Photographier le Soleil

Le Soleil est intéressant à observer et à photographier car c’est un astre qui évolue rapidement. On recherchera particulièrement les taches solaires, les protubérances et bien sûr les éclipses.

Dans la classification astronomique, le Soleil est une étoile de type G2V (naine jaune) d'une masse de 2.10³⁰ kg, composée d’hydrogène (74 % de la masse), d’hélium (24 %) et d’une fraction d’éléments plus lourds. D’un rayon de 700 000 km et situé à une distance de 150 millions de km, son diamètre apparent moyen de 32’ est très proche de celui de la Lune (entre 29,3 et 33,5'). Nous voyons la couche externe, la photosphère, d’une température moyenne de 6000°K.

AVERTISSEMENT : Il ne faut JAMAIS pointer une optique vers le Soleil sans un bouchon opaque ou un filtre spécialisé placé DEVANT l’objectif de l’instrument, à l’exception des lunettes ou spectroscopes conçus pour l’observation solaire (voir plus loin). Ce filtre doit être solidement fixé et exempt de tout défaut. Personnellement, je démonte avant la séance les accessoires qui ne seront pas utilisés : lunette d’autoguidage, chercheur, pointeur laser etc.

Le filtre le plus courant est la marque Astrosolar, vendu en feuilles A4 ou 0,5 x 1 m. Je conseille de choisir la densité 5 prévue pour le visuel ; la densité 3,8 est réservée à l'astrophotographie avec un filtre complémentaire rouge ou vert de type "Baader continuum" censé améliorer le contraste. Pour les instruments d’un diamètre supérieur à 150 mm, il faut prévoir un deuxième filtre atténuateur ou un bouchon-diaphragme afin de réduire la luminosité. Le filtre doit être découpé, collé sur une couronne et placé dans un porte-filtre adapté au diamètre de l’instrument. Ce filtre est très fragile, il convient de le protéger convenablement. Au-delà de 100 mm, je recommande d’utiliser un porte-filtre en métal avec des vis pour fixer solidement celui-ci sur l’instrument. Les conséquences d’une chute du filtre à cause du vent peuvent être dramatiques.

La mise en station de la monture n’a pas besoin d’être précise ; un alignement du trépied avec le Nord géographique suffit, avec le bon réglage de la latitude du lieu. On sélectionnera la vitesse de suivi « Solar rate ».

Par sécurité, le Soleil ne fait pas partie des astres programmés en GOTO mais le pointage de l’instrument est facile avec un tube allongé : il suffit de rendre circulaire l’ombre projetée. On pourra éventuellement utiliser un chercheur solaire, lequel projette une tache lumineuse sur un écran à travers un petit trou. Encore une fois, il ne faut jamais regarder dans la direction du Soleil sans protection.

Le filtre Astrosolar bloque une grande partie de la lumière sur tout le spectre ; il faut faire quelques photos test pour régler l’exposition. Avec l’APN sur le télescope Newton 150/750 ouvert à F5, le réglage pour la photo est 1/2000s à ISO100. Pour la mise au point en LiveView sur le bord du disque, je recommande de saturer la luminosité en multipliant par 4 le temps de pose afin d’avoir un limbe bien net, puis de revenir au réglage de vitesse choisi.

Les taches solaires apparaissent et disparaissent en quelques jours au voisinage des 30e parallèles nord et sud, elles sont entrainées par la rotation de l’astre : 1 tour d’Ouest en Est (soit de gauche à droite) tous les 24 jours à l’équateur, un peu plus aux pôle (32 jours). Liées à des anomalies du champ magnétique, leur couleur sombre provient d’une température inférieure de 2000° à celle de la surface. Leur nombre est plus élevé au maximum de l’activité solaire selon un cycle de 11 ans en moyenne, qui correspond à une inversion des pôles du champ magnétique solaire ; le dernier pic date de 2014. On mesure approximativement cette activité avec le nombre de Wolf = nombres de taches + 10 x nombre de groupes de taches.

Le site du projet SOHO https://soho.nascom.nasa.gov/sunspots/ conduit en coopération par la NASA et par l’ESA publie des images quotidiennes du Soleil dans différentes longueurs d’ondes, dont le visible. On peut ainsi surveiller l’apparition des taches les plus spectaculaires.

Pour photographier ces taches en gros plan, il faut un fort grossissement et employer la vidéo (séquences de 30s avec poses de 1 à 2 ms maximum) afin de réduire les effets de la turbulence atmosphérique, comme pour la Lune. On privilégiera des observations en milieu de matinée, quand le Soleil est suffisamment haut mais la turbulence thermique n’est pas trop forte. La mise au point devra être recalée régulièrement en raison de l’échauffement de l’instrument.

Les protubérances sont des jets de plasma de plusieurs milliers de km qui suivent les lignes du champ magnétique lors des éruptions solaires, lesquelles durent quelques heures. On ne peut pas les voir avec le filtre Astrosolar, il faut utiliser un filtre très étroit (<1 nm) centré sur la raie Halpha de l’hydrogène, protégé par un filtre de type D-ERF en entrée de tube. Les marques LUNT et MEADE/Coronado produisent des ensembles complets lunette + filtres accessibles aux amateurs ; la plupart des clubs d’astronomie en sont équipés.

Ci-dessous la lunette LUNT 80/560 mm du club ajaccien d'astronomie avec son filtre Halpha de 0,1 nm réglable par pression.

 Photo prise depuis avec la lunette LUNT et une caméra de type planétaire :

Les éclipses sont bien sûr des moments privilégiés pour observer et photographier le soleil. Comme l’orbite de la Lune est inclinée de 5° sur l’écliptique, les éclipses de Soleil en un point de latitude donnée ne reviennent pas à chaque nouvelle Lune mais tous les 18 ans et 11,3 jours (223 mois synodiques lunaires) selon un cycle appelé Saros, déjà connu des Babyloniens.

L’éclipse est totale quand la Lune masque complètement le disque solaire. Pendant les quelques minutes où le disque est totalement occulté, on peut enlever le filtre de l’instrument et photographier la couronne solaire. Quand la Lune se trouve plus éloignée sur son orbite elliptique, son diamètre est légèrement inférieur à celui du Soleil : il s’agit d’une éclipse annulaire. Enfin, quand l’observateur ne se trouve pas sur la trajectoire de l’ombre principale mais seulement dans la pénombre, il assiste à une éclipse partielle où seule une partie du disque solaire est occultée.

NB : les éclipses solaires sont particulièrement dangereuses car la pupille se dilate avec la baisse de luminosité, mais les parties non cachées de la photosphère sont toujours aussi brillantes. Certaines cellules de la rétine reçoivent environ 10 fois plus de lumière qu’en regardant le Soleil sans éclipse, ce qui crée des petits points aveugles. Il n’y a pas perception de douleur lors de ces destructions de cellules, alors que la vision est gravement endommagée. Il faut impérativement porter des lunettes spéciales, à commander suffisamment tôt auprès des boutiques de matériel astronomique ; 3€ l’unité, ce n’est pas cher pour conserver sa vue.

Les prochaines éclipses visibles en France sont les suivantes :

29 mars 2025 vers 12h :       éclipse partielle

12 août 2026 vers 20h :        éclipse totale (partielle en France)

2 août 2027 vers 10h :          éclipse totale (partielle en France)

Plus d’information sur https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_éclipses_solaires_du_XXIe_siècle

Plus rares, les transits des planètes internes Mercure et Vénus constituent aussi des événements intéressants. Le disque de la planète se détache en contre-jour sur la chromosphère ; le phénomène peut durer plusieurs heures, il n’est cependant pas visible depuis toute la surface terrestre.

Les transits de Mercure peuvent se produire en mai à des intervalles de 13 ou 33 ans, ou en novembre tous les 7, 13 ou 33 ans. Les prochains sont prévus les 7/11/2032 et 13/11/2039.

Les transits de Vénus sont plus spectaculaires car la planète est 2 fois plus proche de nous (à 0,72 UA du Soleil) et possède un diamètre 2,5 fois supérieur à celui de Mercure, d’où un disque apparent 5 fois plus grand. L’observation de ces transits depuis deux points éloignés sur la Terre a permis d’affiner la mesure de la distance au Soleil par parallaxe aux XVIIIe et XIXe siècles.

Le transit de Vénus de 2012 (crédit NASA)

Malheureusement, l’inclinaison du plan de l'orbite de Vénus à 3,4° par rapport à l’écliptique rend les conjonctions assez rares ; les transits se répètent suivant une séquence de 243 ans avec une paire de transits séparés de 8 ans suivis d'un intervalle de 121,5 ans, une autre paire de transits séparés de 8 ans et un intervalle de 105,5 ans. Le dernier transit a eu lieu le 6 juin 2012, les prochains sont prévus en décembre 2117 et décembre 2125.

Avec un bon instrument de diamètre minimum 100 mm, on peut aussi filmer le transit des stations spatiales ISS et Tiangong devant le Soleil ou la Lune. Ce dernier ne dure qu’une seconde environ c’est pourquoi la vidéo est indispensable. Les prévisions de passage figurent sur le site https://transit-finder.com/.

Ci-dessous une superbe photo prise par Thierry Legault avec un Celestron C11 :