L'observation en astrophysique , livre ebook
774
pages
Français
Ebooks
2008
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Ebook
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Publié par
Date de parution
01 juin 2008
Nombre de lectures
2
EAN13
9782759803095
Langue
Français
Poids de l'ouvrage
12 Mo
Depuis le début du XXIe siècle, l'observation astronomique a nettement progressé rendant nécessaire la mise à jour du précedent best-seller de Pierre Lena "Méthodes physiques de l'observation", éditée en 1996 et épuisée à ce jour.
Cet ouvrage présente une vue synthétique des outils et des méthodes de l'observation astronomique en ce début de millénaire. Bâtie sur une série de cours de niveau doctoral, cette troisième édition est entièrement renouvelée et largement augmentée. En effet, en à peine plus d'une décennie, l'astronomie d'observation, appuyée sur des technologies nouvelles d'imagerie et de détection, a extraordinairement progressé : optique adaptative, interférométrie optique, accès au submillimétrique, découverte d'exoplanètes ou quête des neutrinos, pour ne citer que quelques exemples. Pour explorer ces champs nouveaux apparaissent des téléscopes et des missions spatiales d'une grande originalité.
L'ouvrage développe également quelques traits du monde numérique : le traitement du signal, les bases de données et les observatoires virtuels.
Publié par
Date de parution
01 juin 2008
Nombre de lectures
2
EAN13
9782759803095
Langue
Français
Poids de l'ouvrage
12 Mo
SAVOIRS ASTROPHYSIQUE ACTUELS
L’OBSERVATION
EN ASTROPHYSIQUE
PIERRE LÉNA,
DANIEL ROUAN
FRANÇOIS LEBRUN,
FRANÇOIS MIGNARD,
DIDIER PELATL’observation
en astrophysique
Troisième édition augmentée et entièrement refondue
Pierre Léna
Université Paris Diderot - Paris 7
Daniel Rouan
Observatoire de Paris
François Lebrun
Commissariat à l’énergie atomique
François Mignard
Observatoire de la Côte d’Azur
Didier Pelat
Observatoire de Paris
Avec la collaboration de
Laurent Mugnier
Office national d’études et de recherches aérospatiales
S AVOIRS A CT UELS
EDPSciences/CNRSÉDITIONSLégende de l’illustration de couverture : Les télescopes auxiliaires mobiles du
Very Large Telescope européen, qui contribuent au mode interférométrique du
Vlt dans le proche infrarouge (chap. 6). Le fond du ciel est un montage à
partir d’un cliché réel. (Images dues à l’obligeance de Pierre Kervella,
Observatoire de Paris).
Nous avons fait tout ce qui était en notre pouvoir pour obtenir les autorisations de
reproduction nécessaires pour cet ouvrage. Toute omission qui nous sera signalée se
verra rectifiée dans la prochaine édition.
c 2008, EDP Sciences, 17, avenue du Hoggar, BP 112, Parc d’activités de Courtabœuf,
91944 Les Ulis Cedex A
et
CNRS ÉDITIONS, 15, rue Malebranche, 75005 Paris.
Tous droits de traduction, d’adaptation et de reproduction par tous procédés réservés
pour tous pays. Toute reproduction ou représentation intégrale ou partielle, par quelque
procédé que ce soit, des pages publiées dans le présent ouvrage, faite sans l’autorisation
de l’éditeur est illicite et constitue une contrefaçon. Seules sont autorisées, d’une part, les
reproductions strictement réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une
utilisation collective, et d’autre part, les courtes citations justifiées par le caractère scientifique
ou d’information de l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées (art. L. 122-4, L. 122-5
et L. 335-2 du Code de la propriété intellectuelle). Des photocopies payantes peuvent être
réalisées avec l’accord de l’éditeur. S’adresser au : Centre français d’exploitation du droit
de copie, 3, rue Hautefeuille, 75006 Paris. Tél. : 01 43 26 95 35.
ISBN EDP Sciences 978-2-86883-877-3
ISBN CNRS Éditions 978-2-271-06744-9Table des matières
Avant-propos xi
Avertissement xv
I Les fondements 1
1 L’information en astrophysique 3
1.1 Les porteurs de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.1.1 Lerayonnementélectromagnétique . . . ... .. .. .. 4
1.1.2 La matière : électrons, noyaux et météorites . . . . . . . 6
1.1.3 Lesneutrinos . . . . . . . . ... .. .. ... .. .. .. 6
1.1.4 Lesondesgravitationnelles ... .. .. ... .. .. .. 8
1.1.5 L’observation in situ .. .. ... .. .. ... .. .. .. 11
1.2 L’acquisition de l’information . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.2.1 Les principales caractéristiques du photon . . . . . . . . 13
1.2.2 Le système d’observation . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.2.3 Une approche raisonnée de l’observation . . . . . . . . . 30
1.3 L’organisation mondiale de l’astronomie . . . . . . . . . . . . . 31
1.3.1 Leshommesetlesfemmes. ... .. .. ... .. .. .. 31
1.3.2 Les institutions et les politiques de recherche . . . . . . 32
1.3.3 Lespublications .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. 37
2 L’atmosphère terrestre et l’espace 43
2.1 La structure physico-chimique de l’atmosphère . . . . . . . . . 44
2.1.1 Structureverticale . .. .. ... .. .. ... .. .. .. 44
2.1.2 Constituantsatmosphériques .. .. .. ... .. .. .. 45
2.2 L’absorptiondurayonnement . . . ... .. .. ... .. .. .. 49
2.3 Lesémissionsatmosphériques . . . ... .. .. ... .. .. .. 54
2.3.1 Émissionsdefluorescence . ... .. .. ... .. .. .. 55
2.3.2 Émissionthermique . . . . ... .. .. ... .. .. .. 59
2.3.3 Latechniquedesmesuresdifférentielles ... .. .. .. 61
2.4 Ladiffusiondurayonnement . . . ... .. .. ... .. .. .. 63iv L’observation en astrophysique
2.5 Laréfractionetladispersionatmosphérique . .. .. ... .. . 66
2.6 Laturbulencedel’atmosphèreterrestre ... .. .. ... .. . 68
2.6.1 Turbulence de l’atmosphère inférieure et moyenne . . . 68
2.6.2 Turbulenceionosphérique . . . . ... .. .. ... .. . 76
2.7 L’atmosphère, convertisseur de rayonnement . . . . . . . . . . . 76
2.7.1 L’astronomie γausol . . . . . . ... .. .. ... .. . 76
2.7.2 Gerbes atmosphériques et rayons cosmiques . . . . . . . 77
2.8 Lessitesterrestresd’observation .. .. ... .. .. ... .. . 77
2.8.1 Visible, infrarouge (λ 30 μm) et millimétrique
(λ 0.5mm) .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. . 78
2.8.2 La radioastronomie centimétrique et métrique . . . . . . 80
2.8.3 L’astronomie γ de très haute énergie . . . . . . . . . . . 81
2.8.4 Le rayonnement cosmique de très haute énergie . . . . . 81
2.8.5 Pollutions et parasites anthropogéniques . . . . . . . . . 82
2.8.6 L’Antarctique.. ... .. .. .. ... .. .. ... .. . 83
2.9 L’observationdansl’espace . .. .. .. ... .. .. ... .. . 84
2.9.1 Lesbénéficesdel’observationspatiale .. .. ... .. . 85
2.9.2 Lessourcesdeperturbation . . . ... .. .. ... .. . 86
2.9.3 Lechoixdesorbites . . . . . . . ... .. .. ... .. . 93
2.10 LaLune,siteastronomique? .. .. .. ... .. .. ... .. . 94
3 Rayonnement et photométrie 101
3.1 Laphotométrie . . . . . ... .. .. .. ... .. .. ... .. . 102
3.2 Notionsliéesaurayonnement .. .. .. ... .. .. ... .. . 107
3.2.1 Lerayonnementdecorpsnoir . . ... .. .. ... .. . 107
3.2.2 Lacohérencedurayonnement.. ... .. .. ... .. . 108
3.3 Les systèmes de magnitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
3.4 Photométrieautraversdel’atmosphère ... .. .. ... .. . 116
3.5 Étalonnagesetstandardsd’intensité . . ... .. .. ... .. . 117
3.5.1 Radiofréquences (λ 0.5mm) . ... .. .. ... .. . 118
3.5.2 Submillimétrique, infrarouge et visible . . . . . . . . . . 119
3.5.3 Ultraviolet et rayons X (0.1 λ≤ 300nm) . ... .. . 125
3.5.4 Rayonnement γ. ... .. .. .. ... .. .. ... .. . 127
3.5.5 Quelques illustrations de spectrophotométrie . . . . . . 128
3.6 L’étalonnagedesdimensionsangulaires. ... .. .. ... .. . 131
4 Les repères d’espace et de temps 135
4.1 Lerepéragespatial . .. ... .. .. .. ... .. .. ... .. . 137
4.1.1 Définitionsdesrepèresd’espace . ... .. .. ... .. . 137
4.1.2 Lesrepèresastronomiques .. .. ... .. .. ... .. . 139
4.1.3 Leschangementsderepères . . . ... .. .. ... .. . 147
4.2 Lamatérialisationdesrepèresspatiaux. ... .. .. ... .. . 153
4.2.1 Les systèmes de références célestes . . . . . . . . . . . . 153
4.2.2 Lescataloguesfondamentaux . . ... .. .. ... .. . 154
4.2.3 Le système extragalactique . . . . . . . . . . . . . . . . 156Table des matières v
4.2.4 LerepèreHipparcos .. .. ... .. .. ... .. .. .. 161
4.2.5 Le futur proche : la mission gaia.. .. ... .. .. .. 165
4.3 Lerepéragetemporel.. .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. 167
4.3.1 Leséchellesdetemps . . . ... .. .. ... .. .. .. 167
4.3.2 Letempsatomique . . . . . ... .. .. ... .. .. .. 171
4.3.3 Le temps universel coordonné (tuc ou utc). .. .. .. 175
4.3.4 Le temps gps .. .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. 176
4.3.5 Lestempsdynamiques . .. ... .. .. ... .. .. .. 178
4.3.6 Les dates et les époques : les comptes longs . . . . . . . 180
II Recueillir l’information 183
5 Les télescopes 185
5.1 L’objet et l’image en astronomie . . . . . . . . . . . . . . . . . 186
5.1.1 Le télescope et l’optique géométrique . . . . . . . . . . . 187
5.1.2 L’optiquegravitationnelle . ... .. .. ... .. .. .. 194
5.2 La grande famille des télescopes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
5.2.1 Lesradiotélescopes . .. .. ... .. .. ... .. .. .. 196
5.2.2 Les télescopes optiques au sol :
visibleetprocheinfrarouge ... .. .. ... .. .. .. 199
5.2.3 Les télescopes spatiaux :
de l’ultraviolet au submillimétrique . . . . . . . . . . . . 206
5.2.4 LestélescopesX(0.1à10keV) . .. .. ... .. .. .. 210
5.2.5 Les télescopes γ (≥10keV) ... .. .. ... .. .. .. 212
6 Formation des images et diffraction 221
6.1 Ladiffractiond’uneouverturequelconque . .. ... .. .. .. 223
6.1.1 LethéorèmedeZernike .. ... .. .. ... .. .. .. 223
6.1.2 L’étendue de cohérence . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
6.1.3 Ladiffractionàl’infini . . . ... .. .. ... .. .. .. 228
6.1.4 Le filtrage spatial d’une pupille . . . . . . . . . . . . . . 233
6.2 L’atmosphère terrestre et la perte de cohérence . . . . . . . . . 239
6.2.1 Les perturbations du front d’onde . . . . . . . . . . . . 241
6.2.2 L’imageperturbée . .. .. ... .. .. ... .. .. .. 244
6.2.3 L’impact de l’atmosphère sur l’interférométrie . . . . . . 251
6.3 L’optiqueadaptative .. .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. 252
6.3.1 Mesuredufrontd’onde .. ... .. .. ... .. .. .. 253
6.3.2 Dispositifcorrecteurdephase .. .. .. ... .. .. .. 257
6.3.3 Imagefinale... .. .. .. ... .. .. ... .. .. .. 259
6.3.4 Sensibilité et sources de référence . . . . . . . . . . . . . 259
6.3.5 Denouveauxconcepts . . . ... .. .. ... .. .. .. 264
6.4 L’interférométrieastronomique . . ... .. .. ... .. .. .. 268
6.4.1 L’obtention du signal interférométrique . . . . . . . . . 269
6.4.2 Letransportdelalumière . ... .. .. ... .. .. .. 274vi L’observation en astrophysique
6.4.3 Lacohérencetemporelle . . . . . ... .. .. ... .. . 277
6.4.4 Lespertesdecohérencespatiale ... .. .. ... .. . 277
6.4.5 L’étalonnage de la ftminstrumentale . . . . ... .. . 281
6.4.6 Laclôturedephase . . . . . . . ... .. .. ... .. . 284
6.5 La famille des interféromètres astronomiques . . . . . . . . . . 286
6.5.1 Les réseaux de radiotélescopes . . . . . . . . . . . . . . 287
6.5.2 Lesréseauxoptiquesausol . . . ... .. .. ... .. . 296
6.5.3 L’interférométrie optique dans l’espace . . . . . . . . . . 305
6.6 L’imagerieàtrèshautedynamique . . . ... .. .. ... .. . 309
6.6.1 Coronographie et apodisation . . . . . . . . . . . . . . . 309
6.6.2 L’interférométrie à frange noire . . . . . . . . . . . . . . 322
7 Les récepteurs du rayonnement 335
7.1 Propriétés générales des récepteurs . . . . . . . . . . . . . . . . 336
7.1.1 Récepteurs d’amplitude et quadratiques . . . . . . . . . 337
7.1.2 La structure spatiale des récepteurs . . . . . . . . . . . 339
7.1.3 Laréponsetemporelle .. .. .. ... .. .. ... .
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