THE SPECTROHELIOGRAPH MODE OF LHIRES2 SPECTROGRAPH
UTILISATION DE LHIRES2 EN MODE SPECTROHELIOGRAPHE

Last update / dernière mise à jour :  3 October 2004

This note briefly describes the possibility of LHIRES2 spectrograph in the field of monochromatic observation of the Sun. The details of the method is described here. For this tests the LHIRES2 spectrograph is attached to a Takahashi FS-128 refractor. The entrance aperture is limited to 50 mm by a diaphragm. The camera is a standard webcam (Philips ToUcam Pro) - not modified. The spectral sampling (pixel size of 5.6 microns) is 0.072 angstrom/pixel, so  the Ha line is easily resolved. The projected size of the slit spectrograph on the sun surface is 4.5 arcsecond.
Cette note décrit brièvement les possibilité du spectrographe LHIRES2 pour l'observation monochromatique du Soleil. Le détail de la technique est décrit ici. Pour ces premiers essais (28 aout 2004) le spectrographe LHIRES2 est fixé à l'arrière d'une lunette Takahashi FS-128. L'ouverture d'entrée est diaphragmée à 50 mm. La caméra est une webcam standard (Philips ToUcam Pro) - non modifiée. L'échantillonnage spectral (avec des pixels de 5,5 microns) est de 0,072 angstrom/pixel, aussi la raie Ha est aisément résolue. La taille angulaire projetée de la fente d'entrée du spectrographe sur la surface solaire est de 4,5 seconde d'arc.

 
LHIRES2 at the focus of the 5-inch refractor (used at the aperture of 50 mm). The webcam is mounted at the end of the spectrograph and replace the Aude CCD camera, it is the only difference compared to the stellar configuration. The Watek video is a good help for select the sun region. The weight of this version of LHIRES is 1.8 kg.
LHIRES2 au foyer de la lunette de 128 mm (utilisée à l'ouverture de 50 mm). La webcam est montée à l'extrémité du spectrographe et remplace la caméra CCD Audine, c'est la seule différence par rapport à la configuration utilisée pour l'observation des étoiles. La caméra vidéo Watek facilite l'identification de la zone du Soleil observée (ce pourrait être une seconde webcam). Le poids de cette version de LHIRES2 est de 1,8 kg.

The aspect of the Ha line (note the generous wide of the line given by LHIRES2).
L'aspect de la raie Ha (on peut noter la largeur généreuse de la raie donnée par LHIRES2).

  
This is the first light of LHIRES2 in the domain or solar observation (August 28, 2004). Three scans are assembled for produce this Ha view. The contrast of the left version is enhanced for improve the prominances vision at the limb. The vertical shift between two adjacents line is the consequence of a huge atmospheric turbulence during this observation. The signal of three adjacent CCD lines are added, centered on the core of Ha. The equivalent bandpass is of 0.25 A..
C'est la première lumière de LHIRES2 dans le domaine de l'observation solaire (28 août 2004). Trois balayages successifs ont été assemblé pour produire cette vue Ha. Le contraste de la version à gauche a été accentué pour mieux voir les protubérances en projection sur le fond de ciel. La turbulence était très forte lors de l'observation, ce qui explique les décalages verticaux entre lignes adjacentes. Le signal est l'addition de trois lignes adjacentes du capteur, centrée sur le cœur de la raie, ce qui donne une bande passante de 0,25 A. 

Aspect of the spectroheliogam function of the wavelength. l0 is the approximate center of the Ha line. The relative intensities are not respected (the core of the hydrogen line represent 20% of the adjacent continuum).
Aspect du spectrohéliogramme en fonction de la longueur d'onde. l0 est la longueur d'onde approximative du centre de la raie Ha. Les intensités relatives ne sont pas respectées (le cœur de la raie de l'hydrogène représente 20% de l'intensité du continuum adjacent).

The faint emission of the He I line at l5875.6 A is detected, near the famous yellow sodium doublet. The entrance slit of the spectrograph is nearly tangent to the solar limb. Many dust on the detectors window are also visible (to be corrected  !).
La faible émission de la raie de l'hélium à l5875.6 A est visible, non loin du célèbre doublet du sodium dans la partie jaune du spectre. La fente d'entrée du spectrographe est ici pratiquement tangente au limbe solaire. De nombreuses poussières déposées sur le hublot du capteur CCD sont aussi visibles (à corriger !).

 
Comparison of the He I (l5878 A) spectroheliogram and of the Ha spectroheliogram. The He I image is the result of the line intensity minus adjacent continuum  (at ±0.49 angstrom relative to the line center). The horizontal lines are artifacts (bad slit irregularity correction). Faculae appear in negative contrast and the relative intensity of details is not the same between the two compared lines. An impressive result if the very faint intensity of the He I line is taked into account !
Comparaison du spectrohéliogramme He I (l5878 A) et du spectohéliogramme Ha. L'image He I est l'intensité de la raie à 5878 A à laquelle on soustrait le continuum voisin (à ±0.49 angstrom par rapport au centre de la raie). Les traits horizontaux sont des artifacts (correction insuffisante des défauts de régularité de la fente). Les facules apparaissent avec un contraste inversé dans la lumière de l'hélium comparativement à la raie Ha et les intensités relatives des détails ne sont pas les mêmes. Ce résultat est impressionnant compte tenu de la faiblesse de la raie en question !

The capacity of LHIRES2 to take spectroheliogram is demonstrated. The instrument is optimized for stellar spectroscopy, so direct visual observation of sun surface is impossible, but, the low cost and the number of possible application compensates. It is a good alternative for sun chrosmosphere observation. The result presented here are the very first with LHIRES2. Some improvement are possible,  but a more adapted video camera is the first one (B&W webcam, dedicated camera, ...).
La capacité de LHIRES2 à acquérir des spectrohéliogramme est démontrée. L'instrument est optimisée pour la spectrographie stellaire, en particulier il n'est pas possible d'observer visuellement les protubérances, mais, le faible coût et le nombre d'applications possibles compenses. Il s'agit là d'une bonne alternative pour observer la chromosphère. Les résultats présentés ici sur le Soleil sont les tous premiers pour LHIRES2. Quelques améliorations sont possibles, la première de toute étant une caméra mieux adaptée (webcam N&B, caméra dédiée, ...).

1 September 2004 observation
First full disk scan
 

 
Scan taken the 1 September 2004 around 9:10 UT. The entrance aperture of the refractor is limited to 50 mm (2-inch). Left, an unprocessed version. Right, a wavelet sharpened version.
Spectrohéliogramme réalisé le 1 septembre 2004 vers 9H10 TU. L'ouverture d'entrée de la lunette est toujours limitée à 50 mm. A gauche, une version non traité/ A droite, le contraste a été augmenté par un filtre du type ondelette.

 
Comparison of a scan taken the 1 September 2004 at 9H10 UT and a scan taken the 1 September at 12:20 UT (partial, note the wide of an elementary webcam scan - remember the focal length of the refractor is 1040 mm and the CCD chip is small, so five scan are necessary for cover the entire disk). For the latter note a better selection of the core of Ha line and the high contrast of details.
Comparaison de deux scans (balayage) réalisés le 1 septembre à 9H10 TU à gauche et à 12H20 TU à droite (ce dernier est partiel, noter la largeur du balayage élémentaire permis par la webacm - il faut se rappeler que la distance focale de la lunette est de 1040 mm et que la puce CCD est petite, aussi faut-il 5 scans pour couvrir le disque en entier). L'image réalisée à 12h20 TU est très contrastée, probablement grace à un meilleure sélection du cœur de la raie Ha lors du traitement.

Details of the southern prominences. Détails des protubérances situées au sud du disque.

A very special view of the prominences. The green component of this tri-color image is composed by the signal of the central core of the Ha line. For the red layer by using part of the spectrum shifted toward the red side of Ha line by a value of 0.33 A. For the bleue layer, we use a region of the spectrum shifted by a value of 0.33 A toward the bleue relative to the Ha core position. So the colors are the traduction of  Doppler effects of the gazes (i.e radial velocity). For example, the bleue feature of  left prominence come toward the observers at the velocity of about 15 km per second.
Une vue très spéciale des protubérances. La composante rouge de cette image trichrome est composée du signal provenant du centre de la raie Ha. La couche rouge est obtenu en sélectionnant la partie du spectre décalée de 0,33 A vers le rouge par rapport au cœur de la raie Ha. Pour la couche bleu le décalage est toujours de 0,33 A, mais cette fois vers le rouge par rapport à Ha. De fait, les couleurs sont la traduction de l'effet Doppler du gaz, c'est-à-dire sa vitesse radiale. Par exemple, la matière du détail de couleur bleue situé dans la protubérance de gauche se dirige vers l'observateur à une vitesse d'environ 15 km par seconde.

You download here a typical scan of the sun limb (file demo.avi - size 1.5 Mb). The AVI duration is of one-minutes (a full sun can duration is normally 2-minutes). This file is highly compressed and the quality is not very good. But you can see easily the two prominences of the preceding images. The Ha line is the large vertical absorption line at the center. The webcam gain is here adjusted for saturate the photosphere for a maximum contrast of the limb region prominences.
Vous pouvez télécharger ici un scan du limbe solaire (fichier demo.avi - taille : 1,5 Mo).  La durée de cet AVI est d'une minute (alors qu'un balayage complet du disque solaire dure environ deux minutes). Ce fichier est fortement comprimé par rapport à l'original. Il est cependant possible d'y distinguer les deux principales protubérances des vues ci-dessus, qui se détachent brièvement au limbe lorsque la fente d'entrée du specrographe passe à leur niveau. La raie Ha est la large bande au centre. La gain de la caméra a été ici ajusté pour saturer la photosphère (et aussi le chromosphère sur le disque) afin d'avoir un contraste maximal pour les protubérances au limbe;

4 September 2004 observation

 
Comparison of a Ha image (spectroheliogram taken the 4 September 2004 at 11H30 UT) and a "white" light image (the detector column is situated  1.5 angstroms minus the Ha core position)..
Comparaison d'une image Ha (spectrohéliogramme obtenu le 4 septembre 2004), avec une image du continuum (la ligne sélectionnée du détecteur est située à 1,5 angstroms du cœur de la raie).

8 September 2004 observation
Doppler spectroheliograms


Ha - 12:15 UT

Method, samples... click here for details

9 September 2004 observation

 
Ha - 11:50 UT 

13 September 2004 observation


Ha

plus possible magnetic field... click here

16 September 2004 observation

  
Left, the continuum image, right the Ha image (0.22 Å LHIRES2 bandwidth - 14:00 UT). For the first time a modified Black and White CCD webcam is used (Philips Vesta + Sony ICX098BL CCD - 5.6 microns pixel size - true 0.072 Å spectral sampling). Thanks to Laurent Brouillac for the contribution! Also, for the first time the FS-128 refractor is used at full-aperture (5-inch).
A gauche, une image du continuum, à droite une image Ha (bande passante de 0,22 Å avec LHIRES2 - 14H00 TU). Pour la première fois une webcam modifiée noir et blanc est utilisée ((Philips Vesta + Sony ICX098BL CCD - pixels de 5.6 microns). Merci à Laurent Brouillac pour sa contribution ! Pour la première fois aussi la lunette FS-128 est utilisée à pleine ouverture.

Some prominences (west side - 13:45 UT).
Quelques protubérences (coté ouest - 13H45 TU)

 Some (compressed - typical size: 1.2 Mo ) AVI near Ha line and the He I 5878A line.

17 September 2004 observation

Ha 30-minutes animation (10 images between 10:04 and 10:37 UT).
Click here for display.

 
A photosphere image (left) and an H Alpha image (right) of the east group (673). 9:20 UT.

18 September 2004 observation

The active group 673 at 8:55 UT

The active group 672 at 9:22 UT

Part of the active group 672 animation 
First image: 9:51 UT - Latest  image: 10:39 UT
 Blue wing of Ha

22 September 2004 observation

25 September 2004 observation

 
Ha images, helium D3 images, Doppler images, Evershed effect, possible Zeeman effect, ... click here.

28 September 2004 observation

Click here for details

2 October 2004 observation

Field 1 - white light image (10:50 UT)

Field 1 - Ha image (click here for display a white/Ha animation - 140 Kb)

Field 2 - white light image (11:10 UT)

Field 2 - Ha image (click here for display a white/Ha animation - 140 Kb)

3 October 2004 observation

8:10 UT (Note a better seeing condition comparatively to the Oct 2, 2004 observation)

Click here for display a movies of the sun aspect from the core of the Ha toward the bleue wing of this line (600 Kb). Click here for a full format version (2.8 Mb).

Click here for display an animation of a very fast eruptive prominence on the sun disk. The typical velocity observed is 200 km/s. Because the Doppler shift, the prominence is totally invisible in the Ha image. The movies correspond to a wavelength equal to Ha core minus 1.1 angstroms for taking into account the bleue-shift of the prominence image's. Note the fast displacement (the real duration of the sequence is of 30 minutes). Note also the brief apparition of dark spot, corresponding to ascending large spicules. 680 Kb.

  
Sun observations with the LHIRES2 spectrograph (the Vesta Pro webcam in place)

Click below the related links site about LHIRES2 and spectroheliograph.
Cliquer sur les liens ci-après concernant LHIRES2 et la spectrohéliographie.

LHIRES2 project / Le projet LHIRES2 : http://astrosurf.com/buil/lhires2/lhires2.htm
LHIRES2 first light / La première lumière de LHIRES2 : http://astrosurf.com/buil/lhires2/fisrtlight.htm
LHIRES2 at Pic du Midi / LHIRES2 au Pic du Midi : http://astrosurf.com/buil/us/pic2004/spectro.htm
LHIRES Lithium observation in stars / LHIRES observe le lithium dans les étoiles : http://astrosurf.com/buil/lithium/obs.htm
ARAS site / Le site ARAS : http://astrosurf.com/aras  

Philippe Rousselle site / Le site de Philippe : http://www.astrosurf.com/spectrohelio/index-gb.htm
Fred Veio site / Le site de Fred Veio : http://www.spectrohelioscope.net/index.htm

Back