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L'imageur de Fresnel et le projet FDAI-UV Laurent Koechlin Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 1 Sommaire • Domaines astrophysiques concernés - objets du système solaire - formation des systèmes exoplanétaires - astrochimie et physique des galaxies • Résultats au sol et principe optique • plans de développement pour le spatial Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 2 "Science cases" groupe 1 : Système solaire - Objets du système solaire accessibles avec un imageur de 4m spatial Résolution linéaire 5 km, champ 5000 km à I UA, λ = 150 - 250 nm 12000 champs accessibles en 5 ans Statistique des densités et formes des astéroïdes Aurores sur planètes gazeuses Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 3 "Science cases" groupe 2 : disques protoplanétaires Environnements stellaires, disques protoplanétaires (formation des systèmes planétaires et exoplanètes) 12000 champs accessibles en 5 ans avec un imageur de 4m Plusieurs autres cibles proches : TW Hya (56 pc) Taurus, Lupus, Ophiucus (140 pc) Simulation numérique Imageur de Fresnel (T.Raksasataya) Imageur de Fresnel et groupe NUVA Journées GAHEC 12 janvier 2011 4 "Science cases" groupe 3 : Galaxies Etude fine du premier maillon (Z<2) permettant de comprendre la physique des objets lointains. - Nuages moléculaires dans notre galaxie - nébuleuses par réflexion - Objets compacts, AGN 12000 champs accessibles en 5 ans avec un imageur de 4m Images H. ATEK, D.Kunth et al. http://obswww.unige.ch/~hayes/LymanAlpha/ L'imageur de Fresnel permettrait de voir ces champs à très haute dynamique, d'explorer l'environnement proche des objets compacts et très lumineux. Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 5 "Science cases" groupe 3 : astrochimie et galaxies - Pour préparer ces science cases: coopérations en cours avec: à l'IRAP GAHEC SISU à l'IAP groupe de D.Kunth à l'UMC (Madrid) groupe de Ana Ines Gomez de Castro Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 6 Validations au sol Observatoire de la Côte d'Azur, coupole du grand équatorial Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 7 Tests sur le ciel En parallèle sur le tube du grand équatorial (Nice) Action R&T CNES R-S08/SU-0002-014 Bande passante 650 à 900 nm Grille primaire 696 Zones 50 μm d'épaisseur 20 cm de côté Module récepteur Imageur de Fresnel Journées GAHEC Photo 12 D.Serre janvier 2011 8 Tests sur le ciel juillet 2009 et janvier à mars 2010 résolution 0.8" Imageur de Fresnel champ 800" Journées GAHEC λ0 = 800 nm Δλ = 100 nm 12 janvier 2011 Photo 9D.Serre Test sur la lune avec la grille de Fresnel 20 cm composite de 2 images 44 km 10 Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 10 Saturne et satellites Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 11 Tests sur le ciel avec la grille de 20 cm Imagerie Haute dynamique Sirius AB Separation 6" Magnitudes -1.5 / 8.5 650-740 nm M 42 et le trapèze θ Orion séparation 4.3" Imageur de Fresnel Janvier - Février 2010 Journées GAHEC 12 janvier 2011 12 Tests sur le ciel avec la grille de 20 cm Phobos & Deimos, les satellites de Mars. Contraste 400 000 Feb 13, 2010 - 01:08 Feb 13, 2010 - 01:19 Images des Satellites de Mars, bande spectrale 650-740 nm avec une ouverture de 20 cm (jamais fait avant, à notre connaissance) Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 13 lentille ou miroir focalise par réfraction ou reflexion Lentille Comment ça marche ? foyer Onde sphérique Onde plane Grille de Fresnel focalise par diffraction Transmission binaire Ordre +1 : convergent Ordre 0 : onde plane Foyer primaire Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 14 Principe optique Image pupille Lumière parasite confinée dans les aigrettes. T+1 < 10% F = Cgr2 / (8 N ) Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 15 Schéma optique d'un imageur de Fresnel spatial Grille Réseau correcteur (ordre -1) Optique de champ refocalisation masque Ordre 0 Instrumentation focale plan image 1 dispersé plan pupille Image finale achromatique focale Module Récepteur Module Grille de Fresnel Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 16 Télescope spatial proposé pour l'astrophysique UV Module "grille primaire" 3.6 à 4 m de diamètre, 700 zones Vol en formation Module récepteur Optique de champ : télescope de 60 cm de diamètre. Correction du chromatisme: Réseau concave de Fresnel, 15 cm de diamètre Instrumentation focale : Spectro-imageurs détecteurs Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 17 Etat des financements Etude de phase zéro CNES : pour 4m, 10m, 30m : étude faite RTRA STAE - tests UV en laboratoire 2010 : 60% du financement accordé dépensé en quasi-totalité R&T CNES pour validations UV 2011 : demandée ANR pour développements UV 2011-2014 : demande envoyée demain midi ESA CV2 pour télescope spatial UV européen 2025 : proposition soumise Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 18 Etat de préparation en janvier 2011 - Démarrage 2005, validation sol 2008, validation ciel 2010. - 2 thèses sur le sujet soutenues, cofinancées CNRS-Thales Alenia Space - Groupes de travail sur les thèmes astrophysiques et l'instrumentation : IRAP - IAP - OCA - CfA Cambridge - UMC Madrid. - 9 articles sur l'imageur de Fresnel publiés par le groupe en 2010. - Financements et ressources humaines pour l'avenir ? Imageur de Fresnel Journées GAHEC 12 janvier 2011 19 Avec 4m d'ouverture dans l'UV à 121 nm, on va avoir une résolution angulaire de 7 mas, soit nettement meilleure que celle du HST et des autres télescopes UV. Et surtout une dynamique dans les images supérieure à 105 Images HST prises H. ATEK, D.Kunth et al. Imageur de Fresnel Journées GAHEC http://obswww.unige.ch/~hayes/LymanAlpha/ 12 janvier 2011 20
