Mesures sur le terrain

Une partie de notre projet consiste à simuler des modèles théoriques de l’atmosphère. Nous caractérisons l’atmosphère à l'aide de plusieurs paramètres tels que l’échelle externe L₀, le paramètre de Fried r₀, le seeing (qui dépend de r₀ et de λ) ainsi que le paramètre de structures des fluctuations d'indice de réfraction C_n². Ces paramètres peuvent être mesurés à l'aide d’appareils de mesure et fluctuent énormément d'un site de la planète à un autre.

Appareils de mesure

Dans la nature, les paramètres sont en constante évolution et pour une bonne observation, nous devons mesurer ces paramètres de façon statistique (estimer une valeur médiane de ces derniers). Pour cela, quelques appareils de mesure ont été développés comme le GSM (Generalized seeing monitor), le DIMM (Differential Image Motion Monitor) ou encore le SCIDAR (SCIntillation Detection And Ranging).

Les paramètres mesurés sont le paramètre de Fried r₀ (à l'aide du DIMM ou du GSM), l'échelle externe L₀ (avec le GSM) et le paramètre de structure des fluctuations d'indice de réfraction Cn² (avec le SCIDAR). Un exemple de résultat de mesure avec le SCIDAR : L'évolution du Cn² en fonction de l'altitude.

Site pour l'observation à haute résolution angulaire

Nous connaissons quelques sites où se situent de grands télescopes comme au Mauna Kea à Hawai ou encore à Cerro Paranal au Chili. Mais ces lieux n'ont pas été choisis par hasard. En effet, ils se situent tous deux en altitudes, au delà de 2600m au chili et 4100m à Hawaï bénéficiant ainsi d'une plus fine atmosphère et se trouvant à l'écart des villes.

Le choix du site est crucial. Plusieurs paramètres sont à prendre en compte :

• la pollution lumineuse : La pollution lumineuse se trouve aux abords des villes et rend le ciel nocturne rougeâtre, nuisant à l'observation astronomique. Elle réduit considérablement le contraste des objets qu'on observe.





• L'humidité : Elle absorbe les longueurs d'onde du visible et provoque de la diffraction.


• Les vents : Ils provoquent des turbulences atmosphériques et soulèvent des poussières du sol.





• la nébulosité : Les nuages bloquent totalement la vision du ciel et même les cirrus (nuages fins à très haute altitude) gênent l'observation.





• La température : Une trop forte variation de température provoque des variations d'indice de réfraction de l'air et ainsi brouillera les images.

Malheureusement, atténuer les effets de tout ces paramètres est difficiles. Mais un lieu inattendu et assez hostile remplit toutes les conditions pour l'observation astronomique : L’antarctique.

Station Concordia en antarctique

En antarctique se trouve la base franco-italienne « Concordia » regroupant un pôle scientifique. Le site se trouve à une altitudes de 3200m, la pollution lumineuse est inexistante, les précipitation sont de 14mm par an, le climat est très sec avec de faibles vents. Autant dire des conditions parfaites pour l'observation astronomique. Il y a l'avantage d'y avoir 3 mois de nuit complètes permettant de longues observations mais l’inconvénient de trois mois de jours complets rend caduque l'observation astronomique en cette période. L’étude du ciel se fait donc par saison, durant l’hiver austral. Cependant, le site se trouve à plus de 1000km des côtes, dans un désert de glaces avec des températures hivernal atteignant les -80°C rendant son accès très difficiles. Dans le début des années 2000, des recherches ont été menées et ont permis de révéler, avec les dispositifs DIMM et GSM, une atmosphère extrêmement stable et pure. Le dispositif DIMM a été utilisé à différentes altitudes et il a été découvert que les principales couches turbulentes se trouvaient dans une zone de 0 a 40m d'altitudes. Il est important de signaler que les couches de turbulences sont pour la plupart du temps comprises entre 0 et 40m mais que ce n'est pas systématiquement le cas. Dans les cas où la turbulence subsiste, il est nécessaire de compenser avec un système d'optique adaptative.