Statut de THEMIS et Perspectives 2005 - 2015 CA THEMIS nov 26-27 2004

Prospective PNST – Sept 2005 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

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

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

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

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 Réflexion (WG en cours) Amélioration de la spectropolarimétrie Evolution des détecteurs MTR Optique adaptative Prospective PNST – Sept 2005

Prospective PNST – Sept 2005 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

Prospective PNST – Sept 2005 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

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

Prospective PNST – Sept 2005 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

Prospective PNST – Sept 2005 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

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

Prospective PNST – Sept 2005 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 These maps have been recomposed from 3 horizontal scans, from top to bottom. The image quality was excellent at the beginning, then degrades up to clouds at the end. The radial aspect of the transverse field is well visible in the sunspots. Apart from these, two regimes can be observed on the maps: an homogeneous regime in the plage (facules) and along the network; a turbulent regime intranetwork. In this last part the signal is wery weak, and the vertical defaults of the map visible there are due to turbulence inside the spectrograph. Prospective PNST – Sept 2005 CA THEMIS nov 26-27 2004

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

Prospective PNST – Sept 2005 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

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

Besoins de THEMIS: plus de résolution spatiale … 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

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

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

Prospective PNST – Sept 2005 ? Prospective PNST – Sept 2005

Prospective PNST – Sept 2005 Objectifs 2008 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, + ? Prospective PNST – Sept 2005

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