Un nouveau dispositif d'optique adaptative installé sur le VLT génère des images d'une très grande définition
Publié par Adrien le 24/07/2018 à 00:00
Source: ESO
Le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO vient de capturer sa première lumière au moyen d'un tout nouveau dispositif d'optique adaptative baptisé Tomographie Laser – et d'acquérir des images tests particulièrement détaillées de la planète Neptune, d'amas d'étoiles et d'autres objets célestes. L'instrument pionnier MUSE positionné en mode Champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) Étroit et combiné au module d'optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un front d'onde grâce à un miroir déformable.) GALACSI, peut désormais utiliser cette nouvelle technique de correction de la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la...) à diverses altitudes atmosphériques. Il devient dès lors possible de capturer, depuis le sol et dans le domaine visible, des images dotées d'une définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les...) supérieure à celle des images acquises par le Télescope Spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un...) du consortium NASA/ESA. La combinaison (Une combinaison peut être :) d'images particulièrement résolues avec les capacités spectroscopiques de MUSE permettra aux astronomes d'étudier les propriétés d'objets astronomiques avec des détails bien plus fins qu'auparavant.


L'instrument MUSE (Explorateur Spectroscopique doté de Plusieurs Unités) qui équipe le Very Large Telescope (VLT) de l'ESO fonctionne avec un dispositif d'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) adaptative baptisé GALACSI. Ce module utilise le Système d'Etoiles Guides Laser (Un laser est un appareil émettant de la lumière (rayonnement électromagnétique) amplifiée par émission stimulée. Le terme laser provient de l'acronyme anglo-américain « light amplification by...) 4LGSF, un sous-système d'Optique Adaptative (AOF). L'AOF procure une optique adaptative aux instruments qui équipent la quatrième unité télescopique (UT4) du VLT. MUSE fut le premier instrument à bénéficier de cette nouvelle installation et dispose désormais de deux modes d'optique adaptative – le Mode Champ Large et le Mode Champ Etroit.

Le Mode Champ Large de MUSE combiné au Mode Sol de GALACSI permet de corriger des effets de la turbulence atmosphérique jusqu'à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes géographique et biogéographique qui explique la...) de 10 000 mètres et sur un champ de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) relativement étendu. Le nouveau Mode Champ Etroit basé sur la tomographie laser corrige de la plupart des effets de la turbulence atmosphérique au-dessus du télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la...) et génère des images bien plus détaillées, mais sur une surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa mesure, sa...) du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) beaucoup plus restreinte.

Grâce à cette nouvelle instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :), le télescope UT4 de 8 mètres atteint la limite théorique de netteté de l'image et s'affranchit totalement des effets de la turbulence atmosphérique. Un tel résultat est extrêmement difficile à atteindre dans le domaine visible. Les images acquises sont comparables, en termes de netteté, à celles capturées par le Télescope Spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de ne pas être perturbé par...) Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet de la Terre toutes les 100...) du consortium NASA/ESA. Les astronomes peuvent désormais étudier, dans les moindres détails, des objets aussi fascinants que les trous noirs supermassifs situés au centre de galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) lointaines, les jets issus de jeunes étoiles, les amas globulaires, les supernovae, les planètes du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...) ainsi que leurs satellites (Satellite peut faire référence à :), et bien d'autres objets (1).

L'optique adaptative est une technique permettant de compenser l'effet de flou généré par l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre, un problème d'envergure (L'envergure est la distance entre les extrémités des ailes. Le terme est valable pour définir un oiseau, un chiroptère, un avion (ou planeur).) rencontré par l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être...) des télescopes opérant depuis le sol. La même turbulence atmosphérique responsable du scintillement des étoiles observées à l'œil nu, se traduit par l'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.) d'images floues de l'Univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.) au moyen des grands télescopes. En effet, la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet)...) en provenance des étoiles et des galaxies subit une déviation lors de sa traversée de l'atmosphère terrestre. Ce phénomène oblige les astronomes à utiliser des technologies intelligentes pour améliorer artificiellement la qualité des images acquises.

Afin d'atteindre cet objectif, quatre lasers brillants reliés à l'UT4 projettent sur le ciel des rayons de 30 centimètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre...) de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) orange vive. Ces rayons excitent les atomes (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut diviser ») est la plus petite partie d'un corps simple pouvant se combiner chimiquement avec une autre. Il est généralement...) de sodium (Le sodium est un élément chimique, de symbole Na et de numéro atomique 11. C'est un métal mou et argenté, qui appartient aux métaux alcalins. On ne le trouve pas à l'état de corps pur dans la...) présents dans la haute atmosphère et génèrent des Etoiles Guides Laser artificielles. Les systèmes d'optique adaptative utilisent la lumière de ces “étoiles” pour quantifier le degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) de turbulence atmosphérique et déterminer les corrections à apporter, quelque mille fois par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une...). S'ensuit la distorsion du miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour être...) secondaire mince et déformable de l'UT4, en réponse à la déviation de la lumière.

MUSE n'est pas le seul instrument à bénéficier de ce dispositif d'Optique Adaptative. Un autre système d'optique adaptative baptisé GRAAL fonctionne déjà de concert avec la caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible mais plus courte que celle des...) HAWK-I. S'ensuivra, dans quelques années, le nouvel instrument ERIS, doté de performances élevées. Ces développements essentiels dans le domaine de l'optique adaptative augmentent encore la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) des télescopes de l'ESO, tournés vers l'Univers.

La mise à disposition de ce nouveau mode d'acquisition d'images constitue une étape clé pour l'Extremely Large Telescope de l'ESO, qui utilisera la Tomographie Laser pour atteindre ses objectifs scientifiques. Les résultats obtenus sur l'UT4 au moyen de l'AOF permettront aux ingénieurs et aux scientifiques de l'ELT d'implémenter une semblable technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) d'optique adaptative sur le géant de 39 mètres de diamètre.

Notes

(1) La turbulence atmosphérique varie avec l'altitude ; certaines couches dévient davantage la lumière stellaire (Stellaria est un genre de plantes herbacées annuelles ou vivaces, les stellaires, de la famille des Caryophyllaceae. Il comprend près de 90 espèces réparties à travers le monde.) que d'autres en effet. Complexe, la technique d'optique adaptative basée sur la Tomographie Laser vise à principalement corriger des effets de la turbulence générée par ces couches atmosphériques. Un ensemble de couches prédéfinies est sélectionné pour le Mode Champ Etroit de l'ensemble MUSE/GALACSI à 0 km (au niveau du sol, un contributeur toujours majeur), 3, 9 et 14 km d'altitude. L'algorithme de correction est ensuite optimisé pour ces couches, ce qui permet aux astronomes d'atteindre une qualité d'image comparable à celle obtenue au moyen d'une étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) guide naturelle et correspondant à la limite théorique du télescope.

(2) MUSE et GALACSI en Mode Champ Etendu offrent déjà une correction d'une minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain...) d'arc sur un champ de vue étendu, avec des pixels de 0,2” sur 0,2”. Ce nouveau Mode Champ Etroit de GALACSI couvre un champ de vue plus petit, de 7,5 secondes d'arc, mais avec des pixels de taille inférieure: 0,025” sur 0,025”, afin d'exploiter pleinement la résolution obtenue.
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