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DOTA - Optique théorique et appliquée

Le système d'optique adaptative NAOS

Présentation

Le projet NAOS

Le Very Large Telescope
Le Very Large Telescope

Le Very Large Telescope (VLT)

Le VLT est un ensemble unique au monde de quatre télescopes construits au sommet du Mont Paranal au Chili par l'European Southern Observatory (ESO). En l'équipant du système d'optique adaptative NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System), l'ONERA et les observatoires de Paris et de Grenoble l'ont l'affranchi des effets néfastes de l'atmosphère et ont doté l'Europe d'une capacité d'observation exceptionnelle.

Un mal dont tous étaient atteints

Depuis près de quatre siècles, tous les instruments mis au point pour scruter l'Univers souffrent du même mal, d'autant plus difficile à éliminer que le coupable est l'atmosphère terrestre : la turbulence atmosphérique brouille leur vue. C'est comme lorsque l'on observe un coucher de soleil sur l'eau d'un étang : Si la surface de l'eau est parfaitement plane, l'image est excellente. Mais dès que l'eau est agitée, l'image se trouble et le Soleil n'est plus alors qu'un vague halo lumineux. De même, la rencontre de fronts d'air chaud et d'air froid dans l'atmosphère, entraîne des inhomogénéités turbulentes de température, qui affectent la qualité des images restituées par le télescope. Conséquence : la résolution de l'instrument, c'est-à-dire sa capacité à percevoir des détails fins, ne dépend plus de la taille de son miroir, mais elle est limitée par les effets de la turbulence de l'atmosphère.

Construire les télescopes toujours plus haut

Pour s'affranchir des effets néfastes de l'atmosphère, on construit systématiquement les observatoires sur des montagnes soigneusement sélectionnées, où l'air est plus stable et plus transparent qu'en plaine. Peine partiellement perdue, puisqu'au sommet du Mont Paranal au Chili, avec un miroir de 8 m de diamètre sans dispositif correcteur, les meilleures nuits permettent seulement d'atteindre, dans le domaine du visible, la résolution théorique correspondant à un télescope de 45 cm !

Apparue dès 1946, l'idée d'installer des télescopes en orbite terrestre, donc au-delà de l'atmosphère, aboutit en 1990 avec le télescope spatial Hubble, lorsque les possibilités techniques qu'elle demandait furent disponibles. C'est un instrument de 2,4 m de diamètre, non gêné par l'atmosphère, et donc doté d'un fantastique pouvoir de résolution, qui est mis en orbite.

Voir plus petit, voir plus loin

L'optique adaptative restitue à un télescope au sol son pouvoir séparateur, c'est-à-dire son acuité visuelle. Avec le système d'optique adaptative NAOS, mis en service fin 2001, le VLT a une résolution augmentée d'un facteur trois par rapport à celle du télescope spatial Hubble.

Avec NAOS, les astronomes atteignent le pouvoir de résolution théorique du télescope dans l'infrarouge. Ils espèrent même, dans des conditions favorables, pouvoir atteindre cette ultime limite dans le visible. Ce regain d'acuité s'accompagne automatiquement d'un regain de sensibilité, du seul fait de la meilleure et constante focalisation de l'image.

Principe de l'optique adaptative

Des détails jusque là inobservables révélés

L'optique adaptative apporte au télescope le moyen de sonder l'univers beaucoup plus loin, tout en menant des analyses beaucoup plus fines des objets observés. Pendant les 10 années de la vie prévue de NAOS, le VLT fournira aux astronomes européens l'outil indispensable à l'étude des planètes du système solaire, des environnements stellaires (enveloppes et disques protoplanétaires), ou de l'évolution des galaxies, pour ne citer que quelques exemples.

Consortium

Le projet NAOS a été mené conjointement par l'ONERA, l'Observatoire de Paris, l'Observatoire de Grenoble, en collaboration avec l'European Southern Observatory et avec le soutien de l'Institut National des Sciences de l'Univers du CNRS. Il représente 60 homme-années de travail étalées sur 4 ans.

  • ONERA : maître d'oeuvre, gestion du projet, étude optique adaptative, définition système et sous-traitance, calculateur temps réel, coordination du développement des logiciels.
  • Département de recherche spatiale (CNRS, Observatoire de Paris) : miroir tip-tilt, analyseur infrarouge, étude système, gestion configuration, documentation, responsable intégration et maintenance.
  • Laboratoire d'astrophysique de Grenoble (CNRS, Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble) : mécanique et optique de NAOS, analyseur visible, coordination de l'étude scientifique.


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