L’atmosphère terrestre est constituée de couches d’air de différentes températures qui se mélangent les unes aux autres, causant de grands mouvements (les scientifiques disent des « turbulences ») dans les masses d’air. Pour les astronomes, ces turbulences sont néfastes car elles perturbent la trajectoire des rayons lumineux. Ce faisant, elles sont responsables du scintillement des étoiles dans le ciel et de la distorsion des images collectées par les télescopes.

Un moyen simple de minimiser cet inconvénient est de construire les observatoires astronomiques en altitude de façon à ce que les télescopes puissent observer au-dessus de l’atmosphère terrestre. On peut ainsi obtenir des images qui sont jusqu’à dix fois meilleures qu’au niveau de la mer.

Des améliorations peuvent également être apportées aux observatoires eux-mêmes. On ajoute de plus en plus des trappes de ventilation sur les murs des observatoires de façon à ce que l’air dans lequel baigne le télescope soit à la même température que l’air extérieur. Des courants d’air laminaires sont aussi projetés au-dessus du miroir pour limiter le Pour en lire plus
L’atmosphère terrestre est constituée de couches d’air de différentes températures qui se mélangent les unes aux autres, causant de grands mouvements (les scientifiques disent des « turbulences ») dans les masses d’air. Pour les astronomes, ces turbulences sont néfastes car elles perturbent la trajectoire des rayons lumineux. Ce faisant, elles sont responsables du scintillement des étoiles dans le ciel et de la distorsion des images collectées par les télescopes.

Un moyen simple de minimiser cet inconvénient est de construire les observatoires astronomiques en altitude de façon à ce que les télescopes puissent observer au-dessus de l’atmosphère terrestre. On peut ainsi obtenir des images qui sont jusqu’à dix fois meilleures qu’au niveau de la mer.

Des améliorations peuvent également être apportées aux observatoires eux-mêmes. On ajoute de plus en plus des trappes de ventilation sur les murs des observatoires de façon à ce que l’air dans lequel baigne le télescope soit à la même température que l’air extérieur. Des courants d’air laminaires sont aussi projetés au-dessus du miroir pour limiter les turbulences.

Un autre moyen, plus radical, est d’installer les télescopes dans l’espace, là où l’atmosphère ne peut gêner les observations. C’est pourquoi, aujourd’hui, les scientifiques lancent en orbite des satellites astronomiques comme Hubble, FUSE et MOST.

Les chercheurs ont entrepris très tôt de résoudre les problèmes de distorsion d’image dus aux perturbations atmosphériques. Les premiers travaux en ce sens sont réalisés en 1902 par le physicien allemand Karl Strehl, qui propose un moyen d’évaluer la qualité des images produites par les systèmes optiques.

En 1941, le mathématicien soviétique Andrei Nikolaevich Kolmogorov réalise plusieurs percées dans l’étude des turbulences. Ses travaux seront plus tard intégrés à des modèles atmosphériques qui auront pour but de corriger les distorsions affectant les images astronomiques.

En 1953, l’astronome américain Horace Welcome Babcock invente l’optique adaptative, un procédé qui corrige les distorsions d’image dues à l’atmosphère terrestre. La technique consiste à prélever un échantillon de lumière et à calculer son degré de distorsion. Des miroirs déformables sont ensuite utilisés pour redresser les rayons lumineux et produire une image corrigée. Le procédé est prometteur, mais pour des raisons d’ordre technique, Babcock ne sera pas en mesure de construire son système.

En 1957, le physicien américain Robert B. Leighton de l’Institut de technologie de la Californie parvient à réduire les distorsions d’image produites par l’atmosphère avec le télescope de 1,5 mètre de l’Observatoire du Mont Wilson, en Californie. Sa technique consiste à incliner plusieurs fois par seconde le miroir secondaire du télescope. Il obtient ainsi les meilleures images jamais réalisées de Jupiter et Saturne.

Toujours en 1957, le physicien soviétique Vladimir Pavlovich Linnik publie un article dans lequel il propose de diriger un laser vers le ciel et de faire le foyer dans la haute atmosphère de façon à faire réagir les molécules s’y trouvant pour générer une « étoile guide ».

Un système d’optique adaptative a besoin d’une « étoile guide » qui soit suffisamment brillante dans le voisinage de l’astre observé pour alimenter convenablement le senseur de front d’onde du télescope. Or, de telles étoiles ne se trouvent pas partout, d’où l’idée d’en générer une. La solution est révolutionnaire, mais par malheur elle ne sera connue de la communauté scientifique internationale qu’en 1992, au moment où l’on traduit en anglais l’article de Linnik.

En 1970, l’ingénieur américain W. Thomas Cathey et ses collaborateurs sont les premiers à faire la démonstration expérimentale d’un système d’optique adaptative fonctionnant en temps réel.

© 2006 Une idée originale et une réalisation de L'ASTROLab du Parc national du Mont-Mégantic

Deux photos noir et blanc du Zeta Boötis

L'étoile double Zeta Boötis vue sans l'aide (à gauche) et avec l'aide (à droite) de l'optique adaptative.

Bob Tubbs/Télescope optique nordique

© Télescope optique nordique


Photo noir et blanc du Horace Welcome Babcock

Horace Welcome Babcock.

Observatoire du Mont Wilson/UCLA

© Observatoire du Mont Wilson/UCLA


Photo noir et blanc du W. Thomas Cathey

W. Thomas Cathey.

W. Thomas Cathey

© W. Thomas Cathey


Trois ans plus tard, en 1973, un autre ingénieur américain, John W. Hardy, construit le premier système d’optique adaptative destiné à l’astronomie. Initialement conçu pour détecter les satellites militaires soviétiques, le système utilise un miroir déformable. Les astronomes prennent alors conscience des avantages de la technique et de nouveaux systèmes d’optique adaptative commencent à faire leur apparition.

En 1977, le physicien américain Andrew Buffington met au point le premier système utilisant un miroir segmenté. Chacun des six segments est contrôlé par un piston qui ajuste l’inclinaison.

En 1981, le physicien américain Robert Q. Fugate et son équipe commencent à travailler sur un système utilisant un laser pour générer une étoile guide; une idée que Vladimir Pavlovich Linnik avait proposée en 1957. Les premiers tests sont réalisés en 1983 et 1984. Depuis, plusieurs systèmes d’optique adaptative sont dotés de laser fonctionnant sur ce principe.

À partir de 1991, l’armée américaine commence à rendre publics ses travaux en matière d’optique adaptative, travaux jusqu’alors classés comme secrets. L Pour en lire plus
Trois ans plus tard, en 1973, un autre ingénieur américain, John W. Hardy, construit le premier système d’optique adaptative destiné à l’astronomie. Initialement conçu pour détecter les satellites militaires soviétiques, le système utilise un miroir déformable. Les astronomes prennent alors conscience des avantages de la technique et de nouveaux systèmes d’optique adaptative commencent à faire leur apparition.

En 1977, le physicien américain Andrew Buffington met au point le premier système utilisant un miroir segmenté. Chacun des six segments est contrôlé par un piston qui ajuste l’inclinaison.

En 1981, le physicien américain Robert Q. Fugate et son équipe commencent à travailler sur un système utilisant un laser pour générer une étoile guide; une idée que Vladimir Pavlovich Linnik avait proposée en 1957. Les premiers tests sont réalisés en 1983 et 1984. Depuis, plusieurs systèmes d’optique adaptative sont dotés de laser fonctionnant sur ce principe.

À partir de 1991, l’armée américaine commence à rendre publics ses travaux en matière d’optique adaptative, travaux jusqu’alors classés comme secrets. La communauté astronomique constate alors qu’elle réalisait déjà des systèmes plus performants et moins coûteux que les militaires.

En 2005, 18 observatoires astronomiques et 26 grands télescopes sont équipés de systèmes de correction d’image. Aujourd’hui, ces systèmes font partie de l’équipement standard des grands observatoires.

© 2006 Une idée originale et une réalisation de L'ASTROLab du Parc national du Mont-Mégantic

Photo couleur d'un laser tiré vers ciel par un observatoire

Laser utilisé pour produire une étoile guide.

Laurie Hatch/www.lauriehatch.com

© Laurie Hatch/www.lauriehatch.com


Image couleur qui démontre comment un télescope voit l'Étoile guide

Étoile guide produite par un laser.

Laird A. Thompson

© Laird A. Thompson


Deux photos du centre de la galaxie, un floue et un clair

Le centre de la galaxie vu sans et avec optique adaptative.

Télescope Canada-France-Hawaï

© Télescope Canada-France-Hawaï


Vidéo couleur du René Racine avec des images de l’espace en arrière-plan

René Racine parle de l'optique adaptative.

L’optique adaptative commence maintenant à avoir un impact en ophtalmologie. Si vous voulez étudier la rétine, l’image que l’on en voit est généralement embrouillée parce qu’il y a l’humeur aqueuse qui embrouille les choses. Il y a maintenant des systèmes d’optique adaptative qui permettent de faire des diagnostics rétiniens beaucoup plus fins qu’on ne pouvait le faire il y a quelques années. Dans un avenir relativement proche, on pourra avoir des verres correcteurs qui seront non seulement des lunettes comme celles-ci en plastique, mais qui vont pouvoir aussi se déformer pour corriger la turbulence et il n’y a aucune raison, avec des trucs comme ça, que vous ne pourrez pas lire un journal à environ 50 mètres de distance. Même votre œil va avoir une résolution qui va être beaucoup plus fine que celle que vous avez maintenant parce que votre œil n’est pas parfait, parce que l’atmosphère perturbe les images. C’est une application, c’est un usage pratique des technologies astronomiques, mais ça vient de l’astronomie.

ASTROLab du Parc national du Mont-Mégantic

© 2006 Une idée originale et une réalisation de L'ASTROLab du Parc national du Mont-Mégantic


Objectifs d'apprentissage

L’apprenant va :
  • nommer des contributions récentes, y compris celles du Canada, au développement des technologies pour l’exploration spatiale;
  • décrire en détail le rôle que jouent des technologies canadiennes dans l’exploration de l’espace;
  • dessiner un système solaire avec toutes ses composantes;
  • établir le lien entre les atomes et la lumière à l’aide de différents instruments.

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