La turbulence atmosphérique

En astronomie, on rencontre un problème fréquent dans les observations, il s'agit de la turbulence atmosphérique. En effet, une étoile, étant supposée infiniement lointaine, emet une onde plane, celle-ci va être déformée dans l'atmosphère à cause des différences d'indice de réfraction, ce qui va créer des retards sur l'arriver de l'onde dans nos télescopes. Nous allons particulièrement s'interesser aux propriétés du front d'onde.





La physique est une science qui explique les mécanismes de la nature par les mathématiques, il faut donc, dans un premier temps, définir des paramètres qui permettent de caractériser la turbulence. Il y en a quatre principaux, le seeing, l'angle d'isoplanétisme, l'echelle externe et le temps de cohérence. Ces paramères sont directement liés au front d'onde déformé.

Le Seeing ou paramètre de Fried

Le seeing ( exprimé en arcsec ) est la grandeur principale qui qualifie la qualité du ciel. On le définit par la largeur à mi-hauteur de la fonction d'étalement du point. Dans le schéma suivant, nous pouvons voir l'évolution de l'image selon le seeing. Plus il est bas, plus il se rapproche d'une tache d'Airy, sinon il se forme des Speckles. Le seeing est donc directement lié à la turbulence atmosphérique. On considère une nuit correcte lorsque le seeing est aux alentoures de 1 arcsec. Il est donc important de choisir le site où l'on fera les observations.

On parle aussi de paramètre de Fried qui est lié au seeing par la formule suivant :

Par définition, le paramètre de Fried peut être assimilé au diamètre qu'aurait le télescope qui fournirait, en l'absence de turbulence, une tache d'Airy de même taille que notre télescope en présence de turbulence. Cela correspond donc à une distance locale où la turbulence pas beaucoup d'impact. Si le paramètre de Fried est de 10 cm, que l'on utilise un telescope de 30 m ou de 10 cm, la résolution sera la même !

L'angle d'Isoplanétisme

"La lumière issue de deux objets vus sous un angle inférieur à l'angle d'isoplanétisme traverse la même atmosphère." En effet, le schéma ci-dessous illustre bien cette définition. Donc plus l'angle d'isoplanétisme est grand, meilleure est la qualité du ciel. On retrouve généralement des angles d'isoplanétisme proche de quelques arcsec.

Le temps de cohérence et l'echelle externe

Le temps de cohérence: Le front d'onde évolue au cours du temps, le temps caractéristique pendant laquelle il ne varie presque pas s'appelle le temps de cohérence. Son ordre de grandeur est de la milliseconde.


L'échelle externe: L'échelle externe correspond à la plus grande longueur caractéristique (de l'ordre de 10-20 mètres) des structures de fluctuations du front d'onde. On peut le comparer à la longueur caractéristique de la 'houle' en mer.

Les 4 paramètres du front d'onde étant définis, nous allons maintenant nous intéresser aux instruments utilisés pour les mesurer.( Page suivante )