Principe de fonctionnement
La meilleure façon de connaître les ondes internes pénétrant jusqu’au cœur du Soleil est d’utiliser un spectromètre à résonance. Il enregistre les variations périodiques de la vitesse Doppler. Dans le cas de GOLF, ce sont les vitesses de déplacement des raies du sodium formées entre 300 et 500 km au dessus de la photosphère qui sont utilisées. L’interférence de l’ensemble des modes acoustiques est détectée en surimpression de la vitesse de déplacement du Soleil par rapport à l’observateur. Puis, par transformée de Fourier du signal temporel de vitesse, le spectre de fréquence est obtenu. Cet instrument mesure les modes acoustiques et de gravité globaux, c'est-à-dire les modes les plus pénétrants (L = 1,2,3). Ce sont les modes détectables en astérosismologie.
Après avoir filtré la lumière solaire autour des longueurs d’onde du sodium (D1 à 589.6 nm et D2 à 589 nm), les détecteurs comptent les photons qui ont résonné avec ceux d’une cellule contenant du sodium gazeux à près de 200°C. Ce phénomène atomique permet de définir un très fin pinceau dans la raie du sodium de 25 mÅ. En choisissant la polarisation d’entrée et en plaçant cette cellule dans un champ magnétique de 4 kG, une mesure est obtenue sur le flanc gauche de la raie, puis en changeant de polarisation, sur le flanc droit. De la dissymétrie du comptage est extraite la vitesse Doppler entre le Soleil et l’instrument, une mesure régulière (toutes les 10s) permet d’étudier les fluctuations de cette vitesse et d’en déduire la fréquence de chaque mode. Plus la durée d'observation est grande, plus la précision de la mesure est élevée puisqu’elle est donnée par l’inverse du temps d’observation. Il convient donc de suivre continûment le Soleil soit avec des instruments placés en réseau autour de la Terre (réseau français IRIS, réseau anglais BISON) soit en satellisant l’instrument comme GOLF et en le plaçant au point de Lagrange L1. Après plusieurs années d’observation la précision sur les fréquences est de quelques 10-5 et la vitesse du son est extraite à mieux que 10-3 près jusqu'à 6% du centre du Soleil, ce qui permet de tester les processus physiques à quelques %. La précision atteinte permet aussi l'extraction du profil de rotation jusqu'à la limite du coeur nucléaire.
Le prototype d'un nouvel instrument GOLF-NG est en construction au DAPNIA, entre les trois services SAp, SEDI et SIS, en collaboration avec les observatoires de Bordeaux, Nice et l’institut de Ténérife, l’objectif est d’améliorer d’un facteur 10 la sensibilité instrumentale afin de mesurer un grand nombre de modes de gravité et leur variation temporelle. L’objectif est d’atteindre des vitesses superficielles de 0.1 mm/s.
L’instrument spatial GOLF a été réalisé par l’Institut d’astrophysique spatial d’Orsay, le DAPNIA au CEA, l’institut d'Astrophysique des Canaries (IAC), et les Observatoires de Bordeaux et de Nice. Une cinquantaine de scientifiques, d’ingénieurs et de techniciens y ont participé.
A gauche : Le principe de fonctionnement de l'instrument.
A droite : Photo de l'instrument pendant sa construction.
