Les instruments d`observation en Astronomie

Les instruments d'observation en
Astronomie
 Les
problèmes liés à l'atmosphère terrestre
 Caractéristiques optiques des télescopes
 L'instrumentation en Astronomie
Les problèmes liés à l'atmosphère
terrestre
L'absorption atmosphérique
Cette absorption est due aux différents gaz présents dans l'atmosphère
et est caractérisée par de nombreuses bandes d'apsorption :
- l'ozone absorbe les rayonnements dont les longueurs d'onde sont
inférieures à 290 nm (et particulièrement les ultraviolets nocifs pour
les êtres vivants) ainsi qu'une partie du rayonnement dans le rouge.
- l'oxygène présente une bande étroite d'intense absorption autour de
760 nm.
- la vapeur d'eau, le gaz carbonique et le méthane constituent les trois
principaux gaz qui absorbent la majeure partie du rayonnement
solaire de l'infrarouge à l'infragouge thermique.
Les problèmes liés à l'atmosphère
terrestre
Fenêtres d'observation atmosphériques
Les problèmes liés à l'atmosphère
terrestre
La diffusion atmosphérique
Elle est due à l'interaction des photons avec les molécules et les
aérosols en suspension dans l'air:
– diffusion de Rayleigh pour les molécules dont la taille est très
inférieure à celle de la longueur d'onde. Puissance diffusée
proportionnelle à λ-4, responsable du bleu du ciel
– diffusion de Mie pour les aérosols, lorsque la longueur d'onde est
du même ordre de grandeur que la taille des particules
diffusantes. Effet quasi-achromatique sur le domaine visible.
Autre problème: la pollution lumineuse des villes!
Les problèmes liés à l'atmosphère
terrestre
La turbulence atmosphérique
Elle est due à l'effet de la convection dans l'atmosphère (mouvements à
grande échelle des différentes couches) et aux vents dans les basses
couches
Elle crée un « tremblement » des images instantanées, qui se
moyennent sur les longues poses pour former une image
« moyenne » élargie par le « seeing »
Les émissions atmosphériques
émission thermique infra-rouge
émission de fluorescence des éléments et des molécules dans
l'atmosphère.
Comment trouver un bon site
d'observation ?
• Absorption atmosphérique  site à haute altitude
• Émission et diffusion atmosphériques  site désertique, absence de
vapeur d'eau
• Turbulence atmosphérique  site isolé, régime de vents constant
• Pollution lumineuse  site loin des grandes villes
Quelques sites terrestres de qualité:
– Le Mauna Kea (Hawaii, USA)
– Le désert d'Atacama (Chili)
– Le Pôle Sud (Dôme C)
Caractéristiques optiques d'un
télescope
• Lunette astronomique = réfracteur (composée de lentilles)
• Télescope = réflecteur (composé de miroirs)
• Monture: 2 types généralement utilisés
– Monture équatoriale
– Monture azimutale
(axes verticaux et horizontaux)
Schema général d'un télescope
(foyer primaire)
Exemple de lunette astronomique: la
grande lunette de Nice
Lunette de 76 cm, construite en 1888
Objectif (lentille)
Coupole/Dôme
Axe de déclinaison
Axe horaire (équatorial)
Oculaire
Caractéristiques optiques d'un
télescope
• Objectif = miroir d'entrée, caractérisé par son diamètre
• Foyer = là où se forme l'image d'une source à l'infini, caractérisé par
la longueur focale
Foyer Newton
Foyer Cassegrain
Foyer de SchmidtCassegrain
Exemple de télescope: le CFHT
Télescope de 3,6m situé sur le
Mauna Kea à Hawaii
Coupole/Dôme
Foyer primaire (cage)
Axe horaire (équatorial)
Axe de déclinaison
L'observateur
donne l'échelle!
Miroir segmenté: Keck
Large binocular telescope
Miroir liquide
Formation des images
Exercice d'application: Quel champ couvre un CCD carré de côté 2048
pixels, avec des pixels de 15 μm , au foyer d'un télescope de 12 m de
focale ?
Réponse en radians (2.56 mrad) et en minutes d'arc (8'48'').
Fonction de transfert
• Remarque: l'image d'un point n'est JAMAIS un point !
• Causes d'élargissement des images:
– Aberrations optiques
– Diffraction [ miroir primaire, influence du miroir secondaire et du
support du miroir secondaire]. Tache image de largeur 1.22 l/D
– Turbulence atmosphérique
– Réfraction atmosphérique
Caractérisées par la fonction
de transfert ou fonction
d'étalement du point (PSF),
et sa largeur à mi-hauteur
Diffraction et tache image
• Dimension de la tache de diffraction qui dépend de la taille de
l'ouverture (miroir primaire)
• Forme de la tache de diffraction qui dépend de l'influence du miroir
secondaire et du support du secondaire
Diffraction et résolution spatiale
Turbulence et formation d'images
Optique adaptative
Analyseur de front d’onde
(Shack-Hartmann)
Optique adaptative
Instrumentation en Astronomie:
Principes généraux
Instrumentation en Astronomie:
Principes généraux
Miroir des télescopes
Astrométrie
Imagerie
Photométrie
Spectrométrie

Instrumentation en Astronomie:
Principes généraux
Détection de la lumière:
Actuellement essentiellement
avec des cameras CCD (en astronomie
optique)
MegaCam: la plus grande mosaique
de CCDs actuellement en opération
sur un télescope
(36 CCDs 2kx4k, 360 millions pixels)
champ couvert sur le ciel: 1 degré2