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Les étoiles lasers artificielles

mardi 18 décembre 2012, par Olivier Martin

Atmosphère, Atmosphère, quand tu dégrades nos images... Un des pires ennemis de l’astronome est surement la turbulence atmosphérique. Les transferts de chaleur en atmosphère entrainent des modifications de masse volumique, et donc d’indice optique ce qui a l’effet immédiat de flouter les images ! Cet effet est d’autant plus important que le r0 est petit. On l’appelle le paramètre de Fried, il se mesure en mètres, et représente le diamètre équivalent du télescope en présence de turbulence. Si r0 vaut 10 cm, c’est comme si on observait avec un télescope de 10 cm... Alors à quoi bon vouloir construire des télescopes de 40 m ?!! Pas panique, l’optique adaptative est la solution. L’optique adaptative repose sur trois éléments :
- un miroir déformable qui compense les fluctuations du front d’onde due à la turbulence atmosphérique
- un analyseur de front d’onde qui mesure ces fluctuations
- un Real-Time Computer (RTC) qui déduit des mesures de l’analyseur, les commandes à appliquer au miroir.
Ces trois éléments forment une boucle fermée, (comme un régulateur de vitesse) pour rendre le front d’onde le plus plat possible, c’est-à-dire pour minimiser l’impact de la turbulence sur les images scientifiques.

Le problème se corse lorqu’on veut faire l’image d’une source scientifique très faible. L’analyseur devient complètement aveugle (pas assez de photons) et il devient impossible de fermer la boucle, et c’est là que l’étoile laser rentre en jeu. En tirant un laser dans l’atmosphere, on peut créer une étoile artificielle qui va servir d’étoile guide à l’optique adaptative, on parle alors de Laser Guide Stars AO (LGS AO). On peut distinguer deux types de LGS :
- les étoiles Rayleigh : il s’agit de lasers qui sont diffusés par la diffusion Rayleigh. Plus c’est bleu, mieux ça diffuse, mais un laser bleu puissant (plusieurs dizaines de Watts) ça coute très cher ! Un bon compromis entre prix et puissance reçue au télescope est alors d’utiliser un laser vert. On utilise un shutter électronique qui va s’ouvrir à un instant très précis pour que l’analyseur ne voit que les photons diffusés à une certaine altitude, en général quelque dizaines de km. Plus on focalise l’étoile en altitude, plus l’étoile voit de turbulence mais moins de photons on reçoit.

-  les étoiles Sodium : on utilise des étoiles Sodium qui vont exciter la couche de Sodium à environ 90 km d’altitude. Ce genre d’étoiles voient plus de turbulence, mais il faut un laser très puissant pour obtenir un bon rapport signal à bruit. Ce genre d’étoiles artificielles est notamment utilisées sur les télescopes Keck.

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