Statut de THEMIS et Perspectives 2005 - 2015

1. Statut de THEMIS et Perspectives 2005 - 2015

2. Aspects statutaires • Première lumière 1996, première campagne 1999. • THEMIS est un TGE INSU de budget 914k€ /an incluant les salaires (12 permanents), et figé depuis 97. • THEMIS est une opération internationale Franco-Italienne (80 % – 20%) • Les accords internationaux de 2eme et 3eme niveau liant le CSCYT au CNRS et l’IAC à L’INSU expirent en 2009 (ainsi que pour tous les autres partenaires internationaux) • 2009 constitue un horizon « naturel » pour des projets d’évolutions instrumentale lancés a/c 2004, dans le but de disposer d’un télescope modernisé de 1er rang mondial pour la spectropolarimétrie et la spectroimagerie solaire. • Durée de vie nominale du bâtiment + télescope: 2025 Prospective PNST – Sept 2005

3. Elements du contexte sol-espace => 2012 • ATST (NSO , 2012+) • 4 m spectropolarimtric telescope • IR instrumentation • VST/SOLIS (NSO, en remplacement du VST, 2005) • Monitoring long du cycle solaire à basse résolution et soleil entier • IMAX (IAC/IAA/INTA/GACE, 2007 ?) • Magnetogaphe imageur pour SUNRISE • Vol sous ballon en antarctique (télescope de 1 m). • VTT (KIS/MPI/+) • Coelostat de 60 cm • Echelle spectrograph (Themis-like), 3 lambdas simultanément + cameras • TESOS: FP ajustable, x-y, l ajustable, f=250000 (similaire IPM) • FPI: FP du même genre que TESOS, optique optimisée pour la haute résolution. • POLIS: spectropolar spécialisée de Fe 630 + Ca II 397 • TIP: spectro polarimètrie -> 2 µm ( a été essayé avec succès à THEMIS en 2004, revient en 2005) • DALSA speckle caméra • Ability to COMBINE observing modes. • GREGOR (KIS/MPI/+, 2006) • 150 cm, analyse polarimétrique en F2 avec unité de calibration intégrée en F2 • FP optimisé pour haute résolution + Stokes polarimétrie (= VTT/FPI refurbished) • HR slit spectrograph pour IR et VIS avec de 1 à 2 A/mm <= first light • POLIS (from VTT) • Combination of instrumental modes possible • DST (NSO/HAO) • Coelostat 60 cm • Spectro-echelle avec 2 et plus longeurs d’onde simultanées possibles • ASP: Advanced Stokes polarimeter, 60Hz polarimétrie avec modulateur ? • UBF: Universal Birefringent Filter. • IBIS: Interferometric BIdimensional Spectrometer • Certaines combinaisons sont possibles. • SVT (RSVT) • Spectropolarimètre en cours d’achèvement (2006): 3 longueurs d’ondes avec résolution spectrale modéréee • BBSO2 () • 160 cm hors axes, pas de chgt de l’instrumentation actuelle • SOLAR-B (Jap/UK/US), 2006. • 0.5 m telescope, optical + EUV + X rays instrumentation • Interaction of B with corona, solar variability • 0.25’’ resolution, Full-Stokes vector magnetography, over 4 lines (FeI 5250, FeI 6302, Cont: 5246, Vel: 5324) • STEREO (US, 2006) • Imageur sur SECCHI • Les autres surtout plasmas, diagnostics CMEs • SDO (US /ILWS, 2008+) • HMI vector magnetograph + velocities, 1.5’’ at least. • Solar Probe (US, 2012 baseline) • Structure et chauffage de la couronne, processus d’accélération, plasmas interplanétaires. • Solar Orbiter (ESA, 2013+) • Field ( plasma + magnetometers) • Particles • Solar remote sensing (Vis imaging + magnetograph, EUV imaging + spectro, Corono, X imaging + spectro. Prospective PNST – Sept 2005

4. Positionnement de THEMIS • Points forts de l’instrumentation actuelle par rapport à la concurrence: • Le potentiel multiraies du mode MTR n’a aucun équivalent à ce jour • Les progrès de ‘l’instrument logiciel’, quick-look et réduction au télescope commencent à permettre d’exploiter ce potentiel comme jamais auparavant • Le schéma actuel d’analyse polarimétrique en F1 entraine des difficultés (cospatialité, réduction du champ) mais procure une qualité de détection qui est à la pointe • La possibilité de commutation entre 3 modes complémentaires (IPM, DPSM, MTR) • Le concurrent spatial immédiat (2006) est Solar-B • Sa spécialisation en longueur d’onde en restreint le champ scientifique • Mais c’est un très sérieux concurrent pour FeI 6302 • Le prochain concurrent sol sera GREGOR (2006 / 2007…) • Cependant pas d’instrumentation révolutionnaire par rapport à l’actuel VTT • Horizon 2012: l’ATST Prospective PNST – Sept 2005

5. Premières conclusions (en 2004)… • L’instrumentation doit nécessairement évoluer pour rester concurentielle à horizon 2009. • Il nous manque obligatoirement: • Une stabilisation des d’images (tip-tilt) pour toute la spectropolar • Gain en RSB et en résolution spatiale, qualité des cartes magnétiques • De meilleurs détecteurs (sensibilité, vitesse, domaine de longueur d’onde) • Gain en RSB • Elargissement des thématiques (planétaire, et un peu de stellaire) • Une vitesse d’acquisition plus grande (raccourcir les cycles d’observation) • Une effort sur l’analyse polarimétrique (vitesse, précision..) • Une réelle exploitation de la complémentarité des 3 modes d’observation • Produire des cartes de B en parallèle avec de la spectroimagerie de qualité • Un cycle de travail observation/dépouillement/publication plus rapide (logiciel …) • Et il nous manque obligatoirement: • Une qualité d’image supérieure (OA) Prospective PNST – Sept 2005

6. Réflexion (WG en cours) Amélioration de la spectropolarimétrie Evolution des détecteurs MTR Optique adaptative Perspective actuelle 2005-2010 • Actions en cours: • Tip-tilt et stabilisation d’image: 2003-2005, en cours d’achèvement • Détecteurs pour le mode DPSM • ‘Instrument logiciel’ (+ Bass2000) • Refonte logiciel de poursuite Prospective PNST – Sept 2005

7. Groupes de Travail • Evolution de la polarisation (CS/THEMIS Resp. F. Paletou, OMP) • Réflexion sur l’augmentation la sensibilité polarimétrique de THEMIS • Proposer des tests de calibration pour choisir entre des solutions déjà proposées ou en faire d’autres • Automne 2005: classement des propositions et action de financement / projet (50 – 100 ??? K€). • Evolution des détecteurs (CS/ THEMIS) Resp. T. Appourchaux, IAS) • Proposer un schéma d’évolution pour l’ensemble des détecteurs, mais en particulier pour le mode MTR (en liaison avec le GT polarisation) • Automne 2005: projet de financement pour le MTR (~200 k€) et rapports sur les deux autres modes • Optique adaptative (Resp. R. Raggazoni, Firenze) • Faisabilité toujours possible, pas de problème majeur. Rapport préliminaire, chiffrage des besoins, dimensionnement du projet, été 2005. • Groupe THEMIS prêt à faire une proposition (let’s make one step forward) ou à simplement jouer son rôle de maître d’oeuvre Prospective PNST – Sept 2005

8. Tip-tilt at F2 • Qualification statique: OK • Qualification dynamique: • Sunspot tracker: ok • Limb tracker: needs an upgrade • Granulation / GP: in progress Prospective PNST – Sept 2005

9. Qualification dynamique du tip-tilt • Stabilisation d’une tache solaire (par la tache) • Résolution 0.11 ’’ /px (zoomed mode) • Les deux séquences sont consécutives, mais les conditions de seeing étaient comparables • Environ 2 i/s, 300ms de temps d’exposition. • Tip-tilt en boucle: environ 200 Hz. • Stabilisation du spectre du FeI 6302 • La raie FeI 6302 est observée en mode MTR sans analyseur. Prospective PNST – Sept 2005

10. Optique Adaptative • Optique adaptative (Resp. R. Raggazoni, Firenze) • Faisabilité toujours possible sur la base étude ONERA 2001. Formation d’un groupe de travail, dimensionnement du projet, chiffrage des besoins, hiver 2005-06. • OA « simple » (ordres de correction < 64) incluant problement un 2eme TT (pas de MCAO). • Conditionné à l’achèvement fructueux du tipt-tilt actuel et à son début d’exploitation. • Groupe THEMIS prêt: • à faire une proposition (let’s make one step forward) • à jouer son rôle de maître d’oeuvre à toutes les phase (fournitures d’interfaces, doc, intégration et tests) Prospective PNST – Sept 2005

11. Détecteurs DPSM • Model: DTA iCam-IC1600ME • Chip: Kodak KAF-1603ME (0) • Size: 1536 x 1024 pixels (9 m) • Full Well: 100000 e- (25e-/adu) • Rate: 12Mp/s (150 ms - 6.6fps) • Read Noise: <1 adu rms (<15e-) • Buffer Readout: <50ms • Total RATE: <200ms (>5 fps) Prospective PNST – Sept 2005

12. DPSM 2005 (Schmieder, Mein(s), Bommier et al., JOP 178) • Cartes MSDP de NOAA 0808. Observations simultanées des 2 raies vers 18:12 UT le 12 septembre 2005. Champ 480 arcsec par 160 arcsec environ: • Intensite D1 a 24 nm • Stokes V dans D1 a 24 nm • Intensite Halpha centre • Intensite Halpha a 35 nm. • Avec également des données MTR… D1 à 24 nm 12/09/05 - NOAA 0808 Halpha centre raie 160 ‘’ 480 ‘’ Halpha à 35 nm Stokes V dans D1 à 24 nm Prospective PNST – Sept 2005

13. Cartes de champ B vectoriel(Bommier 2005 / campagne THEMIS + VTT + CDS + TRACE / priv comm) • Carte de champ vecteur de la région NOAA 767, 29/05/05 7h01-12h01 UT. • Dimension de la carte: 480’’ x 305’’, soit plus de 400,000 éléments de résolution du champ magnétique. • Bel exploit observationnel Prospective PNST – Sept 2005

14. #4 #4 #3 #3 #1 #1 #2 #2 #5 #5 Dips magnétiques dans l’environnement de filaments • Détermination de champ magnétique photosphérique au niveau des pieds de filaments • Plusieurs zones traitées • Stokes polarimetry@6302 + inversion PCA Prospective PNST – Sept 2005

15. Cases #2 & #3 • La région fait environ 20 ‘’ x 10 ‘’. • Haut: flux de B longitudinal (ligne de visée) • Bas: composante verticale locale • Flèches: champ horizontal • Sensibilité magnétique de l’ordre de 1G dans certaines parties • Creux magnétique avec des lignes de champ entrantes (noir) et sortantes (blanc) orientées selon les flèches vertes Prospective PNST – Sept 2005

16. Le multiraies: un atout précieux • Le vecteur B précédent est obtenu par inversion (code UNOFIT) à partir des profils de polarisation • Les continus H_alpha et 6302 sont également disponibles • Besoin de plus de résolution spatiale sans perte la sensibilité polarimétrique pour atteindre des objets type intranetwork, intergranules, régions bipolaires. Filling factor Inclinaison de B 6302 continuum H_alpha continuum Prospective PNST – Sept 2005

17. Besoins de THEMIS: plus de résolutionspatiale … et pas seulement • Spectropolarimétrie à meilleure résolution spatiale • Actuellement à peine mieux que 1’’, alors que THEMIS pourrait atteindre 0.3 - 0.4 ’’ (strictement spatial, 2 à 5 % du temps, sans AO) • A flux fixé, on peut augmenter la résolution actuelle d’un facteur 2 au moins, tout en préservant la sensibilité polarimétrique. • Spectropolarimétrie à meilleure résolution temporelle • Permt le suivi de l‘évolution des structures de qques minutes à qques heures (améliore la précision polarimétrique) • Elargissement du domaine spectral accessible • Vraie couverture du domaine bleu (4100 – 4500 A) • Couverture raisonnable du domaine proche IR (8000- 15000 A) • Meilleur rendement quantique permet un élargissement sensible des thématiques • Ouvre des possibilités en polarimétrie planétaire (Jupiter, Mercure…) / stellaire (un peu) Prospective PNST – Sept 2005

18. Possible nouveau détecteur pour MTR • 512x512 EMCCD camera, 16µm pixels • 0.22’’ pixel size • 200 000 full-well • 106 e in 750 ms, without amplification, with a noise of 11 e • Readout 10 ->30 MHz Prospective PNST – Sept 2005

19. Possible nouveau détecteur pour MTR • Mercure observé au méridien (midi) au voisinage de NaD1. • Corrigé de la brillance du fond de ciel (donc mesurée) • Absorption, et « faible » signature de réémission (attendue). • demande 200 à 300 secs de temps d’integration (plusieurs pauses, gain au maximum). Prospective PNST – Sept 2005

20. ? Prospective PNST – Sept 2005

21. Stabilisation et qualité d’image Stabilisation à 0.1’’ pour tout les modes au minimum 30% du temps 2006 OA, 3 hypothèses: OA ‘lourde’ réflexion en cours 2006-2010 Hypothèses intermédiaires … Evolution spectropolarimétrie 10-4 à mieux que 0.5’’, en cours ou terminée selon projets 2008 Séparateur de faisceau à cospatialité 0 actuellement en phase de projet (LESIA). 2007 ZIMPOL invité à THEMIS a/c 2006 Evolution détecteurs 3 i/s à <0.2’’ pour DPSM 2005 -> 2006 1 à 20 i/s à 0.2’’ pour MTR, de 400 nm à 1.4 µm (importante ouverture IR) Quelques possibilités de spectropolar planétaire/stellaire 2006 -> 2008 Evolution ‘instrument logiciel’ Réduction Stokes en-ligne couplée à l’observation pour tout les modes 2006 Programme d’inversion en ligne, cartes de vecteur B proche temps réel pour FeI au minimum, + ? Objectifs 2008 Prospective PNST – Sept 2005

22. Horizon 2012+: THEMIS est-il « upgradable » ? • Cf. upgrade du ‘vieux’ Gregory en GREGOR • Stratégie differente selon l’existence et l’accessibilité de l’ATST à cette époque • Mais nous serions prisonnier du site: Que vaut-il vraiment ? • Information diurne très faible depuis campagne JOSO (1979) • Un survey va commencer en 2005 et donnera au minimum la possibilité de comparer Tenerife et La Palma… • Colloque « Instrumentation solaire au Canaries » fin 2006 Prospective PNST – Sept 2005