Frédéric Clette Observatoire Royal de Belgique
avenue Circulaire, 3
1180 Bruxelles
Une occasion rare à saisir
Dans quelques mois à peine va se produire une éclipse totale de
Soleil sur une partie de la Belgique. A juste titre, on peut parler
de "l'année de l'éclipse" pour la Belgique et l'Europe en
général. En effet, si une telle éclipse totale
se produit à peu près deux fois tous les trois ans, il faut
le plus souvent voyager au bout du monde pour y assister. En un lieu
donné, l'intervalle moyen entre deux éclipses est en revanche
de quelque 370 ans.
Ainsi, pour la Belgique, la dernière éclipse totale date de
1433 et pour assister à une éclipse équivalente
à celle de cette année, il faudra attendre encore 6
générations. Même en considérant qu'un voyage
de 2000 km jusqu'à une zone d'éclipse quelque part en Europe
ne représente pas un obstacle, ce qui pourrait se concrétiser
dans le futur, la dernière éclipse "proche" date quand
même de 1961 et la prochaine s'annonce seulement pour 2081.
A l'échelle d'une vie humaine, vivre une éclipse totale reste
donc le plus souvent une occasion unique.
Impact général de l'éclipse totale
L'événement de cette année se distingue moins par la
durée (2 minutes 15s contre un maximum possible dépassant
7 minutes) que par son parcours, qui traverse une des régions les
plus peuplées du globe, dont plusieurs grandes villes telles
que Stuttgart, Munich ou Bucarest. L'impact au niveau du grand public sera
donc important, et une migration massive de touristes d'un jour vers
la bande d'éclipse est d'ores et déjà envisagée.
Ainsi, bien au delà de l'intérêt scientifique du
phénomène, une préparation logistique s'impose au niveau
des organismes civils, publics ou privés, ou même militaires :
information du public (nature du phénomène, date et heure,
protection des yeux, prévisions météorologiques),
infrastructure de logement et "horeca" sur la zone de totalité,
voies d'accès et engorgement du trafic aux approches de cette
Zone endéans quelques heures de l'éclipse, planification des
mesures à prendre pour cet intervalle inhabituel d'obscurité
d'une heure environ en pleine journée (gestion de l'éclairage
artificiel, pic de consommation pour les distributeurs
d'électricité), perturbation temporaire de la vie
économique et sociale (suspension des activités, demandes
groupées de congé).
Jusqu'ici, l'exemple le plus marquant fut donné par les services de
Santé des Cornouailles en Angleterre, qui en novembre dernier,
ont mis en garde la population via les medias en déconseillant aux
femmes de tomber enceintes durant ce mois, pour ne pas risquer de devoir
accoucher le jour de l'éclipse, quand la saturation du réseau
routier rendra l'accès aux maternités difficile et incertain.
Heureusement, cette situation particulière ne se présentera
pas en Belgique, si ce n'est dans une moindre mesure autour de Virton et Arlon.
Il faut savoir en effet, qu'une telle éclipse n'a rien en commun avec
tous les autres phénomènes astronomiques, qui, aussi
impressionnants soient-ils, se déroulent toujours "là-haut"
dans le ciel et demandent au moins qu'on prenne la peine de lever le nez,
le plus souvent après s'être extrait de son sommeil.
Une éclipse totale se produit en effet autant dans le ciel que sur
Terre, et l'observateur devient lui-même un élément du
phénomène qui l'enveloppe, et tout cela en pleine journée.
A ce titre, même une personne non avertie va se trouver tout à
coup englobée dans un événement qui la dépasse,
d'autant qu'elle n'en a aucune expérience antérieure.
Toutes les réactions sont possibles, jusqu'à l'hystérie
ou la panique. L'histoire garde les marques de l'impression profonde
laissée par les éclipses solaires sur des épisodes
importants ou dans les philosophies religieuses. Toutes les perceptions
sont sollicitées : non seulement la vision cosmique offerte par la
couronne solaire et l'envahissement du ciel par l'ombre gigantesque de la
Lune, mais aussi l'ambiance sonore (comportement perturbé des animaux
... et des hommes) et le toucher (chute rapide de la température,
vent, etc.) ce qui contribue au sentiment profond d'enveloppement par une
intrusion immatérielle. Il est donc opportun ici de prendre en
compte consciemment les attitudes et comportements irrationnels qui
ressurgissent invariablement lors de chaque éclipse dans une
frange des populations concernées, même dans notre monde
dit "moderne".
L'Observatoire Royal et le public
Dans ce contexte, l'Observatoire Royal de Belgique (ORB) a donc un rôle
important à jouer pour informer le public, et les astronomes s'y
préparent déjà depuis plusieurs mois. Cependant, vu la
dimension exceptionnelle de l'événement, notre institut
n'est pas à même de répondre à toutes les demandes
individuelles. Notre but consiste donc à rassembler et diffuser
une information pertinente et fiable, d'une part à l'adresse du
public, via plusieurs publications et une page Web, et d'autre part à
l'usage d'organismes officiels, publics ou privés, dont les
activités peuvent se trouver influencées ou perturbées
à l'occasion de cet événement exceptionnel.
En effet, il faut savoir que, vu la rareté du phénomène,
de nombreux préjugés ou idées erronées
circulent dans tous les milieux, quel que soit leur niveau de culture
scientifique, et peuvent mener à des décisions
inappropriées ou même parfois dangereuses (protection de la vue,
par exemple). En dehors de ce service de "référence
spécialisée", l'ORB se réjouit que divers groupements
d'astronomes amateurs s'occupent de la dissémination de l'information
pour le plus grand nombre, à travers des activités aussi
diverses que la publication de livres et articles de vulgarisation,
des cycles de conférences itinérants, et pour la date de
l'éclipse proprement dite, l'organisation de sessions guidées
d'observation depuis des sites ouverts au public. Diverses adresses sont
mentionnées dans les publications disponibles à l'Observatoire,
et de nouvelles activités seront certainement annoncées à
mesure que la date fatidique approche.
Programme scientifique
Bien que l'Observatoire poursuive de longue date un programme d'observation
scientifique des éclipses, la proximité inhabituelle de la
prochaine éclipse totale représente une occasion unique pour
développer des expériences plus ambitieuses, faisant appel
à un matériel plus lourd, d'habitude intransportable vers des
sites lointains. Ces circonstances exceptionnelles ont également
inspiré des projets inédits à d'autres groupes de
recherche appartenant aux autres instituts du plateau d'Uccle, et pour
lesquels l'étude d'une éclipse est entièrement nouvelle.
Couronne solaire :
Le Département de Physique Solaire ajoutera ainsi une nouvelle
éclipse (la 7ème depuis 1973) à son programme
de cartographie de la distribution des électrons libres dans la couronne
solaire, celle-ci constituant l'objet primordial observé lors
des éclipses. Cette fois, deux stations largement séparées
en longitude (France et Roumanie) seront mises sur pied, et pour l'occasion, un
nouveau système de caméra, normalement installé en poste
fixe sur les télescopes solaires d'Uccle, sera déplacé
vers la bande de totalité. Combinées avec les données
spatiales de la sonde SOHO, les images seront exploitées pour
l'étude du plasma magnétisé formant la couronne
et de son renouvellement permanent au cours du fameux cycle d'activité
de 11 ans.
Météorologie et gravimétrie :
Tous les autres projets développés par l'Observatoire Royal
(ORB), l'Institut Royal Météorologique (IRM) et l'Institut
d'Aéronomie Spatiale (IASB) concernent les multiples effets induits
par le passage de l'éclipse sur l'environnement terrestre et
abordent des domaines d'investigation essentiellement inexplorés
jusqu'ici.
En ce qui concerne la basse atmosphère (troposphère), le
Département de Géophysique (ORB) envisage de
répéter l'analyse de la réponse impulsionnelle de
l'atmopshère terrestre au passage de l'ombre lunaire,
exécutée déjà avec succès au Brésil
en 1994, mais cette fois avec une réseau étendu de stations
européennes. De surcroît, comme une des stations permanentes de
gravimétrie de l'ORB se retrouve par chance sur le trajet de
l'éclipse (Sud Luxembourg), cette opportunité sera bien sûr
exploitée afin d'affiner les connaissances des effets
géophysiques (effets gravifiques des ondes de pression induites sur
le sillage de l'ombre). A l'IRM, on retrouve bien sûr la station
météorologique automatique surveillant la variation des
principaux paramètres atmosphériques au sol sous l'action de la
réduction du rayonnement solaire (la chute de température typique
va de 8 à 10 °C) . Cette expérience a déjà
fonctionné lors de plusieurs éclipses et sera installée
dans le Nord de la France. D'autre part, la modulation du spectre solaire
en fonction de la longueur d'onde sera suivie de près en differentes
stations du réseau synoptique belge afin d'établir le bilan
radiatif au sol pour différentes profondeurs de l'éclipse
partielle.
Aéronomie :
La variation brutale du rayonnement solaire se produit aussi dans le domaine
des courtes longueurs d'onde (rayonnement UV et X) issues principalement
de la basse couronne solaire. Or, ces rayonnements "durs" ont une influence
immédiate sur les subtiles équilibres photochimiques de la haute
atmosphère terrestre (composants minoritaires et ozone
stratosphérique) et sur la libération d'électrons dans
l'ionosphère (couches ionisées agissant sur la propagation
des ondes radio à longue distance). C'est notamment pourquoi les
distorsions des signaux GPS (Global Positioning System) reçus par
les stations belges (ORB) seront mesurées afin d'analyser les
équilibres d'ionisation en jeu dans l'ionosphère.
Profitant du fait que la station de Dourbes (IRM) se situe à
proximité de la bande de totalités d'autres sondages du
contenu électronique de l'ionosphère seront obtenus de cette
station, où seront également surveillées les
variations dans le temps du champ magnétique terrestre et la modulation
associée du flux de rayons cosmiques pour les corréler
avec le passage de l'ombre lunaire.
L'Institut d'Aéronomie Spatiale (IASB-BIRA) observera les modifications
de la composition atmosphérique et du rayonnement liées à
l'éclipse au moyen de ses équipements au sol. D'abord, une
station automatique réalisera des mesures spectrales, en bandes
étroites de longueur d'onde et intégrées des composantes
totale, diffuse et directe du rayonnement solaire entre 280 et 600 nm.
Durant l'éclipse, il est prévu d'augmenter
la cadence de prise de données jusqu'à une fréquence d'une
mesure par seconde. Il sera dès lors possible de déterminer
avec une haute résolution temporelle la "cinétique" de la
variation du rayonnement solaire en fonction du pourcentage du disque
solaire masqué. Ensuite, l'IASB-BIRA dispose aussi d'une station
mobile de mesure de la composition atmosphérique basée
sur le principe de la Spectroscopie d'Absorption Différentielle (DOAS).
Cette station pourrait être déployée à Uccle
ou sur le trajet de l'éclipse en vue d'effectuer une mesure des
changemens induits dans la composition atmosphérique.
Les constituants visés sont des molécules à durée
de vie courte telles que le dioxyde ou le trioxyde d'azote dont
l'équilibre photochimique pourrait être perturbé à
l'échelle de temps de la durée de l'éclipse
(quelques minutes).
Un coup de pouce de la nature :
En somme, l'influence de l'éclipse sur l'environnement terrestre aura
rarement été analysée avec autant de finesse par une
ensemble aussi important d'instruments avancés, à travers toute
l'Europe. L'intérêt de ces recherches dépasse
largement le domaine exotique des éclipses totales. En effet, le
déplacement rapide, à vitesse supersonique (près
de 3000 km/h), d'une ombre d'environ 120 km de diamètre induit une
sollicitation locale du milieu terrestre dont l'aspect soudain, quasi
impulsionnel en comparaison avec le cycle diurne habituel par exemple, est
susceptible d'améliorer notre compréhension des liens complexes
qui régissent l'évolution habituelle de notre environnement.
L'échelle même du domaine atmosphérique exclut toute forme
d'expérimentation humaine directe, et le concours fortuit de la nature
par l'entremise de cette éclipse solaire offre en l'occurence une
opportunité à exploiter avec le maximum de moyens.
Polarimétrie de la couronne solaireF. Clette, J.-R. Gabryl, P. Cugnon Département de Physique Solaire, Observatoire Royal de Belgique
avenue Circulaire, 3
1180 Bruxelles
Qu'allons-nous observer ?
Actuellement, malgré le développement des techniques d'observation
spatiale, les éclipses totales de Soleil constituent toujours
la seule opportunité pour réaliser certains types d'observation
de la haute atmopshère solaire. En l'occurrence, l'expérience
qui sera réalisée par l'équipe de Physique Solaire de
l'ORB exploitera la possibilité de déterminer la
densité d'électrons libres, c-à-d le constituant principal
du plasma coronal avec les protons, de 1 à 3 rayons solaires au-dessus
du limbe. Cette zone, très importante mais mal couverte par les autres
techniques, est actuellement considérée comme celle où
prend naissance le vent solaire, ce mouvement d'expansion du plasma solaire
qui baigne toutes les planètes, y compris la Terre, et interagit avec
celles-ci.
La mesure de la densité électronique et des ses
inhomogénéités constitue l'une des données
fondamentales pour modéliser les processus physiques
d'échauffement extrême (plus de 1 million de degrés)
et d'accélération du plasma coronal. Un sous-produit de cette
analyse sera d'apporter une référence d'étalonnage pour
les instruments embarqués dans des sondes spatiales, notamment la mission
SOHO à laquelle participe le Département de Physique Solaire
(expérience EIT).
Principe de l'expérience
Afin de séparer la lumière diffusée par les
électrons libres proprement dits des composantes non-solaires
produites par les poussières interplanétaires et par
l'atmosphère terrestre, le dispositif optique est équipé
d'un filtre polarisant rotatif . L'analyse d'un ensemble d'images faites pour
une série d'angles du polariseur permet d'isoler la "vraie"
couronne électronique, dont la lumière est polarisée, en
rejetant les autres contributions non-polarisées. Le taux de
polarisation offre en outre une information partielle sur la répartition
en profondeur des électrons, ce qui permet finalement de reconstruire
le distribution globale des électrons dans l'espace à trois
dimensions.
Une longue histoire
La campagne d'août 1999 s'inscrit dans un programme de recherche à
long terme, qui a commencé lors de l'éclipse de 1973 et
inclut déjà pas moins de 6 éclipses totales (1973, 1980,
1983, 1991, 1994, 1998), avec un seul échec dû aux nuages
en 1976. L'ensemble des images recueillies fournit un aperçu assez
unique de l'évolution de la morphologie de la couronne.
Celle-ci révèle l'architecture des champs magnétiques
solaires et évolue continuellement au cours du cycle d'activité
solaire, dont la période s'étale sur 11 ans environ.
Dispositif pour le 11 août 1999
L'expérience de base, qui est restée essentiellement
inchangée depuis 1973, utilise une petite lunette photographique
équipée d'un filtre polariseur à 3 ou 6 positions
indexées. Cette expérience est poursuivie, vu sa
simplicité et donc sa fiabilité, et aussi parce qu'elle assure
la continuité à long terme avec toutes les autres
éclipses depuis le début de ce programme.
Deux stations d'observation seront installées en deux sites
éloignés géographiquement (Nord-Est de la France,
centre de la Roumanie) afin d'augmenter les chances d'observer la couronne dans
un ciel dégagé et aussi d'étudier tout changement
dans la couronne durant l'intervalle de temps entre les instants de
totalité aux deux sites (30 minutes environ).
Outre l'expérience photographique, un dispositif plus sophistiqué
mais utilisant le même procédé de polarimétrie
fournira des images numériques de la couronne aux deux stations.
Equipés de caméras CCD (matrice en silicium), ces instruments
permettront d'accumuler une centaine d'images en seulement deux minutes
(la totalité sera brève), soit plus que ce qui a
déjà été obtenu avec succès lors des
éclipses plus longues de 1991, 1994 et 1998. Ces données,
exploitables directement sans traitement photographique intermédiaire,
permettront une analyse plus fine et plus précise du rayonnement
visible et proche-infrarouge diffusé par la couronne.
Projet d'observation des effets induits par l'éclipse totale de
Soleil du 11 Août 1999
M.van Ruymbeke, B.Ducarme et A.Somerhausen Observatoire Royal de Belgique
avenue Circulaire, 3
B-1180 Bruxelles
Introduction
L'Observatoire Royal de Belgique (ORB) participe à l'étude des
variations du champ de pesanteur à la surface de la Terre depuis de
nombreuses années. A ce titre, les effets perturbant les mesures sont
pris en compte en particulier les variations de la pression
atmosphérique.
La précision atteinte avec les gravimètres modernes devrait
permettre de confirmer certains effets induits sur la pression
atmosphérique par le passage de l'ombre de la Lune. Ces variations
sont aussi susceptibles d'être mises en évidence par un
réseau de stations barométriques. Ces deux approches seront
mises en oeuvre au cours de l'éclipse du 11 août 1999.
Objectifs scientifiques
Le passage d'une ombre d'environ 120 kilomètres de diamètre
se déplaçant à une vitesse d'environ 2.000 km/h
perturbe les équilibres atmosphériques. Le refroidissement
de la colonne d'air durera 160 minutues entre le premier contact et la fin de
l'éclipse. En particulier, l'intervalle de temps pendant lequel
l'atténuation de l'intensité lumineuse est de plus de 96% durera
environ dix minutes. La totalité de l'éclipse est la partie
la plus spectaculaire pour le plus grand nombre d'observateurs qui disposeront
d'une obscurité totale durant plus de 2 minutes; les effets
qui nous concernent sont d'une durée beaucoup plus longue.
La modification des équilibres atmosphériques peut se
traduire par des effets immédiats et des effets se prolongeant plus ou
moins dans le temps et sensibles à grande distance.
A titre de comparaison, imaginons les suites du passage d'un bateau sur un lac.
Autour de celui-ci, les effets de sa présence sont visibles.
Bien après son passage, des ondulations se déplacent à la
surface de l'eau. La mise en mouvement de l'eau du lac présente des
caractéristiques bien particulières. Suivant que le bateau se
meut à une vitesse supérieure ou inférieure
à l'ondulation, il y aura ou non formation d'une onde de choc.
Pour l'éclipse, la vitesse de l'ombre est supersonique et on observera
une onde de choc thermique. Les ondes de pression qui peuvent se propager
à grande distance seront beaucoup plus lentes sur le trajet de
l'éclipse. On établira les corrélations éventuelles
entre les variations de l'intensité lumineuse et des effets particuliers
(variations de pression, de température, d'humidité relative,
de pluviométrie, de la pesanteur ...) présents dans les signaux
enregistrés durant l'éclipse par les divers instruments de notre
réseau. Nous avons mis au point nos méthodes d'observation durant
les éclipses du 11 juillet 1991 au Mexique et du 3 novembre 1994
en Amérique du Sud ( Brésil)
.
Nos expériences au Mexique et au Brésil
Durant l'éclipse de 1991, un gravimètre de l'Observatoire Royal
de Belgique fut installé à l'Université de Mexico
où il a permis de détecter un effet de pression anormal sur
l'instrument. Cependant, les données météorologiques
suffisamment précises pour l'interprétation nous ont fait
défaut. En 1994, au Brésil, on a remédié
à ce problème par l'installation d'un réseau d'observation
installé dans la région de Pato Branco, située dans le
Parana au sud du Brésil. A la station centrale, deux gravimètres
enregistraient les changements de pesanteur. Les capteurs climatologiques
qui complétaient la station consistaient en deux barographes de
précision, des capteurs de luminosité, de température et
d'humidité. Trois stations réparties dans la région
à environ 25 km étaient équipées des même
capteurs. Le rythme d'acquisition retenu était d'une mesure chaque
minute. La grande dynamique de nos systèmes a permis de détecter
des changements faibles des conditions ambiantes. L'expérience
acquise au Brésil est la base du projet mis en place pour
l'éclipse du 11 août en Europe.
Organisation du projet
Notre projet utilisera les deux approches déjà
mentionnées. Les stations gravimétriques seront
installées près de la ligne de centralité dans le Nord
de la France. Les stations barométriques seront placées
à coté des gravimètres et le long de profils
perpendiculaires de part et d'autre de cette ligne jusqu'à des
distances de 300 km. Les enregistrements couvriront une période de
deux mois centrée sur l'éclipse. La répartition
des sites d'observation sera fonction du premier objectif scientifique qui
est la mise en évidence d'ondes de pression dans l'atmosphère
terrestre induites par l'éclipse. Le second objectif sera
d'étudier les résidus des signaux gravimétriques
et leur corrélation avec les mesures des variations de pression durant
les deux mois d'enregistrements et durant l'éclipse. Cela devrait
permettre une comparaison des susceptibilités dans ces deux cas de
figure. Si ces expériences s'avèrent concluantes, une
comparaison sera effectuée sur base des enregistrements des variations
de la pesanteur effectuée par des gravimètres
cryogéniques installés à Membach, Strasbourg et Vienne.
Description des types de capteurs utilisés
Les conclusions de l'expérience brésilienne ont orienté
nos choix. Nous utiliserons des systèmes d'observation originaux
développés dans le cadre de projets de la CE.
Les stations comprendront deux compartiments séparés par un tube.
La partie inférieure sera enterrée à 50 cm de
profondeur afin d'atténuer les effets thermiques pouvant influencer les
mesures. Elle comprendra le microbarographe, l'acquisition continue
de toutes les données digitisées, la base de temps, un
thermomètre à haute résolution et une batterie.
La partie supérieure placée à 1,5 m au-dessus du sol,
sera équipée de capteurs d'enregistrement de la
luminosité, de la température de l'air, de l'humidité,
de la pluviosité éventuelle, etc. ... . La collecte des
données se fera sur place et elles seront transmises par Internet vers
l'Observatoire Royal de Belgique où nous rassemblerons tous les
enregistrements. Les étalonnages sont prévus lors de la
réalisation des stations avec des contrôles lors des
montages et démontages des systèmes.
Observation du contenu électronique total de l'ionosphère
grâce au Global Positioning System lors de l'éclipse totale
de Soleil du 11 août 1999.René Warnant Observatoire royal de Belgique
Avenue Circulaire, 3
B-1180 Bruxelles
Le Global Positioning System
Le Global Positioning System (GPS) ou Système de Positionnement Global
est un programme développé par le Département de la
Défense des Etats-Unis. Son objectif est de permettre à un
utilisateur équipé du matériel adéquat
de déterminer sa position à tout moment dans un système
de référence mondial.
Principalement destiné à la navigation maritime ou
aérienne, ce système est composé de 3 segments:
le segment spatial, le segment utilisateur et le segment terrestre.
Les 27 satellites qui composent le segment spatial du GPS émettent
2 radiofréquences, appelées L1 (1575,42 MHz) et L2 (1227,6 MHz);
ils se meuvent sur 6 plans orbitaux à environ 20200 kilomètres
d'altitude. Les récepteurs GPS, qui constituent le segment utilisateur,
sont des appareils capables d'effectuer sur ces 2 signaux des mesures
permettant de calculer la position d'un observateur, en temps réel,
partout et à tout moment sur Terre, quelles que soient les conditions
atmosphériques, avec une précision de 25 à 100
mètres. Le segment terrestre est constitué de 5 stations
de poursuite qui gèrent le fonctionnement du GPS.
Les applications du GPS
Le nombre d'applications du GPS ne cesse de croître et n'a pour limite
que l'imagination des utilisateurs. En voici quelques-unes:
Navigation
A l'origine, le GPS a été conçu par le Département
de la Défense des Etats-Unis pour permettre le positionnement
rapide et précis de véhicules militaires partout sur Terre.
En pratique, n'importe quel utilisateur muni d'un récepteur GPS
peut déterminer sa position en temps réel avec une
précision comprise entre 25 et 100 m.
Positionnement de précision
Dans le domaine de la navigation, l'observateur doit déterminer sa
position en temps réel c'est-à-dire, immédiatement,
à l'instant même de la mesure. Cependant, le positionnement le
plus précis est obtenu en temps différé: dans ce cas,
l'observateur effectue ses mesures, les stocke sur le disque dur de son
ordinateur et effectue ses calculs une fois retourné au bureau.
Cette technique permet dans les cas les plus favorables d'obtenir des
précisions de quelques millimètres sur des distances de
quelques dizaines de kilomètres.
Le GPS est devenu un outil d'une valeur inestimable en géodésie
et en géophysique. En effet, de nombreux domaines de la
géophysique requièrent des mesures extrêmement
précises de distances ou plus exactement de variations de distances
au cours du temps : tectonique des plaques, séismologie,
volcanologie, ...
Etude de l'atmosphère terrestre
Lors de leur traversée de l'atmosphère, les ondes radio
émises par les satellites GPS subissent l'effet de la réfraction
atmosphérique. En général, le GPS est utilisé
pour déterminer la position d'un observateur et la réfraction
atmosphérique est une perturbation qu'il faut éliminer pour
obtenir des positions précises. D'autre part, l'effet de la
réfraction atmosphérique sur le signal GPS est
caractéristique des propriétés de l'atmosphère:
l'ionosphère est la partie ionisée de l'atmosphère
terrestre; elle s'étend d'environ 50-60 km jusqu'à 1000 km
d'altitude; l'effet de la réfraction ionosphérique sur le
signal émis par les satellites GPS dépend du contenu
électronique total c'est-à-dire du nombre d'électrons
libres rencontrés par le signal lors de son parcours dans
l'ionosphère; la concentration en électrons libres dépend,
entre autres, de la quantité de rayonnement solaire interceptée
par l'ionosphère.
la troposphère est la couche inférieure de
l'atmosphère terrestre; elle s'étend du sol jusqu'à
environ 10 km d'altitude. L'effet de la réfraction troposphérique
sur le GPS dépend, entre autres, de la quantité d'humidité
(vapeur d'eau) contenue dans la troposphère.
Dans le cas où la position du récepteur est connue avec une bonne
précision, les mesures GPS peuvent être utilisées
pour calculer l'effet de la réfraction atmosphérique sur le
signal GPS. Dans ce cas, l'inconnue à résoudre n'est plus
la position de l'observateur mais la perturbation atmosphérique qui,
elle-même, dépend de paramètres tels que le contenu
électronique total de l'ionosphère ou la quantité de
vapeur d'eau dans la troposphère.
C'est de cette manière que le signal GPS permet de déterminer le
contenu électronique total ainsi que la quantité de vapeur
d'eau dans l'atmosphère. Il est très probable que la mesure de
l'humidité troposphérique par le GPS constituera un apport
d'une valeur inestimable pour la météorologie dans les 5
années à venir.
Expérience lors de l'éclipse
Le rayonnement solaire est la principale source d'ionisation dans
l'ionosphère. Lors de l'éclipse, cette source d'ionisation va
d'abord disparaître graduellement pour ensuite réapparaître
(ce qui n'est pas le cas lors d'un coucher de soleil).
L'expérience consiste à observer le comportement du contenu
électronique total de l'ionosphère pendant l'éclipse
en utilisant les observations GPS effectuées dans les 7 stations
permanentes de l'Observatoire royal (Fig. 1) ainsi que par 2 stations qui
seront installées pour l'occasion en zone de totalité dans le
Nord de la France.
L'intérêt de l'expérience est le suivant:
la manière dont le contenu électronique total varie pendant
l'éclipse fournit d'importantes informations sur les différents
processus physiques et chimiques à l'origine de l'ionisation dans
l'ionosphère;
les variations du contenu électronique total qui seront
observées pendant l'éclipse vont provoquer des perturbations
qui vont affecter les calculs de positions effectués par GPS;
l'étude de ces perturbations permettra d'obtenir des informations
en ce qui concerne l'effet de la réfraction ionosphérique sur
les signaux émis par les satellites GPS.
L'éclipse solaire totale au Centre de Physique du Globe à
DourbesJean-Claude Jodogne Institut Royal Météorologique
avenue Circulaire, 3
1180 Bruxelles
Le département Géophysique de l'Institut Royal
Météorologique organise une campagne de mesures
particulières au Centre de Physique du Globe, impliquant la section
Observations et instruments géomagnétiques et la section
Profils ionosphériques. Le Centre est situé à quelques
pas de la zone de totalité (Lat: 50° 06'N; Long: 4° 36'E)
ce qui est une circonstance exceptionnelle.
Les mesures de l'induction magnétique du champ terrestre
nécessitent la mesure de trois nombres car il s'agit d'un vecteur.
Par exemple, la mesure de la déclinaison D, de l'inclinaison I et de
la grandeur F du vecteur. Les appareils absolus de référence en
Belgique seront utilisés pour cela:
le variomètre numérique ELSEC 8200 enregistrera de
façon continue les éléments D, I et F à une
cadence de deux mesures par minute;
le variomètre numérique ASMO enregistrera de façon
continue les moyemes minute des éléments D, I et F.
L'ionosonde de référence est une Digisonde 256 qui balaie
linéairement par pas de 0,05 Mhz la gamme des fréquences
radio HF depuis l Mhz jusqu'à une fréquence ajustable au plus
égale à 30 Mhz. En plus de la cadence habituelle d'un sondage
par heure, les mesures seront effectuées jusqu'à une cadence
d'un sondage par minute pendant les périodes critiques lors de
l'éclipse mais aussi avant et après, ainsi que les jours
précédents et suivants.
Le calcul du contenu électronique total (TEC) en sera déduit
pour le comparer aux mesures similaires effectuées sur place à
partir du système de positionnement global (GPS).
Un récepteur très basse fréquence sera placé
en Suisse pour capter des émissions dont les ondes seront
réfléchies par l'ionosphère au-dessus de Dourbes.
La collaboration de radioamateurs pour effectuer des réceptions
similaires est programmée.
Des mesures concomitantes du rayonnement cosmique au sol sont prévues
grâce au supermoniteur à neutrons.
Il va de soi que les mesures météorologiques (p, T, h) seront
spécialement programmées à une cadence suffisante par la
station automatique située au Centre.
Contribution du Département Aérologie de l'Institut Royal
Météorologique à l'observation de l'éclipse
de Soleil du 11 août 1999.Alexandre Joukoff Institut Royal Météorologique
avenue Circulaire, 3
B-1180 Bruxelles
Le rayonnement solaire atteignant la surface terrestre est le premier
paramètre affecté lors d'une éclipse de Soleil.
Le rayonnement solaire a une influence directe sur la température,
et les gradients de température qui se présentent lors d'une
éclipse peuvent provoquer des variations dans le champ du vent en
surface. C'est pourquoi il est intéressant d'observer les variations
des diverses composantes du rayonnement solaire ainsi que du rayonnement
terrestre pour pouvoir en déduire le bilan radiatif de la surface
et établir des corrélations avec les autres paramètres
météorologiques.
Le département Aérologie de l'IRM ne prévoit aucune
mission spéciale pour effectuer des observations radiométriques
dans la zone de totalité, un pyranomètre sera toutefois
emporté par Marc Vandiepenbeeck pour effectuer des mesures du
rayonnement solaire global (rayonnement solaire direct + rayonnement solaire
diffusé) en un site situé dans la zone de totalité.
Cependant, le programme de mesure de routine sera renforcé pour
établir les courbes de variation des différentes composantes
des rayonnements solaire, atmosphérique et terrestre durant
l'éclipse avec une grande résolution temporelle.
Ainsi, nous mesurerons à Uccle les composantes directe, diffuse et
globale du rayonnement solaire, les composantes du bilan radiatif
(courtes et grandes longueurs d'onde), la distribution spectrale du rayonnement
solaire entre 300 et 1000 nanomètres, le rayonnement UV entre
295 et 385 nanomètres (UVA + UVB) et l'intensité lumineuse
(partie visible du spectre) du rayonnement solaire.
Dans les stations équipées d'un système d'acquisition et
d'enregistrement automatiques (Raversijde, Melle, Saint-Hubert et Dourbes),
nous mesurerons le rayonnement solaire global, le rayonnement solaire direct et
les termes du bilan radiatif. Des mesures d'autres paramètres
météorologiques seront disponibles à Uccle, Melle et
Dourbes, pour établir des corrélations, notamment avec la
température.
D'autre part, les observations effectuées depuis l'espace peuvent
aussi apporter des renseignements précieux. Ainsi, nous pourrons
calculer les termes du bilan radiatif le long de la trajectoire de l'ombre
et dans la zone de pénombre à partir des images de METEOSAT.
La méthode de calcul a été developpée à
l'IRM et est actuellement appliquée aux images METEOSAT,
en préparation de l'exploitation des mesures des termes du bilan
radiatif avec l'instrument GERB (Geostationary Earth Radiation Budget)
qui sera embarqué à bord des satellites METEOSAT Second
Generation (MSG), le premier devant être lancé fin 2000.
Eclipse du 11 août 1999 : observations météorologiques
au cours du phénomèneMarc Vandiepenbeeck Institut Royal Météorologique
avenue Circulaire, 3
B-1180 Bruxelles
Au cours des éclipses du 11 juillet 1991 à San José
del Cabo (Mexique), du 3 novembre 1994 à Putre (Chili) et du
26 février 1998 à Curaçao (Antilles Néerlandaises)
on a réalisé des mesures de différents paramètres
météorologiques. Au cours des deux premières
éclipses citées ci-dessus, on a mesuré la
température, l'humidité relative, le rayonnement solaire et la
pression atmosphérique. Au cours de l'éclipse observée
à Curaçao, on a observé les mêmes paramètres
plus la vitesse et la direction du vent.
Au cours de l'éclipse de cette année, on envisage de
réaliser les mêmes mesures des mêmes paramètres,
à savoir la température, l'humidité relative, le
rayonnement solaire et la pression atmosphérique avec les mêmes
instruments utilisés pendant les éclipses du 11 juillet 1991
et du 3 novembre 1994. Une nouvelle station mesurant la température,
l'humidité relative, la pression, la vitesse et la direction du vent
sera également utilisée. La localisation précise
du site n'est pas encore déterminée, mais les mesures se feront
dans la région d'Epernay.
Les mesures débuteront durant la matinée du 10 août 1999
et elles cesseront dans l'après-midi du 12 août. Dans le premier
système d'acquisition de données, on programmera deux
périodes de mesure avec des pas de temps différents. Le second
système permettra de comparer les mesures de la température de
l'humidité relative et de la pression avec le premier système
et d'avoir des mesures du vent. En effet, à Curaçao, on a
remarqué une forte influence de l'éclipse sur la direction
du vent. On pourra ainsi confirmer ou infirmer cette influence de
l'éclipse sur la direction du vent. Cet effet avait déjà
été pressenti par Mr E.A. Bernard lors de l'éclipse
observée au Mexique.
Références :
Bernard E.A., Vandiepenbeeck M. et Verhas P., "Météorologie de
l'éclipse totale de soleil du 11 juillet à San José del
Cabo (Mexique)" Ciel et Terre, vol 108, pp3-10, 1992.
Vandiepenbeeck M., "Éclipse totale du 3 novembre 1994 à Putre
(Chili) - Observations météorologiques ", Ciel et Terre, vol 112,
pp 71-76, 1996
Vandiepenbeeck M. et Verhas P., "Observations météorologiques
lors de l'éclipse du 26 février 1998 à Curaçao ",
Ciel et Terre, vol 115 (à paraître).
Une éclipse totale de Soleil comme celle du 11 août est un
événement exceptionnel dont les influences sur la chimie
atmosphérique et le rayonnement ont été peu
étudiées. L'Institut d'Aéronomie Spatiale (IASB-BIRA)
l'observera par ses moyens au sol.
La station automatique de "monitoring UV-visible" de l'IASB-BIRA réalise
des mesures spectrales, en bandes étroites de longueur d'onde et
intégrées des composantes totale, diffuse et directe du
rayonnement solaire entre 280 et 600 nm. Ces mesures sont destinées
à établir expérimentalement la climatologie UV pour un
site urbain à latitude moyenne tel que celui d'Uccle.
Un radiomètre à filtres comportant 10 canaux de mesure
répartis entre 300 nm et 1,39 µm permet en outre, par mesure
directe du rayonnement solaire, de déterminer les contenus totaux
d'ozone et d'aérosol. Durant la durée de l'éclipse,
partielle à Uccle, il est prévu d'augmenter la cadence de prise
de données pour les mesures intégrées
(pyranomètres et UV-mètres) et les mesures à bandes
étroites de longueur d'onde (radiomètres à filtre)
jusqu'à une fréquence d'une mesure par seconde. Il sera
dès lors possible de déterminer avec une haute résolution
temporelle la "cinétique" de la variation du rayonnement solaire
en fonction du pourcentage du disque solaire masqué. Il sera
également possible, si les conditions météorologiques
le permettent (temps clair) de vérifier les théories
de transfert radiatif en mesurant le rapport des composantes directes et
diffuses (diffusion par l'atmosphère, les aérosols, les nuages)
du rayonnement solaire atteignant la surface du sol. Si le temps est couvert,
ces mêmes mesures devraient permettre d'obtenir des renseignements
importants sur le mécanisme de la diffusion de la lumière
par les nuages pour des hauteurs élevées du Soleil (environ
55° le 11 août à 12h. UT).
L'IASB-BIRA dispose également d'une station mobile de mesure de la
composition atmosphérique basée sur le principe de la
Spectroscopie d'Absorption Différentielle (DOAS), notamment
utilisée pour valider les résultats de l'instrument spatial
GOME en orbite sur le satellite de l'Agence Spatiale Européenne ERS-2.
Cette station pourrait être déployée à Uccle
ou sur le trajet de l'éclipse en vue d'effectuer une mesure des
changements induits dans la composition atmosphérique.
Les constituants visés sont des molécules à durée
de vie courte telles que le dioxyde ou le trioxyde d'azote dont
l'équilibre photochimique pourrait être perturbé à
l'échelle de temps de la durée de l'éclipse
(quelques minutes). L'objectif scientifique principal d'une telle
expérience serait de tester, à l'aide de modèles
de chimie atmosphérique appropriés, notre bonne
compréhension des processus chimiques contrôlant la réponse
de l'atmosphère à l'éclipse, principalement dans la
stratosphère.
ECLIPSE Webmaster
