12h20 min selon la localisation.

François-Xavier N5FXH a simulé par le calcul l’évolution du signal en provenance du soleil lors de l’éclipse.

10-06-2021

Comme prévu (…) l’éclipse partielle de Soleil a été observable en optique au-dessus de la France et de Paris en particulier malgré les quelques nuages qui se sont invités ici et là. En attendant les belles courbes et images du signal radio voici une photographie sans prétention prise au téléobjectif de 300 mm au travers d’un film radiographique argentique ce qui explique le halo apparent autour du soleil.

Auteur : Bernard Pidoux, lieu : place de l’Opéra à Paris. Appareil NIKON D7500. Distance focale 300 mm. Temps de pose 1/250s. Mode d’exposition Auto. Vitesse ISO 1600

Sur la courbe suivante de la puissance du signal radio François-Xavier a superposé un ajustement. Le temps correspondant au minimum de flux précède le maximum de l’éclipse du 10 juin 2021 d’une dizaine de minutes. Nous n’avons pas encore d’explications sur ce décalage apparent.

François-Xavier N5FXH a enregistré l’évolution du signal radio provenant du Soleil pendant l’éclipse. La courbe suivante reflète la densité du flux solaire brute, c’est à dire sans filtrage des données.

Vérification de la chaîne d’acquisition radio du WebSDR sur le Soleil

Calculées par Rémi F6CNB, voici les courbes de poursuite du soleil du 10 juin (éclipse) et du 12 juin entre 1418 et 1419MHz

  • Acquisition 40s @ 6MHz toutes les minutes synchronisée sur une horloge GPS.
  • FFT 8192 points moyennées.
  • « Despiking » dans le domaine fréquentiel.
  • Correction courbe de réponse et température.
  • Moyennage entre 1418MHz et 1419MHz.
  • Pas de filtrage cosmétique sur les courbes.

Le bruit avant l’éclipse est dû à l’élévation basse du soleil et la présence d’arbres dans cette direction.

Le minimum du bruit pendant l’éclipse (10 :12UTC à Paris) arrive 8mn trop tôt.

15-02-2021

Afin de profiter au mieux de la résolution du lobe de l’antenne du radiotélescope nous avons choisi d’effectuer des pointages autour de radio-sources non ponctuelles selon un quadrillage de plusieurs points de manière à cartographier ces sources en deux dimensions selon les coordonnées équatoriales. Si l’on augmente le nombre de mesures effectuées pendant des « pauses » de 40 secondes toutes les minutes, le temps d’observation totale s’allonge considérablement. Au-delà de six heures il n’est plus possible de procéder à des enregistrements sur un seul jour. Ceci est du à la rotation terrestre qui fait défiler le ciel d’ouest en est au-delà des limites du domaine d’observation du radiotélescope. C’est pourquoi Bernard F6BVP a écrit une application en Python destinée à piloter le radiotélescope pour effectuer une série d’observations selon quatre matrices de points autour de la cible choisie. A titre d’essai une mosaïque de 12 x 12 régions autour du centre du Soleil a été programmée. Cette mosaïque est donc constituée de 4 matrices de 6 x 6 points espacés de 0,2 degrés. La durée totale d’observation a été d’un peu moins de trois heures. Les mesures pratiquées sur les 144 points sont les habituelles valeurs moyennes de la puissance spectrale du signal du Soleil dans une bande de 6 MHz centrée sur 1420 MHz. François-Xavier N5FXH a su « recoller les morceaux » et calculer des cartes ascension droite – déclinaison sur lesquelles la couleur représente le niveau du signal reçu en chaque point espacés de 0,2 degrés. La deuxième carte est une image obtenue par interpolation linéaire entre les valeurs discrètes.

Carte RA/DEC du signal radio du Soleil en bande L (résolution 0,2 degrés)

Rémi F6CNB indique que les déformations sont dues à la saturation du récepteur SDR dont le gain en l’absence de Contrôle Automatique de Gain (CAG) a été réglé pour des sources moins puissantes. De ce fait plusieurs points sont saturés. Rappelons qu’il s’agissait de faire un premier essai de qualification d’un ensemble de quatre séries d’observations décalées de manière à pouvoir ensuite assembler une mosaïque centrée sur la source radio.

Carte RA/DEC du signal radio du Soleil en bande L (résolution 0,2 degrés)

25 janvier 2021

Quelques précisions apportées par Rémi F6CNB / N5CNB sur sa méthodologie de mesures à partir des observations du soleil : gain SDR le 23-01 : 12 dB, le 24-01 : 17 dB, le 25-01 : 16 dB. Pour une acquisition Radio Astronomie : gain 25dB.

Les mesures sur le niveau de bruit pour différents gains, différentes fréquences et les mesures sur le soleil montrent que pour 1dB gain SDR, le gain réel change de 0.89dB

Voici, la réponse fréquentielle du système pour un gain SDR de 25 dB à environ 8,5 degrés Celsius.

Courbe de réponse du système (voie radio astronomie) pour un gain SDR de 25 dB à 8,5°C

24-01-2021

Profitant du retour du soleil dans le domaine observable par le radiotélescope Rémi F6CNB / N5CNB a modifié le gain du récepteur SDR de manière à ne pas saturer les niveaux reçus. Hier Rémi a réglé le gain du SDR à 12dB pour l’observation du Soleil, puis gain ramené le gain normal à 25dB pour la radioastronomie. Aujourd’hui des essais ont été faits par Rémi avec des gains de 17dB (proche de la saturation) à 5h25 UTC et 20dB à 6h22 UTC. L’émission du soleil dans les 5 MHz de la bande passante du système peut-être considérée comme uniforme. On considère le Soleil comme une source de bruit blanc. De ce fait on peut estimer que le niveau de réception mesuré est la traduction de la courbe de réponse du système. La courbe suivante est beaucoup plus « propre » que celle obtenue le 17 août 2020. Le gain n’est pas calibré pour l’instant.

Rémi F6CNB / N5CNB constate que la réponse fréquentielle de toute la chaîne est ci-dessus est très similaire a celle obtenue avec le bruit du ciel mais elle est beaucoup moins bruitée.

Ci-dessous les spectrogrammes calculés autour des fréquences de la raie HI à partir des enregistrements effectués alors que l’antenne était positionnée en direction du méridien à la déclinaison du soleil. Le gain du récepteur est a été réduit de 13dB (théorique) entre les minutes ~500 et ~825 afin d’éviter la saturation lors du transit du soleil. La ligne rouge indique le transit du soleil qui survient a 12h01 UTC.

23-01-2021

Le radiotélescope a été orienté au méridien vers la déclinaison du soleil de manière à en enregistrer le flux lors de son transit au dessus de l’observatoire de la Villette. Le graphe suivant illustre la puissance du signal calculé sur 1417,4 MHz par Rémi F6CNB.

La courbe montre la densité du flux solaire en fonction du temps qui est intégré sur des périodes de 40 secondes. François-Xavier a calculé une courbe pour l’ajuster aux valeurs observées.

Voici les résultats de la première mesure de pointage sur le Soleil effectuée par Patrick F1EBK. Principaux paramètres : nombre de pas en Ascension droite : 5 ; nombre de pas en déclinaison : 5 ; distance angulaire entre 2 positions : 1 degré. En bleu les positions centrales sur chaque axe. En orange les valeurs du flux solaire en réception comprises entre 1 et 10. En rouge la seule valeur supérieure à 10. Supposée position visée. On voit tout de suite que la position du Soleil (en vert) ne correspond pas à la position centrale (principalement en déclinaison).

AH12,9612,8912,8312,7612,69
DEC
-3,3°0,491,271,890,750,47
-4,3°0,768,2516,643,270,79
-5,3°1,244,189,011,620,73
-6,3°0,910,530,540,570,49
-7,3°0,450,460,480,520,52

Matrice des directions balayées autour de celle du soleil (Verticalement : DEClinaison ; horizontalement : Ascension Horaire, par pas de 1 degré)

La précision de la mesure est insuffisante, car il est impossible de savoir ce qu’il se passe à l’intérieur de chaque degré. Il faudrait utiliser un pas plus fin. Par interpolation, Rémi trouve que le maximum est à DEC= -4.46 et AH= 12.832, c’est à dire quelque part dans le coin inférieur gauche du carré du maximum.

La procédure visant a affecter la valeur de réception à chaque position est un peu compliquée, et demanderai une automatisation beaucoup plus poussée, surtout si on veut augmenter le nombre de positions visées. Le relevé initial a pris pratiquement 50′ pour 25 points de mesures. Il serait tout à fait possible de doubler le nombre de points visés en utilisant 7 points par axe (soit une matrice de 49 points) pour une acquisition en moins de 2 heures. Mais la diminution de la distance angulaire entre 2 points risque de nous limiter. Il serait théoriquement possible de doubler encore le nombre de points en utilisant 9 points par axe (soit une matrice de 81 point), ce qui conduirait à une acquisition sur 4 heures ! ceci étant la limite de l’acceptable.

Mesure du flux solaire selon une matrice de 5X5 points espacés de 1 degré en AD et DEC

La réponse fréquentielle de toute la chaîne est ci-dessous (échelle linéaire en puissance). Mesure faite avec le bruit du soleil supposé uniforme dans les 6 MHz. Informations : Rémi F6CNB /N5CNB.

Les acquisitions récentes du Soleil étaient en mode poursuite

Le calibrage de l’alignement du radiotélescope de manière très précise en visant le soleil est en cours. La poursuite du soleil sans correction de décalage (offset) a été effectuée de 12h à 15h15. D’après les valeurs relevées, Rémi estime que la poursuite était correcte. Le soleil est visible mais sur les bords du lobe de l’antenne.

Poursuite du soleil de 12h à 15h15

Tous les changements d’orientation effectués lors des essais de l’antenne peuvent être suivis sur la vidéo qui collationne les vues toutes les dix minutes le 17 août.

Ce mardi Rémi a effectué à distance des manœuvres de correction de manière à optimiser l’orientation de l’antenne vers le soleil par action sur la déclinaison puis l’ascension droite jusqu’à obtenir le maximum de signal du soleil. Ensuite passage en mode poursuite pendant 45 minutes. Pendant cette période le soleil s’est déplacé de 11,25 degrés soit à peu près sept fois le lobe principal de l’antenne. La précision de la poursuite a été suffisante pour garder un signal constant.

Optimisation de 500 à 590 puis poursuite du soleil de 590 à 635 minutes après minuit (Document : F6CNB

27/07/2020

L’orientation du radiotélescope F4KLO en direction du méridien a permis ces derniers jours d’effectuer des mesures précises, du 21 Juillet au 26 Juillet, qui permettent de calculer les performances de l’ensemble du système de réception actuel. Sans entrer dans les détails des procédés utilisés (maximum du signal enregistré lors de plusieurs transits du soleil à midi TUC, comparaison avec le signal d’un point du ciel « froid », comparaison avec le flux du soleil donné par les observatoires astronomiques), Rémi a calculé les valeurs suivantes :

G/T = 56 à 1421MHz ( 17.5 dB ) ;

Température système, Tsys = 178°K à 1421 MHz  (gain antenne = 10000) ;

Facteur de Bruit (Noise Factor, NF) 2.1dB à 1421MHz ;

Pour mémoire, les spécifications du préamplificateur en tête seul qui datent de 1984 donnaient un facteur de bruit de 1,8 dB (température de 150°K).

23/07/20

Patrick F1EBK / AI7BF a corrigé le bogue qui lui donnait une lecture erronée (négative) de l’angle de déclinaison. Il y avait en plus une question de format d’entiers sur 12 bits. Le logiciel retourne maintenant la bonne valeur. Rémi F6CNB / N5CNB constate aujourd’hui une diminution du maximum de signal lors du passage du soleil au méridien. Cela signifie que la déclinaison du Soleil au passage du méridien est maintenant au-dessous de l’angle de déclinaison de l’antenne. Les deux figures suivantes correspondent aux courbes qui nous sont désormais familières.

Augmentation du bruit solaire lors de son passage au méridien le 23/07/2020
Les courbes à gauche sont décalées dans le temps parce que l’antenne a été positionnée plus au sud

Rémi a calculé l’orientation « approximative » de l’antenne : azimut= 178.75° et élévation= 61.30°. Vous apprécierez, je l’espère, l’approximation au 1/100è de degrés ! Sachant que l’antenne avait été positionnée avec une valeur 0 sur le codeur optique, on peut donc estimer qu’il existe une erreur de 1,25 degrés en azimut. Celle-ci peut aussi bien provenir du calibrage du lecteur optique que de l’installation du radiotélescope. Il reste à comparer la valeur de la déclinaison avec celle lue sur le codeur optique de cet axe. Patrick va pouvoir ainsi nous donner le décalage du radiotélescope en déclinaison. Il est important de corriger ces erreurs si l’on veut dans l’avenir pouvoir viser précisément une source radio. Il faudra également vérifier que les erreurs sont constantes quelle que soit l’orientation de l’antenne, sinon il peut s’agir de déformations mécaniques de la structure en fonction de la direction. Les mesures actuelles risquent également d’être fausses en raison de la rupture d’un des quatre haubans qui maintiennent la source au foyer du réflecteur parabolique.

22/07/20

Hier Rémi et Patrick ont vérifié le fonctionnement de la relecture des codeurs optiques qui renseignent de manière très précise sur les positions angulaires du radiotélescope. L’ascension horaire a ainsi pu être positionnée au sud à 0,08 degrés près ! En revanche le logiciel de relecture de l’angle de déclinaison n’ayant jamais été testé en raison de l’immobilisation forcée de l’antenne, affichait faussement des valeurs négatives. Patrick va modifier son programme. Rémi a repositionné l’antenne à une élévation de 61 degrés avec l’inclinomètre précis au dixième de degré. Toutes ces manœuvres se font en actionnant les commandes sur le panneau de contrôle local du radiotélescope.

« Quo non ascendet ? »« Jusqu’où ne montera-t-il pas ? »
Nicolas FOUQUET (1615-1680)

Enregistrement du bruit avec le WebSDR lors du passage du Soleil au méridien de la Villette le 22 juillet 2020.

Le signal du soleil à 1544 MHz avant, pendant et après le passage au méridien

20/07/20

Le signal 1421 MHz en provenance du soleil grimpe toujours. On doit approcher du maximum. La température de bruit du système (en supposant un pointage parfait et un gain d’antenne de 40dBi) est de 234K ou 2.54dB de facteur de bruit. Les estimations précédentes étaient autour de 2dB soit 170K ou un facteur Y de 40. Au même moment le SFU (flux solaire) est autour de 51.

Pour les lobes secondaires de l’antenne, la dynamique de 14dB n’est probablement pas suffisante pour les voir. Ils sont, je l’espère, inférieurs à 20dB. Rémi F6CNB / N5CNB.

Facteur Y (rapport entre bruit solaire et bruit du ciel froid) entre le 16 et le 20 juillet

Jean-Jacques F1EHN a interpolé et regardé un peu plus finement les données du 19/7. Il trouve environ 389 sec, soit un peu moins de 6.5 min à mi puissance.

A 15 degrés / heure (la Terre tournant de ~0,25 degrés par minute), on est proche de 1.6 degrés pour l’angle d’ouverture de l’antenne à -3dB.

Par contre, on peut remarquer l’absence de lobes secondaires pour le moment.

L’ouverture étant un peu plus grande qu’attendue pour 10 m, peut être que l’éclairement du réflecteur est pondéré, ce qui ne surprendrait pas plus que ça Jean-Jacques, le système étant réalisé par Nançay à la base. C’est un point très positif pour Paris, ça évite que les lobes secondaires ramènent trop de perturbations.

Estimation de l’angle d’ouverture (moitié du gain maximum) de l’antenne

François-Xavier, N5FXH avait effectué une simulation de l’élévation du soleil tous les jours à 12:00 TUC pendant deux mois depuis le solstice de juin (été dans l’hémisphère nord).

Illumination de la Terre par le Soleil lors du solstice de juin.

Cette courbe a permis à Rémi et François-Xavier de régler l’angle de déclinaison de l’antenne un peu en dessous de la valeur de culmination le jour du positionnement. Les jours suivants, l’angle de culmination à midi décroit progressivement en raison de l’inclinaison de l’angle de rotation de la Terre sur son orbite autour du Soleil.

l’élévation du soleil tous les jours à 12:00 TUC pendant deux mois depuis le solstice d’été.

19/07/20

L’antenne du radiotélescope a été orientée vers le sud et selon une élévation légèrement au-dessous de la déclinaison maximale du soleil de manière a observer le transit du soleil dans les deux axes les prochains jours. C’est bien ce qu’illustre la figure suivante (F1EHN).

Transits solaires des 17 et 18 juillet 2020

Entre le début de l’augmentation du signal lors du passage du soleil dans le lobe principal de l’antenne et la fin du signal, il s’écoule environ 20 minutes. Ce qui représente un angle de 2,5° de part et d’autre du maximum. En première approximation, l’angle à -3dB (moitié du gain maximum) sur la courbe du 18 juillet est de ~2 degrés (8 minutes de temps).

Zoom sur le plancher de bruit. Le première bosse est peut-être due à un lobe secondaire de l’antenne ? (F1EHN). Curieusement on n’enregistre aucun signal de la Galaxie !

18/07/20

A gauche transit de la Lune vers 09:05 h, suivi du transit solaire et d’un parasite

17/07/20

D’après les calculs de N5FXH le pointage actuel de la parabole est de 181.2° en Azimut. Le maximum du bruit du soleil le 17 Juillet 2020 est arrivé à 11:59:00 TUC au lieu de 11:56:35 TUC (Rémi, F6CNB/N6CNB).

16/07/20

Nous avons orienté l’antenne du radiotélescope vers le soleil de midi TUC (sud) afin de calibrer la chaîne de réception en enregistrant quelques transit dans les prochains jours.

Horizontalement minutes 20 = 12:00 TUC, verticalement puissance du signal à 1420 MHz

Le système voit très bien le passage du soleil en face de l’antenne qui pointe plein sud vers 61 degrés d’élévation. Pour régler l’élévation Rémi a employé un petit inclinomètre qu’il utilise en ébénisterie. Bientôt il sera possible de lire à distance les angles d’ascension droite (horaire) et de déclinaison de l’antenne en temps réel et à distance quand la carte d’interface sera remise en fonction.

Il reste à attendre plusieurs jours pour voir la précision du pointage et la qualité du systèm