Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

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Christian Buil
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Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by Christian Buil »

L'activité solaire commençant à devenir significative, il est temps de s'offrir la possibilité d'observer la surface de l'astre du jour dans nos raies spectrales favorites. Comme nous sommes tous spécialistes de la spectrographie, c'est facile en fait. C'est dans cet esprit que j'ai conçu Sol'EX (solar explorateur) : un spectrohéliographe "modeste", hyper classique... mais très optimisé pour être vite exploité sur vos plus petits télescopes (chercheurs, petites lunettes guides, etc). Pas besoin d'avoir un télescope dédié. Le but est de faire rapidement de l'imagerie de la surface solaire en Halpha, en Ca II, ... et bien d'autres choses. Ce projet sera bien sur rendu public pour être reproduit (fichiers STL, doc, tutos...) si l'envie vous viens.

L'impression 3D est déterminante et constitue l'élément déclencheur (je me suis procuré une imprimante PRUSA mk3, et il n'y a plus de limites...). Point très important, Sol'EX est très léger, moins de 500 grammes avec la caméra (ici un modèle ZWO ASI290 mini), peu encombrant et ne coute que quelques centaines d'euros seulement. La bande passante spectrale est équivalente à un filtre Halpha de 0,34 à 0,45 A. Voici un "éclaté" de la bête :    

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et une fois le capot fermé :

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Les toutes premières images Halpha faites il a 3 jours, avec le beau groupe de tache qui se promène actuellement… D'abord en montant Sol'EX au foyer d'une lunette FS60 Takahashi (notez qu'il n'y a pas de filtre devant l'objectif), avec un Soleil presque en entier :

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Je suis content, le résultat est très conforme à l’attendu. Mais bien sur, si la finesse du "filtre" est là (noter le contraste des protubérance !), en revanche on est très loin en matière de résolution des détails sur le disque par rapport aux résultats que sortent certains amateurs avec des lunettes et des filtres sensiblement plus couteux, et surtout un équipement spécifique, ce qui n'est pas la philosophie ici - vous avez envie de faire une image du Soleil avec un mini instrument parallèle, hop c'est vite fait. Le fente fait 10 microns de large au foyer, c'est la limitation, et en plus le soleil est bien bas sur l'horizon. Donc, ce n'est pas fait pour les amateurs des très haute résolution spatiale, mais on voit malgré tout pas mal de choses.

Voila comment cela se présente sur le télescope avec une Takahashi FS60 :

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Avec un Maksustov (1500 mm de focale), on voit un peu plus de détails, ici ma meilleure image lors de cette séance inaugurale (première lumière) :

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A un autre moment, avec la magie du système qui permet sur la même acquisition de faire des images à diverses longueur d'onde :

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Ou encore voir les protubérance en 3D (avec la vitesse radiale) :

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(toutes ces  images sont prises au même moment, vous le savez, l'aspect des  protubérances dépend de la vitesse du gaz dans la direction de l'observateur).

Le Mak127 avec Sol'EX au bout :

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L’acquisition avec FireCapture (le trait vertical est la raie Halpha alors que l’image du Soleil défile devant la fente d’entrée de Sol'EX) --- Valérie D. est à la manoeuvre :

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C'est à vrai dire très ludique, dynamique, et toujours magique et pédagogique.  

J’ai donc pesé Sol’EX : moins de 500 g, caméra comprise !

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En achetant au prix fort les composants, le coût de Sol'EX est de 450 euros TTC environ (fente, 2 lentilles, le réseau). Je considère que  coût de la 3D est négligeable. Correct pour le résultat obtenu, je pense. Il faut compter dans les 1000-1200 euros si on n’a pas la caméra (ASI290 mini) et un filtre passe-bande Halpha (un 10 nm voire 50 nm conviennent parfaitement), mais je suppose que ce n'est pas le cas pour la plupart d'ente-vous !

Comme dit plus haut, Il y aura bien sur un site web, avec les STL, le mode d'emploi, etc. Probablement avant la fin de l'année. Si c'est un vrai succès on pourra même envisagé des petites choses en plus (prix de groupe, stages, autres applications ...).

Christian Buil


Nota : dans un contexte ludique e d'apprentissage de la spectrographie, et un peu plus, je pense qu'il est possible de faire aussi de la spectrographie modeste avec Sol'EX sur de tout petits télescopes avec une résolution de R=15 000 au moins en pointant des étoiles brillantes pour le prix indiqué (mais c'est un autre sujet dont on reparlera surement).
etienne bertrand
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by etienne bertrand »

EXELLENT !!! ça m'intéresse beaucoup de faire de la spectroheliographie. je suis ok si vous voulez faire un projet d'achat groupé.
Super Christian comme toujours !!
Thibault de France
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by Thibault de France »

Super Christian,

Très beau projet .
Hamish Barker
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by Hamish Barker »

Looks great! I have a friend who is into 3d printing.

What are the collimator and camera focal lengths?

Thanks again for your inspiring designs!
Christian Buil
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by Christian Buil »

Hamish, f=80 mm for the collimator and f=60 mm for the camera lens (standard ThorLabs chromatic doublets).

Sinon les dernières images... le solex en feu !!!

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Je plaisante, bien sur ! J’ai fabriqué un petit système d’évacuation de la lumière en trop sur le coté, et comme en amont il y a un filtre rouge, ça donne cet effet. Sans filtre EFR cela ne chauffe pas, mais je vais regarder en m’en procurer un tout de même.

Sinon, une chose que permet de faire un spectrohéliographe, c’est d’observer dans des raies particulières, et en particulier la fameuse raie de l’hélium à 5876 A. C’est une manip dure, car la raie est très faible, il faut un super contraste dans l’instrument, un bon test pour Sol’EX. Pour donner une idée de la difficulté, voici comme ce présente la raie He I par rapport à la brillante photosphère quant on vise au bord du soleil --- ce n’est pas brillant ! :

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(on voit plutôt la diffusion de l'atmosphère et je n'utilisais pas Sol'EX à sa plus forte résolution spectrale)

On arrive malgré tout à faire une image du disque dans la lumière He I:

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On voit des plages de He au niveau des taches, la détection est claire mais on est pas loin du bruit. En fait ce n’est qu’une seule image sous-exposée, je ferais bien mieux la prochaine fois car maintenant que je sais que Sol’EX le permet…

(cette image est le rapport de la raie par le continuum voisin, d'où l'aspect très plat).

Sinon des vues plus « traditionnelles » au même moment, pour le repérage :

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Christian
etienne bertrand
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by etienne bertrand »

Bravo Christian,
Mais ou est ta camera de guidage ?
Ken Harrison
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by Ken Harrison »

Etienne,
For the spectroheliograph application there's no need of a guide set-up.
"Astronomical Spectroscopy - The Final Frontier" - to boldly go where few amateurs have gone before....
"Imaging Sunlight - Using a digital Spectroheliograph" - Springer
http://www.astronomicalspectroscopy.com
etienne bertrand
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by etienne bertrand »

But you need to put the sun in the slit, if you don't see how do you find the sun ?
Ken Harrison
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by Ken Harrison »

I have the SHG on an EQ mount.
Looking at the shadow of the SHG it's very easy to find the Sun. It's a little more difficult to focus the solar image onto the slit plate ....
To take a spectroheliogram, you can let the solar disk scan across the slit with the RA drive off, this takes about 120 sec. I use x8 slewing rate to get a 15 sec scan.
I think Christian is using his Scan2Pic under IRIS to produce the image. There are many other options today: Virtual Dub/Image J, BASS Project, Spec Helio Bas, and my favourite - Spectral Line Merge (SliM, by Wah-Heung Yuen)
"Astronomical Spectroscopy - The Final Frontier" - to boldly go where few amateurs have gone before....
"Imaging Sunlight - Using a digital Spectroheliograph" - Springer
http://www.astronomicalspectroscopy.com
Christian Buil
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Re: Sol'EX : a low cost instrument for solar observations

Post by Christian Buil »

Un prolongement naturel de Sol'EX : dès l'origine, il est clair pour moi que cet instrument peut aussi être employé pour l'observation des étoiles au prix de l'ajout de quelques extensions assez simples, bien sur réalisées en 3D. L'évaluation de "Star'EX" sur les étoiles reste à faire, mais voici à quoi cela ressemble, cette fois en utilisant une caméra refroidie :

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En spectrographie stellaire, ce que l'on peut dire dès à présent est que la principale limitation vient de l'usage de doublets standard ThorLabs : le domaine spectral exploitable est relativement étroit (j'ai calculé des lentilles qui permettraient de plus hautes performances, faudra voir si elles se fabriquent un jour...).

Christian Buil
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