Conception d’un interféromètre de Fabry Perot pour la mesure des vitesses radiales solaires sur la mission Solar Orbiter

Design of a Fabry Perot interferometer to measure solar radial velocities on the Solar Orbiter space mission

• Auteur / Autrice : Clément Trosseille
• Direction : Thierry Appourchaux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Héliosismologie

Fabry-Pérot, Interféromètres de

Soleil

Physique nucléaire -- Instruments

Résumé

Cette thèse a été consacrée à l'étude des caractéristiques requises de l'analyseur spectral de l'instrument PHI (Polarimetric and Helioseismic Imager) embarqué sur la mission Solar Orbiter de l'Agence Spatiale Européenne. Après une rapide revue de la théorie des oscillations solaires, des visées de l'héliosismologie, la discipline qui leur est consacrée et de ses principaux résultats, nous étudierons les critères définissant le dimensionnement de l'analyseur spectral de PHI, un interféromètre de Fabry Perot. Nous verrons comment les conditions particulières de la mission et ses exigences scientifiques contraignent les paramètres instrumentaux et les choix technologiques, et proposerons un concept de double analyseur vérifiant les spécifications imposées. Pour valider ce concept, nous avons travaillé sur un modèle de laboratoire, une cavité Fabry Perot accordable à cales piézoélectriques. Nous décrirons les expériences menées pour déterminer les caractéristiques de cet interféromètre, effectuer certaines calibrations et vérifier sous quelles conditions un modèle similaire pourrait être utilisé en vol. Nous verrons également comment nous avons cherché à utiliser cette cavité pour mesurer les oscillations solaires. Nos mesures, effectuées à Ténérife au printemps 2008, nous ont permis de vérifier les bonnes performances de l'instrument, malgré l'impossibilité d'obtenir un diagramme k-ω satisfaisant. Nous comparerons nos résultats à ceux issus de données du réseau GONG que nous prendrons comme référence.

This thesis was devoted to the study of the specifications of the spectral analyzer of the PHI instrument (Polarimetric and Helioseismic Imager) aboard the Solar Orbiter mission of the European Space Agency. We will review briefly the theory of solar oscillations and the birth, goals and results of helioseismology, the domain of astrophysics that studies them. Afterwards, we will have a look at the different criteria that define the main characteristics of PHI’s spectral analyzer, a Fabry Perot interferometer (FPI). We will see how the peculiar environmental conditions of the mission, together with the scientific objectives, constrain the instrumental parameters and the technological choices, and we will propose a concept of spectral analyzer based on two FPIs meeting the requirements. A proof of concept was studied in the lab, in the form of a piezoelectric tunable Fabry Perot cavity. We will describe the experiments performed in order to determine the characteristics of this interferometer, proceed to calibration measurements, and address the issue of in-flight usability. We have taken our FPI to a solar observatory in Tenerife in spring 2008 in order to measure solar oscillations. Performance was satisfactory, although we were not able to obtain a nice enough k-ω diagram. We compare our results with ones obtained with data of the GONG network that stand as a reference.