[ The following text is attributed to Jean Arnaud, circa 1990]

THEMIS (Telescope Heliographique pour 1’Etude du Magnetisme et des Instability Solaires) is a new generation French-Italian solar telescope, built by INSU-CNRS (France) and CNR (Italy).
The main scientific goal for which it has been designed is the accurate determination of the vector magnetic field. This goal has led to those main requirements:

1. High spatial resolution
2. Accurate polarization measurement
3. Simultaneous observations in several spectral lines

1. The first condition comes from the fact that the largest part of the photospheric magnetic field is concentrated in very small structures.
2. The second one is obvious: an accurate determination of the vector magnetic field, using the Zeeman effect requires a precise measurement of the four Stokes parameters. This means a polarimetric accuracy of 10^-3 for precise determination of the direction of strong magnetic fields. Observations of weak magnetic fields (like intra-network fields in the photosphere) will require a polarimetric sensitivity of at least 10^-4
3. The third condition comes from several considerations:
   • Local physical parameters, like temperature and density, do affect the linear polarization. To separate those effects from the one of the magnetic field (and determine the vector magnetic field as well as the other parameters), one needs to observe several spectral lines with different sensitivities to the physical conditions.
   • A realistic determination of the variation with height of the physical parameters, as well as of the magnetic field flux tubes, requires the measurement of several sets of lines, properly chosen to scan different levels in the sun atmosphere
   • It will always remain magnetic elements of size beyond the attainable spatial resolution. For them, multilines Stokes polarimetry allows to get, in addition with the magnetic flux, the field strength and the magnetic field filling factor.

THEMIS is the first solar telescope to fill those three conditions.
For the first one, this is done thanks to the choice of the site, the quality of the optics, a sophisticated thermal control inside the dome and the building and a tip-tilt fast guiding mirror. The optical scheme of the telescope, is maintained axially symetrical up to the polarization analyser, minimizing the instrumental polarization and allowing to fill the second condition. The use of an echelle spectrograph allows simultaneous observations of several lines in a wide spectral range.

In addition to the multi-lines Stokes polarimetry, THEMIS is fitted out with other capabilities:

• Imaging spectroscopy by Multichannel Subtractive Double Pass Spectroscopy
• Very narrow-band imaging with an Universal Birefringent Filter followed by a Fabry-Perot.
• Fast full-disk magnetogram capability

Le télescope THEMIS et la communauté de ses utilisateurs ont poursuivi, depuis le démarrage effectif en 1999, les grands programmes suivants, qui concernent les communautés majoritairement PNST, très significativement PNP, et parfois ponctuellement PNPS

A-Couplage magnétique de la photosphère, de la chromosphère solaire
Question : L’interaction de ces deux couches détermine la dynamique et la température de la chromosphère. Pourquoi et comment chauffe la chromosphère?
Difficulté: Inverser les données chromosphériques (peu de codes disponibles).
Méthodes :
- Observations simultanées multi-longueur d’onde
- Détermination du champ dans la chromosphère : possibilités d’inversions pour HeI et CaII

B-Stabilité des grandes structures magnétiques à l’origine de l’activité solaire
Objectifs: compréhension du chauffage coronal, prévision de l’activité et des cycles, météo spatiale, variations séculaires
Difficulté : obtenir la résolution temporelle (ex : 1 carte en quelques mn) et spatiale (0.5’’) simultanément à toutes les longueurs d’onde (4 à 6 canaux) . Obtenir le champ nécessaire aux extrapolations (par ex. 2'x4'). Extrapoler numériquement ou compléter le champ coronal avec d’autres sources. Disposer d’une certaine quantité (statistique) de ces observations pour extrapoler correctement. Avoir de l’activité sur le soleil (partie haute du cycle).
Méthodes :
- Topologie magnétique des régions actives et des filaments (observations simultanées multi-longueur d’onde)
- Structure 3d du champ magnétique
- Extrapolations du champ photosphérique dans la couronne
- Etude des phénomènes éruptifs et pré-éruptifs

C- Champ magnétique des protubérances
Objectifs:
obtenir la résolution temporelle pour voir la protubérance se détacher magnétiquement du disque et évoluer vers une CME. Elucider les mécanismes déclencheurs.
Difficulté:
faiblesse du flux (10-2 du centre disque) pour un besoin en précision sur le champ (10 à 60 G) de l'ordre de 10-4 au moins en photométrie relative. Themis est le seul télescope sol à pouvoir poursuivre ces programmes.
Méthodes:
- Observation stabilisée hors-limbe, multi longueur d’ondes
- Valeur et topologie du champ, structure et stabilité magnétique (inversions)
- Mesures par effet Hanle et autres corrélations quantiques au niveau atomique.

D-Emergence du flux magnétique :
Objectifs : Compréhension du transport du champ magnétique depuis l’intérieur solaire, recherche de la signature des tubes de flux, recherche de possibilités de sources alternatives du champ autres que la dynamo globale localisée dans la tachocline (dynamo locale dans les granules).
Difficulté: faiblesse des signaux magnétiques dans l’internetwork (moins de10G), facilement contaminés par la turbulence atmosphérique. Faible dimension des candidats ‘tubes de flux’ (structures < 0.1’’). Manque de SNR à ces résolutions spatiales avec un télescope de 1m.
Méthodes:
- Mesures de la dynamique la photosphère, champs de vitesses à plusieurs hauteurs
- Mesures des valeurs du champ magnétique du soleil calme
- Mesures de champ magnétique par effet Hanle, « second spectre solaire »
- Recherche d’une signature d’une dynamo locale
- Domaine d’existence et stabilité des tubes de flux
- Comparaison network / internetwork, granules intergranules.

E- Planètes / comètes
Depuis 2005 la communauté des utilisateurs s’est élargie au PNP avec l’emploi du télescope pour des observations diurnes de Mercure et Venus, en liaison avec la préparation ou le support de missions spatiales (Messenger, puis Bepi-Colombo), ainsi que l’observation (sporadique) de comètes au voisinage du périhélie. Pour Mercure, THEMIS permet des résolutions spatiale et temporelle et un cycle utile qui sont uniques. Le principal résultat depuis 2007 est a été le progrès exceptionnel dans la connaissance des fluctuations du contenu en sodium de l’exosphère de Mercure. Plusieurs cartes par jour sont possibles, avec une résolution spatiale qui est la meilleure connue à ce jour (8 pixels sur le diamètre), et des conséquences sur les mécanismes de dégazage par le régolithe. La polarimétrie de Mercure, et son interaction avec le champ magnétique solaire sont les composantes du programme futur, et pourraient donner lieu à des tentatives identiques sur d’autres objets (satellites de Jupiter).

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