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La génération des grands télescopes en cours d'étude promet de révolutionner
l'astronomie lorsqu'ils verront le jour d'ici quelques décennies.
Cependant, qu'ils soient géants ou petits, les télescopes terrestres
se heurtent à la turbulence atmosphérique qui dégrade les observations.
Des solutions sont d'ores et déjà à l'étude. Elles s'appuient sur
l'utilisation d'optique adaptive couplée à l'utilisation d'étoile
artificielle.
Explication
Le but des télescopes géants (ELT) est de collecter plus de lumière
et d'avoir une meilleure résolution d'image. Mais la turbulence
atmosphérique provoquée par des déplacements d'air de température
inégales dégrade sensiblement la qualité des observations. Pour
s'affranchir de cette contrainte, les astronomes utilisent des optiques
adaptives avec succès sur des étoiles naturelles.
Avec les ELT cette technique est d'autant plus nécessaire que les
astronomes vont rapidement être confrontés à un autre problème.
Plus ces télescopes auront la capacité à voir des objets faibles,
plus le nombre d'objets visibles va augmenter et si la résolution
n'augmente pas, dans certaines régions du ciel, on aboutira à un
problème de confusion : il y a tellement d'étoiles visibles qu'elles
empièteront les unes sur les autres de sorte que les astronomes
auront bien du mal à les séparer et qu'il sera difficile de faire
des spectres pour chacune d'elles.
Or, l'optique adaptive sur étoile naturelle pose quelques problèmes.
En effet, le nombre d'objets observables, appelée couverture du
ciel, est très faible. Elle dépend des performances de l'instrument
et de la limite que l'on met pour dire que l'instrument fonctionne.
Elles dépendent également aussi de la longueur d'onde a laquelle
on observe. Concrètement, vers le centre galactique, la couverture
est de 30 a 60%. Un peu en dehors du plan galactique (ou à l'opposé
du centre galactique, dans le plan), la couverture sera de 10 a
20%. Enfin, vers les pôles galactiques elle tombe à 2 ou 5%.
Pour remédier à ce problème, les astronomes développent des systèmes
d'optique adaptative utilisant plusieurs étoiles. En mesurant le
front d'onde sur ces différentes étoiles (si elles sont assez proches
les unes des autres), on peut :
- Corriger la turbulence de façon moyenne sur un angle plus grand
(en gros sur la surface comprise entre ces étoiles), c'est ce qu'on
appelle le "ground layer AO" (on corrige comme si toute la turbulence
se trouvait dans les 100 premiers mètres au-dessus du télescope
mais sur un angle assez large) ;
- Corriger la turbulence venant des différentes couches de l'atmosphère
séparément et obtenir ainsi une meilleure correction aussi sur un
angle assez large. Ce "multi-conjugated AO" est techniquement plus
compliqué que le ground layer.
Le problème est qu'il faut trouver 4 a 5 étoiles dans un rayon de
quelques arc minutes pour que ça fonctionne. Donc, avec des étoiles
naturelles, ça ne marche que sur quelques astérismes (association
d'étoiles dans la même zone du ciel) bien particuliers, donc une
couverture du ciel très faible. Pour s'affranchir de cette contrainte,
les astronomes utilisent des étoiles laser artificielles qui permettent
de créer 4 ou 5 étoiles dans la bonne configuration autour du champ
qu'on veut corriger et il suffira alors d'une seule étoile naturelle
dans le champ de plusieurs minutes d'arc pour corriger le tip-tilt
qui ne peut pas être vu par l'étoile laser.
Malheureusement, les étoiles lasers sont beaucoup plus difficiles
à 'gérer' que les étoiles naturelles. Les lasers doivent, entre
autres, être puissants et très bien adaptés à la longueur d'onde
du sodium. Enfin, ces étoiles ne sont pas à l'infini et il faut
en tenir compte.
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