Caractérisation de la turbulence atmosphérique

Lors des observations on choisit de fixer le télescope sur une étoile, que l'on peut aisément considérer comme une source ponctuelle. L'étoile la plus proche du système solaire (Proxima du Centaure) se trouve à 4.24 années-lumière du système solaire. Or, à cette distance, l'étoile est considérée comme étant à l'infini. On peut alors se placer dans l'approximation de Fraunhöffer et considérer l'onde sphérique comme plane localement, notamment sur la surface de notre télescope (cf. image ci-dessous).

Ainsi, l'approximation d'onde plane reste cohérente est même une très bonne modélisation de l'arrivé théorique des fronts d'onde sur notre télescope dans le cadre d'une propagation sans perturbation. Un cours d'optique ondulatoire (niveau L3) rédigé et enseigné par Éric Aristidi est disponible ici.

Comme vu précedemment, nous savons que la turbulence atmosphérique est une fonction aléatoire des conditions atmosphérique (température; pression, vitesse du vent, etc.). Par conséquent, la turbulence optique qui en est induite sera également aléatoire.

Ainsi, un rayon lumineux arrivant dans l'atmosphère sous incidence normale à l'horizon sera dévié de manière aléatoire. Ainsi, au fur et à mesure que les rayons lumineux approchent du sol, le front d'onde qu'ils engendrent est de plus en plus dégradé.

Pour se rendre compte des effets d'une telle turbulence sur nos rayons lumineux, imaginez un spot lumineux ponctuel positionné au fond d'une piscine. Vous observez ce spot depuis le dessus. Le cas où la turbulence est nulle correspond à une eau calme, lisse : vous voyez donc parfaitement le spot, et celui-ci semble immobile au fond de l'eau.

Sautez maintenant dans l'eau pour en agiter la surface, puis retournez observer le spot : celui-ci semble danser et vous n'observez plus un spot circulaire. C'est de cette manière (imagée bien sûr, que la turbulence altère et déforme le front d'onde et donc l'image que l'on observe.

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