6.4 Indicateur de l'irradiance dans l'ultraviolet

Bien que les longueurs d'onde inférieures à 300 nm ne constituent que 1 % de la production de radiations solaires, l'observation de l'irradiance dans l'ultraviolet est importante parce que d'une part elle a des effets certains sur la photochimie de l'atmosphère terrestre et que d'autre part elle permet de voir ce qui se passe dans la chromosphère solaire. Sa variabilité est plus de 10 fois supérieure à celle de l'irradiance à des longueurs d'onde plus grandes : elle contribue donc d'une façon significative à la variation de l'irradiance totale malgré son faible apport énergétique. Schématiquement on peut dire que plus les longueurs d'onde sont formées haut dans l'atmosphère solaire, plus elles sont variables et plus elles sont absorbées à haute altitude dans l'atmosphère terrestre (Lean 1991). La figure 6.8 montre les principales raies formées aux longueurs d'onde de l'ultraviolet.

Parce que la plupart des radiations ultraviolettes sont absorbées par l'atmosphère terrestre, les instruments doivent mesurer le flux ultraviolet au-dessus de l'atmosphère et donc être installés à bord de fusées ou de satellites. Les mesures par satellites ont l'avantage de la continuité et sont plus précises que celles faites à bord de fusées. L'instrument Solar Backscatter Ultra Violet (SBUV, voir table 6.3) mesure le flux ultraviolet solaire entre 160 nm et 300 nm. Aux grandes longueurs d'onde, les caractéristiques les plus évidentes sont celles des raies H et K du Ca II et du Mg II. Dans la bande passante de l'instrument (1,1 nm), le doublet du magnésium n'est pas résolu et l'irradiance aux longueurs d'onde centrales du Mg II et Ca II inclue la contribution des ailes originaires de la haute photosphère et celle du centre d'origine chromosphérique. Pour SBUV-1 installé à bord de Nimbus-7, les mesures sont généralement faites une fois par jour. Une mesure inclue normalement 3 scans continus. Les mesures sont effectués durant 3 jours sur 4 jusqu'en 1985, puis tous les jours par la suite. Pour les instruments à bord des satellites de la NOAA, les mesures sont faites tous les jours et la moyenne journalière est calculée sur 8 à 9 scans lorsque les acquisitions se font en mode discret (à partir de mai 1986 pour NOAA-9 et février 1989 pour NOAA-11) et sur 2 scans lorsqu'elles se font en mode continu.

Heath et Schlesinger (1986) ont calculé l'index du magnésium à partir des mesures de SBUV-1. Ils utilisent le doublet non résolu du magnésium car le rapport entre le minimum et le maximum de l'amplitude des différentes raies sur tout le spectre et sur une rotation solaire, est maximum pour ce doublet (figure 6.9). Afin d'éliminer les effets de la dérive de l'instrument, le doublet du magnésium est représenté par le rapport de l'irradiance près du centre à celui d'un continuum proche interpolé à la même longueur d'onde. La valeur de l'irradiance du centre est prise égale à la moyenne de trois longueurs d'onde ; le continuum interpolé est calculé en moyennant deux valeurs de l'irradiance sur chacune des ailes du doublet à une distance équivalente de chaque côté (figure 6.9). Le nom de l'index ``Mg II core-to-wing'' dérive de cette représentation. Celle-ci n'est pas sensible à la position des points pris pour faire le rapport. Un autre rapport (pour le doublet du magnésium) calculé avec d'autres points fournit une même représentation qui est cependant plus bruitée. De plus, la comparaison avec un autre rapport situé près du bord de la raie de l'aluminium (200 nm) donne une série temporelle pratiquement identique, dans le sens où les évolutions à moyen et long termes (respectivement de l'ordre de la rotation solaire et de celui du cycle de 11 ans) sont présentes. Le doublet du magnésium est par conséquent un bon indicateur de l'irradiance à des longueurs d'onde de 200 nm.

Donnelly (1988), à partir des données obtenues en mode discret des deux instruments SBUV-2, construit deux nouveaux index du magnésium basés sur le rapport entre deux longueurs d'onde prises sur les bords de la raie et une longueur d'onde prise au centre (figure 6.9). Les index montrent moins de variations journalières que celui de Heath et Schlesinger à cause de l'amélioration du rapport entre le signal et le bruit. Mais, parce que les longueurs d'onde représentatives du continuum sont prises relativement près du centre de la raie, l'amplitude des variations d'origine solaire diminue elle aussi puisque les longueurs d'onde des ailes sont à présent plus sensibles aux variations chromosphériques. Deland et Cebula (1994) introduisent donc un index utilisant les données obtenues en mode discret et l'algorithme de construction de l'index de Heath et Schlesinger. Le bruit statistique, du fait de la meilleure qualité des mesures effectuées en mode discret, est réduit par rapport à l'index construit à partir des données obtenues en mode continu par les deux SBUV-2, et les variations en période de faible activité sont bien visibles.

Donnelly et al. (1994) construisent un index du magnésium composé des séries temporelles déduites des mesures de Nimbus-7/SBUV-1 et de celles de NOAA-9/SBUV-2. Ces deux ensembles de données se recouvrent en effet durant les mois de mai 1986 à septembre 1986 (ils utilisent les données de SBUV-2 obtenues en mode discret). De façon à calibrer les deux séries temporelles, ils font une régression linéaire pour chacune d'entre elles avec l'index de la raie K du calcium II (obtenu au National Solar Observatory à Kitt Peak en Arizona). Cette dernière représente l'intensité sur tout le disque intégré comme une fonction de la longueur d'onde sur un intervalle de 1Å autour du centre de la raie et divisé par l'intensité du continuum par Å mesuré à deux longueurs d'onde de référence (White et Livingston 1981). Le coefficient de corrélation entre les données de Mg II et celles de l'index du Ca II K est de 0,976 pour les mesures de SBUV-1 et de 0,99 pour l'instrument NOAA-9/SBUV-2. La série temporelle ainsi obtenue est représentée sur la figure 6.10.