Expérience au radiotélescope : détail de la manip'
Le 6 avril 2010, je suis invité chez M. Raymond, afin de réaliser les mesures avec le radiotélescope LUCIE que son club d'astronomes amateur, le COCHER, a fabriqué.
Résultat des mesures : ici
Il a fallu monter le radiotélescope et effectuer différents réglages afin d'optimiser la précision de la mesure.
Voici un petit compte-rendu de notre aventure, pleine de rebondissements !
Le but était, je le rappelle, une observation du Soleil, afin d'en déterminer le diamètre apparent et la température de surface.
Je ne mentionne pas quel est le principe de la mesure, et le détail des calculs : tout cela est disponible, ainsi que les conclusions, ici
Premières observations du Soleil
Pour commencer, petites observations du Soleil dans le domaine optique :
Observation du Soleil au Solarscope : l'image du Soleil est projetée, on observe deux taches solaires.
Observation du Soleil au PST : on regarde le Soleil à travers un filtre H alpha (laisse voir les protubérances en particulier)
On observe une belle protubérance,
puis un peu plus tard, on observe la granulation ainsi qu'un filament.
Le soleil était à son tout début de reprise d'activité (début du cycle solaire).
Montage du radiotélescope
Voici le pied du radiotélescope.
Photo 1 : le support du radiotélescope Photo 2 : boussole et niveau
Avant de monter le radiotélescope, il faut orienter le support selon l'axe Nord-Sud (à l'aide de la boussole) et s'assurer de son horizontalité (avec le niveau, en jouant sur les trois vis qui servent de pieds)
Photo 3 : pied du support
Il faut enfin s'assurer que le coude forme bien un angle à 47° (le lieu de l'expérience est à une latitude de 47°).
Photo 4 : inclinaison du coude
Voilà le résultat !
Photo 5 : le support
On ajoute la monture qui va supporter l'antenne parabolique et la tête contenant le capteur...
Cette monture peut pivoter autour de l'axe incliner du pied du radiotélescope.
Ensuite on installe la tête, qui contient le capteur, situé au foyer de la parabole
Photo 6 : monture
Photo 7 : tête contenant le capteur
On installe ensuite la parabole !
Le tout doit être bien fixé, et on installe deux poids de 5 kg sur le socle pour en assurer la stabilité…
La parabole n’est pas tout à fait ronde, elle mesure 1m de large de haut en bas, et 92 cm de gauche à droite… Comme le soleil passe sur ce dernier diamètre, on considère dans les calculs que le diamètre de la parabole et de 92 cm…
Photo 8 : installation de l'antenne parabolique sur son support
La tête est constituée d'un capteur relié à un convertisseur et abaisseur de fréquence.
Cette tête est reliée à un adaptateur (photo 9) lui-même relié à une table d'écriture (photo 10).
Photo 9 : adaptateur
Photo 10 : table d'écriture
Voici la base de temps de la table : on est réglé sur 10 secondes par cm… (Curieuse unité, non ?)
Mais ce réglage est valable avec du 50 mV/cm, et on travaille avec du 0.5 V/cm…
Finalement l’inverse de la vitesse du stylet est théoriquement de 100 secondes par centimètre…
En chronométrant, on obtient 105 s/cm
Photo 11 : base de temps de la table d'écriture
Premières mesures !
Il est temps de commencer les mesures ! Installons une feuille vierge sur la table d’écriture…
Nous commençons par placer la parabole de manière à ce qu’on soit au maximum d’intensité des ondes radio captées : pour cela le soleil doit être « au centre » de la parabole… On utilise un petit repère : l’ombre d’un bout de papier tendu sur un fil devant la parabole, qui sert de repère. On est aux alentours du maximum lorsque cette ombre coïncide avec la croix tracée au milieu de la parabole…
Photo 12 : repère sur la parabole
Le stylet s’est alors déplacé vers le haut : on règle le gain, afin que la courbe remplisse bien la largeur de la feuille.
Ensuite on se place un peu en avant du soleil, de fait que, la terre tournant sur elle-même, le soleil va se déplacer dans le ciel et donc sur la parabole… Qu’il va traverser.
On règle également le zéro du stylet.
Une fois que tout est en place, on baisse le stylet pour qu’il commence à écrire et on lance son déplacement horizontal, en fonction du temps qui s’écoule…
Il ne reste plus à attendre patiemment que le soleil traverse la parabole…
Les ondes radio captées par la parabole sont réfléchies vers le foyer, auquel est placé le capteur qui abaisse sa fréquence, transforme l'intensité ou la puissance reçue en intensité électrique, et le stylet évolue verticalement en fonction de cette intensité (plus l'intensité est grande, plus le stylet est "haut" sur la feuille).
Photo 13 : stylet de la table d'écriture
Photo 14 : Je contrôle le déroulement de l'expérience... !
Première courbe et premiers problèmes...
Première courbe : l’allure est pas mal, mais on a loupé le zéro au début (la courbe s’est mise à monter tout de suite…), et à la fin le stylet continuait de descendre de manière anormale… On a ensuite cherché à recommencer, mais le stylet montait toujours anormalement dès le début des courbes, alors que le soleil n’était pas encore entré sur la parabole !
On s’est demandé s’il y avait des éléments perturbateurs émetteurs de radio-ondes :
- Des avions qui passent près du soleil
- Des satellites (car on n’est pas loin de l’équinoxe, et à l’équinoxe le soleil décrit une trajectoire qui suit l’équateur céleste, qui est peut-être une orbite privilégiée des satellites…)
- Un faux contact au niveau des fils…
Cette dernière hypothèse étant plus facile à vérifier, on se met à faire une petite inspection des embouts des câbles… Et on dirait bien qu’un des câbles est assez suspect !
Photo 15 : câble défectueux
Ni une, ni deux, nous voilà en train de vérifier s’il n’y aurait pas un faux contact… et on dirait bien que c’est le cas ! Qu’à cela ne tienne, une petite soudure pourra arranger tout cela ! Allons chercher le fer à souder !
Et effectivement, une fois que l’on réessaye, le problème semble être résolu…
Photo 16 : fer à souder (notre sauveur !)
Les mesures probantes
Figures 1 et 2 : deuxième et troisième courbes acquises le 6 avril 2010.
Hauteur des courbes : H = 154 mm (1) et 125 mm (2)
Largeur à mi-puissance : m8 mm (1) et 43 mm (2)
Hauteur de la courbe relative au sol : h = 143 mm (1) et 90 mm (2)
Dans le cas 1, le sol est carrelé, dans le cas 2, il est herbu.
Avec ces deux courbes, les calculs donnent les résultats suivants :
Diamètre solaire : θ = 0,10° (A) et θ = 0,32° (B), ces deux valeurs sont beaucoup trop petites ! (normalement cela est de l'ordre de 0.5°).
Cela amène aux températures TS = 76200 K (A) et TS = 9570 K (B) qui sont totalement aberrantes.
Le calcul de température avec un diamètre proche de 0,5° donne TS = 3120 K (A) et TS = 4030 K (B) qui sont trop faibles.
La mesure de la température du sol
L’émission radio du sol nous semblait anormalement haute…
L’hypothèse selon laquelle le carrelage réfléchirait plus d’ondes que la pelouse… En pointant successivement sur le carrelage, puis une partie de la pelouse, puis seulement de la pelouse, on a remarqué que l’émission radio du sol observé diminuait à chaque fois.
Figure 3 : troisième courbe acquise le 6 avril 2010
Au début de l'enregistrement, on a pointé un sol herbu.
Une "acquisition solaire" a ensuite été réalisée, puis un pointage vers un sol carrelé.