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-NG, ce sont les vitesses de déplacement des raies du sodium formées à environ 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, le spectre de fréquence est obtenu.
La figure 1 présente le schéma de principe de l'instrument. Tout comme son prédécesseur GOLF, GOLF-NG observera le doublet du sodium (raies photosphériques D1 et D2). Ces deux rais d'absorption subissent un décalage Doppler permanent qui est mesuré par comparaison avec une cellule de vapeur de sodium contenue dans l'instrument. Cette cellule reçoit la lumière solaire. La raie d'absorption du sodium qu'elle produit, très étroite comparée au doublet généré dans la photosphère, est divisée en deux composantes par effet Zeeman grâce à l'utilisation d'un aimant. Les photons absorbés par la vapeur de sodium sont réémis dans toutes les directions, puis détectés de part et d'autre de la cellule à l'aide de deux photomultiplicateurs. C'est le principe de la diffusion résonante. Grâce à la séparation de la raie du sodium de GOLF-NG en deux composantes s+ et s- , la raie d'absorption solaire est mesurée en deux points autour de son centre. Ces points sont nommés "aile bleue" et "aile rouge" selon que nous mesurons à gauche ou à droite du centre de la raie en nous référant à la longueur d'onde. Un polariseur à l'entrée de l'instrument permet de sélectionner la partie aile rouge ou aile bleue. La figure 2 présente le principe de fonctionnement de GOLF-NG. En a) on voit une raie du sodium produite dans la photosphère solaire. Le continuum est en haut. Les deux petites raies en dessous symbolisent les deux composantes s+ et s- de la raie de la cellule de vapeur de sodium, obtenues par effet Zeeman. Lorsque le nombre Nb de photons comptés dans la partie "bleue" de la raie est égal au nombre Nr de la partie "rouge", la raie du sodium photosphérique est centrée et la vitesse Doppler correspondantte est nulle. En b) on montre un exemple de mesure : Nb>Nr , ce qui indique un décalage Doppler de la raie vers les plus grandes longueurs d'onde et donc un déplacement de la surface solaire sous l'effet des modes d'oscillation. En c) et d) on montre comment la modulation du champ magnétique créée dans GOLF-NG (de ± 100 G) permet de se déplacer le long de la raie. En d) on montre comment il est prévu que GOLF-NG mesure le profil de la raie en huit points. Cela fait appel à une lame 1/4 d'onde placée avant le polariseur d'entrée et qui permet de sélectionner les polarisations circulaires droite et gauche du flux solaire incident. En effet, du fait de la présence de champs magnétiques dans la photosphère, chaque raie photosphérique est divisée en plusieurs composantes par effet Zeeman. Le système d'entrée permet de sélectionner la composante s+ ou s- du flux solaire incident (d'où les deux raies photosphériques représentées sur la figure d). Le système d'entrée permet ensuite de polariser circulairement droite ou gauche la raie du sodium "sélectionnée" et donc d'effectuer les mesures dans sa partie aile bleue ou aile rouge.
Cet instrument est en construction au DAPNIA, entre les trois services SAp, SEDI et SIS, en collaboration avec les observatoires de Bordeaux et Nice et l’institut de Ténérife, l’objectif est d’améliorer encore d’un facteur 10 la sensibilité instrumentale par rapport à GOLF, 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.
Schéma de principe de l'instrument GOLF-NG
