Optique | Dr. Goulu

Ou étiez-vous, photons ?

Tue, 03 Dec 2013 00:00:00 +0000

Je vous propose ci-dessous ma traduction d’un article récent que j’ai trouvé fort bien fait sur un sujet difficile d’accès : la mécanique quantique. L’expérience décrite est géniale, et son interprétation par une symétrie du temps me titille particulièrement les neurones…

Résumé

Avec une nouvelle version de la fameuse expérience des , des physiciens israéliens viennent de mesurer un phénomène bizarre même selon les standards contre-intuitifs de la mécanique quantique. En plaçant deux fentes de Young sur le trajet d’une expérience avec deux autres fentes de Young, les chercheurs ont montré que des photons traversent une partie de l’installation dans laquelle ils n’entrent pas, ni ne sortent. Selon cette équipe, cet effet se comprend le plus facilement en invoquant une interprétation non conventionnelle de la mécanique quantique proposée dès 1964, le “formalisme vectoriel à deux états”.

L’expérience

Expérience de Young version aquatique. Cliquez pour une très bonne video

La démonstration la plus simple et convaincante de la est probablement la fameuse expérience des fentes de Young. Des particules comme les photons ou les électrons émis un à un se comportent comme des ondes lorsqu’ils traversent deux fentes étroites rapprochées, et forment un motif d’interférence sur un écran.

Dans une version récente de l’expérience, et ses collègues de l’Université de Tel-Aviv ont utilisé des comme double fentes de Young, et des photons comme particules. L’interféromètre optique utilise un miroir semi-réfléchissant pour diviser le faisceau de photons en deux chemins distincts qui sont recombinés et envoyés à un détecteur. Toute différence de longueur entre les deux chemins influence l’interférence des deux rayons lorsqu’ils sont recombinés, ce qui modifie l’intensité mesurée par le détecteur.

Trois chemins possibles

Dans l’expérience de Tel-Aviv, un interféromètre de Mach–Zehnder “interne” est placé sur l’un des chemins d’un interféromètre “externe” de façon à ce que le faisceau recombiné poursuive son chemin à travers l’appareil “externe” jusqu’à un détecteur (voir la figure ci-dessous). Un photon a donc trois chemins possibles entre sa source et le détecteur. Le but de l’expérience est de découvrir quels chemins ont été empruntés par les photons arrivant au détecteur, du moins une partie d’entre eux. Ceci s’appelle une “ ”, et est consistant avec les lois de la mécanique quantique car ça n’implique pas de mesurer la trajectoire suivie par un photon spécifique.

Avec le "formalisme vectoriel à deux états", la probabilité de trouver un photon est définie par une onde se propageant depuis la source (en rouge) et une onde se rétro-propageant depuis le détecteur (en vert). Un photon ne peut se trouver que là où les deux sont non nulles . (illustration: Lev Vaidman)

Pour effectuer leurs mesures, les physiciens ont fait vibrer les miroirs des interféromètres chacun à une fréquence différente. En vibrant, chaque miroir altère légèrement la longueur du rayon lumineux qu’il réfléchit, ce qui change l’intensité détectée. Comme chaque miroir vibre à une fréquence distincte, la présence d’un pic à chacune de ces fréquences sur le signal détecté indique que des photons sont passés par le miroir correspondant.

Les chercheurs ont ajusté la longueur des chemins à travers l’interféromètre interne pour que les deux rayons interfèrent de manière destructive lors de leur recombinaison. De ce fait, aucune lumière ne peut quitter l’interféromètre interne. On pourrait donc attendre que la seule oscillation détectée provienne du miroir C contournant l’interféromètre interne, mais ce n’est pas ce que les chercheurs ont trouvé

Conclusion bizarre

L’intensité détectée oscille effectivement à la fréquence du miroir C, mais aussi à celles des miroirs de l’interféromètre interne A et B. Pourtant elle n’oscille pas aux fréquences des miroirs E et F situés à l’entrée et à la sortie de celui-ci. Ceci mène à la bizarre conclusion que certains photons reçus au détecteur ont passé à travers l’interféromètre interne, mais n’y sont jamais entrés ni sortis.

Les chercheurs pensent que ceci valide une des appelée “formalisme vectoriel à deux états” ( ). Elle a été proposée en 1964 déjà par , Peter Bergmann et Joel Lebowitz. Avec cette interprétation, la probabilité de trouver une particule à un certain endroit est le produit de deux vecteurs, l’un évoluant à partir de la source, l’autre remontant le temps à partir du détecteur.

Un photon ne peut toucher un miroir que si et seulement si les deux ondes ne sont pas nulles en ce point. L’interféromètre interne fait que toute onde qui le quitte est identiquement nulle. L’onde allant vers le futur (rouge sur l’illustration) ne passe pas par le miroir F, donc aucun photon ne peut s’y trouver. Quant à l’onde remontant le temps à travers l’interféromètre interne (en vert) , elle ne passe pas par le miroir d’entrée E, donc aucun photon ne peut s’y trouver non plus. Pourtant, dans l’interféromètre interne les deux ondes sont non nulles, donc les photons passent par les deux chemins incluant les miroirs A et B.

Intuitions et explications

Vaidman insiste sur le fait que le “formalisme vectoriel à deux états” ne fait en réalité pas de prédictions différentes de celles de l’approche conventionnelle de la conçue par dans les années 1920. Cependant, les résultats de cette expérience semblent hautement contre-intuitifs et sont difficiles à rationaliser par la méthode traditionnelle. Selon Vaidman “Vous pouvez définir des constantes et vous pouvez avoir des intuitions sur ce qui se passe à l’aide du formalisme vectoriel à deux états, mais rien de ce que la mécanique quantique standard ne peut expliquer en fin de compte.”

Onur Hosten de l’Université de l’Illinois à Urbana-Champaign n’a pas participé à l’expérience et estime que, formalisme vectoriel à deux états ou pas, l’effet est produit par le fait qu’une mesure faible perturbe inévitablement le système. Faire osciller les miroirs change la longueur des chemins, ce qui détruit l’interférence destructive parfaite et permet à la fonction d’onde de s’échapper. “De mon point de vue, c’est vraiment intéressant de comprendre pourquoi on obtient ces résultats”, dit Hosten, “mais il est aussi intéressant qu’une mesure faible fournisse des réponses déconcertantes”.

Références:

Tim Wogan “ ”, 26 novembre 2013, physicsworld.com
Ariel Danan, Demitry Farfurnik, Shimshon Bar-Ad, & Lev Vaidman (2013). Asking photons where have they been ArXiv arXiv: \[[pdf](http://arxiv.org/pdf/1304.7469v2.pdf)\], soumis à Physical Review Letters
Aephraim Steinberg, Amir Feizpour, Lee Rozema, Dylan Mahler and Alex Hayat “ ”, 7 mars 2013, physicsworld.com

Adieu focale, bonjour plenoptique !

Thu, 07 Oct 2010 00:00:00 +0000

Avez-vous vu ça ?

youtube

L’entreprise “Refocus Imaging” a mis au point une technologie qui permet de ne plus mettre au point* les photos! Concrètement, on peut rendre nette une photo floue, en réglant la focale après que la photo ait été prise, comme dans “les Experts” …

plenoptic

A un détail près : le logiciel ne suffit pas, il faut un , équipé d’une matrice de micro-lentilles avant le capteur CCD. L’optique fonctionne comme illustré ci-contre:

tous les rayons arrivant sur un pixel donné passent par une seule micro-lentille, et proviennent d’une zone donnée appelée “sous-ouverture” de la lentille principale
tous les rayons passant par une “sous ouverture” sont focalisés par les différentes micro-lentilles sur des pixels distincts.

L’image ainsi capturée ressemble à une mosaïque de petites images partielles prises de points légèrement différents (en réalité, il y a plus de micro-lentilles : l’équipe de Stanford qui a mis au point la technologie de “Refocus Imaging” utilise une matrice de 296 x 296 micro-lentilles ) :

Le principe d’un appareil plénoptique est similaire à celui d’un produisant des “images 3D” ou du “ ” célèbre depuis Matrix : en prenant plusieurs images simultanément, on capture le “ ” en 4D. Quatre dimensions parce qu’on reconstitue non seulement le point d’arrivée (x,y) des rayons sur l’image, mais aussi leur direction (définie par deux angles).

C’est cette information supplémentaire qui permet de recalculer la photo comme si elle était prise avec une focale différente, parmi beaucoup d’autres effets possibles. Ca parait un peu compliqué , mais en fait il s’agit d’utiliser de en 2D ou en 4D , des choses que les processeurs actuels savent faire à toute vitesse ( , tu étais décidément génial).

Un appareil “plenoptique” n’est pas plus gros qu’un appareil normal, n’a pas besoin de mise au point, et présente un autre avantage inattendu : on peut ouvrir le diaphragme beaucoup plus qu’avec un appareil classique pour une même profondeur de champ. Donc on peut obtenir des profondeurs de champ exceptionnelles, ou alors réduire le temps de pose… Le prix à payer, car il y en a quand même un, est une diminution assez nette ** de la résolution. Ca tombe bien, on ne trouvait pas vraiment d’utilité pratique aux capteurs de plus de 10 Megapixels au moment où … Mais il y a peut être des .

Jusqu’ici le numérique a surtout remplacé le film, mais quand le “plénoptique” supprimera les réglages dans quelques années, la révolution numérique prendra tout son sens.

Notes: * sic ** et re-sic :-)

Références

(merci à P.-F. pour les links)

Ren Ng et al, “ ”, April 2005, Stanford University Computer Science Tech Report CSTR 2005-02
Ren Ng, “ ", July 2005, ACM Transactions on Graphics,
Sri Rama Prasanna Pavani “ ”, 2005, présentation MO-ISL, CU Boulder

Gyroscopes d'hier et de demain

Fri, 09 Apr 2010 00:00:00 +0000

illustration Wikipedia

Mon premier était une simple toupie montée dans une cage articulée : une fois lancée à l’aide d’un bout de ficelle, l’axe de la toupie reste insensible aux mouvements du support de la cage, magique.

L’ indispensable aux pilotes n’était initialement qu’une version motorisée de mon jouet d’enfant, mais Foucault ayant démontré qu’un gyroscope mesurait la rotation de la terre encore mieux que son célèbre pendule , les longs vols d’avions et de fusées ont nécessité la mise au point de sophistiquées, groupant 3 gyroscopes perpendiculaires et tous les capteurs nécessaires pour déterminer les angles de roulis, tangage et lacet de l’engin porteur.

Plateforme inertielle Litton LN3-2A équipant les chasseurs F-104 à la fin du XXème siècle

Le summum de la technologie en la matière a probablement été atteint avec le satellite destiné à vérifier un aspect méconnu de la théorie de la Relativité d’Albert, selon lequel un corps massif en rotation “enroule” l’espace autour de lui. Sa plateforme à inertie

\[1\]

est équipée de 4 sphères de quartz incroyablement précises tournant en lévitation magnétique dans le vide quasi absolu et d’un système de mesure capable de mesurer des rotations de l’ordre du cent-milliardième de degré par heure… Après plusieurs années de mesure et la prise en compte de nombreux effets qui avaient été négligés initialement, on à vérifier une fois de plus que le grand Einstein a désespérément raison.

Comme souvent en technologie, la révolution est venue d’une approche totalement différente, en l’occurrence l’optique. Prenez une bobine de quelques kilomètres de fibre optique. Injectez-y un faisceau laser aux deux extrémités. Si vous faites tourner la bobine sur son axe, l’un des faisceaux devra parcourir un chemin légèrement supérieur à l’autre, et un interféromètre judicieusement placé entre les deux faisceaux pourra mesurer cet écart proportionnel à la vitesse de rotation. Un tel (gyrolaser pour les intimes) ne contient aucune pièce mobile, est plus robuste et moins coûteux qu’un gyroscope mécanique de haute précision, voire plus précis. Après le F-15, ce sont désormais les Airbus 320 et Boeing 777 qui en sont équipés, mais ces appareils sont encore beaucoup trop volumineux et trop chers pour une application aussi indispensable que la manette de jeu de votre console préférée.

La seconde révolution vient de la technologie MEMS (“Micro Electro-Mechanical System”, ) comprenez les puces de silicium intégrant des éléments mécaniques. Depuis quelques années on sait réaliser ainsi des accéléromètres, et depuis peu des gyroscopes (ou gyromètres si vous préférez) à , basés sur la . Il s’agit en fait de ce bon vieux miniaturisé et amélioré : on réalise une sorte de diapason en silicium, composé de deux masses oscillant l’une par rapport à l’autre à haute vitesse. En faisant tourner la puce, les deux branches du diapason se tordent sous l’effet de la force de Coriolis et les deux masses n’oscillent plus dans le même plan. On mesure cette déformation par la variation de capacité électrique entre les masses et le support de silicium, et le tour est joué : un gyroscope de quelques millimètres cubes seulement, vendu autour d’un Euro, assez précis pour éviter que les modèles réduits Made in China du futur ne s’écrasent lamentablement par l’inexpérience de votre petit neveu.

Puce du gyroscope 2D de ST Microélectronics, qui vient d’en commercialiser un 3D

Sources:

, excellente présentation complète de STM, en anglais

Un vent de haute technologie

Wed, 27 Jan 2010 00:00:00 +0000

Quand on s’intéresse à plein de choses, il arrive parfois qu’apparaisse soudain une nouvelle qui relie miraculeusement des sujets très différents. C’est ce qui est m’est arrivé en lisant .

$250

Malgré de regrettables rebondissements judiciaires sans fin, la qui va se disputer prochainement à Valencia reste la “formule 1” de la voile, où des budgets énormes permettent le développement de technologies de pointe. A ce titre, l’appareil que BMW Oracle prévoit embarquer* est proprement stupéfiant : le “ ” de la startup Catch The Wind Inc. permet de mesurer la vitesse et la direction du vent jusqu’à 1000 m de distance ! La précision annoncée (2° en direction et 0.5 nœuds en vitesse) donnerait un net avantage stratégique à Oracle. On peut donc s’attendre à ce qu’Alinghi tente par tout les moyens (légaux*…) d’empêcher son utilisation en course.

Reste que la technologie existe, et vise aussi d’autres applications. Catch The Wind Inc. propose le “ ” pour le marché des : en mesurant la vitesse du vent 300m avant l’hélice, il permet d’anticiper ses variations, et d’agir sur l’incidence des pales pour extraire plus d’énergie des rafales ou éviter un ralentissement de l’hélice dans une dévente et ainsi rapprocher le rendement de la .

Ces appareils sont basés sur la “ ”, une technologie combinant et effet Doppler. La mesure de vitesse se fait avec un interféromètre semblable à ceux utilisés pour la par la méthode des vitesses radiales.

Ce genre d’engins tenait dans une camionnette il y a 20 ans, maintenant ils sont “portables”, peut-être remplaceront-ils bientôt tous ces petits anémomètres qu’on voit tourner partout avant de finir intégrés dans nos téléphones iFaitTout.

Note* : parce que bon, on pourrait aussi imaginer envoyer un rayonnement bien pensé vers l’appareil pour le brouiller…

Références

" " sur Wikipedia
sur Valencia Sailing
Philip L. Rogers, Kerry J.Vahala, “Laser doppler velocimeter” United States Patent Nr , 2008

Le premier demi-vortex de l'Univers ?

Sat, 28 Nov 2009 00:00:00 +0000

, du laboratoire d’Opto-électronique Quantique de l’EPFL vient de parvenir à créer des “demi-vortex”, un phénomène quantique compliqué prédit par la théorie en 1985. Je ne me risque pas à une explication, me parait très bien pour ceux qui ne sont pas capables de piger paru dans Science. Vous pouvez aussi consacrée à cette découverte par l’émission Impatience de la RSR.

Ce qui m’intéresse dans ce type de phénomènes physiques très fondamentaux, c’est qu’ils ne peuvent pas exister dans la nature, nulle part dans l’Univers. Ils n’ont même jamais pu exister car l’Univers a toujours été trop chaud. Au CERN, on reproduit des conditions qui existaient dans les premières fractions de pouillèmes de seconde après le Big Bang, et depuis l’Univers refroidit, et la physique étudie tout ce qui s’y produit. Mais comme , comme l’endroit le plus froid de l’Univers est baigné par le , les phénomènes qui se produisent proche du zéro absolu dans les labos sont des premières dans l’histoire de l’Univers. A moins qu’une autre civilisation soit plus avancée, quelque part.

Excitant, non ?

Références:

K. G. Lagoudakis et al. “ ”, Science, 13 November 2009, Vol. 326. no. 5955, pp. 974 - 976
" ", News EPFL, 12 novembre
sur Wikipedia (anglais)

Hubble v.2.009

Sat, 12 Sep 2009 00:00:00 +0000

Les premières images prises par le télescope Hubble après son récent lifting ont été publiées, et elles sont… (insérez votre liste de superlatifs favoris ici, moi je n’en ai plus)

La video ( ) montre et décrit (en anglais) toutes . J’en ai choisi une par instrument embarqué sur ce fantastique satellite:

STIS

On commence par le . Le “ ” a été installé en 1997 sur Hubble, et est tombé en panne en 2004. Sa réparation justifiait presque à elle seule la mission de la navette en mai 2009. STIS peut analyser la lumière provenant de nuages de gaz pour déterminer leur composition chimique.

Le montage ci-dessous montre une image d’Eta Carina, une grosse étoile en fin de vie à 7500 années-lumière dont j’ai , et le spectre mesuré par STIS le long de la ligne noire au centre de l’image. On sait ainsi qu’Eta Carina crache dans l’espace des gigatonnes de fer et de nickel qu’elle a produit et qui l’asphyxient. Combien de temps arrivera-t-elle à briller avant d’exploser en supernova ? Quelques années ? quelques décennies ou quelques siècles (mais pas beaucoup plus) ? On en saura plus sur la mort des étoiles grâce à STIS.

COS

Le “ ” est un instrument qui vient d’être installé sur Hubble. Il est destiné à mesurer la composition de l’espace intergalactique, mais il peut aussi être utilisé comme spectrographe sur des sources très peu lumineuses.

COS a été braqué sur les restes d’une supernova ayant explosé il y a 3000 ans à 170'000 années-lumière d’ici. Grâce à COS, on sait maintenant que cet événement a produit du carbone et de l’oxygène en quantités astronomiques.

WFC-3

A ceux qui préfèrent de belles images avec beaucoup de pixels, la “ ” n’apporte que du bonheur. Jusqu’ici les photos de Hubble avaient 1600x1600 pixels, maintenant WFC-3 photographie dans le visible et l’ultraviolet en 4096x4096 et dans l’infrarouge en 1024x1024. Rincez-vous l’oeil avec les Nébuleuses et ou ce

De plus, l’élargissement du spectre capté offre de nouvelles possibilités, comme de classer les étoiles d’un seul coup d’oeil sur des photos comme celle-ci, où on a rendu rouge l’infrarouge et bleu l’ultraviolet :

ACS

Le dernier des 4 instruments de Hubble est tout neuf. La “ ” est en fait une combinaison de 3 appareils:

Une caméra à large champ permettant d’observer une “grande” portion du ciel englobant plusieurs galaxies
Une caméra à haute résolution permettant de détailler une toute petite portion de ciel, comme le centre d’une galaxie. On espère même pouvoir distinguer des planètes extrasolaires avec cette caméro, qui a été équipée d’un pour éviter d’être ébloui par une étoile…
La Solar Blind Camera observe dans l’ultraviolet sans être influencée par la lumière solaire.

ACS a débuté sa prometteuse carrière en photographiant les magnifiques lentilles gravitationnelles Abell 370, à 6 milliards d’années lumière d’ici.

Quoi ? vous ne savez pas ce qu’est une ? Pourtant j’en avais parlé …

Voir aussi :

sur le Cosmographe
sur Bad Astronomy

Bulles et couleurs de l'espace

Tue, 28 Jul 2009 00:00:00 +0000

Il y a plus de choses dans le ciel et la terre, Horatio, qu’il est rêvé dans votre philosophie.

Je n’avais jamais commencé d’article par une citation de Shakespeare (Hamlet, Acte I, Scene V). Voilà qui est fait. La raison, c’est ça :

Vous admirez la (PN G75.5+1.7 pour les intimes)

\[1,2\]

découverte il y a un an par

\[3\]

et indépendamment par ,

\[4\]

des astronomes amateurs bien équipés.

Cette bulle parfaitement sphérique de 5 années lumières de diamètre a été expulsée il y a 22'000 ans d’une étoile de la constellation du Cygne qui a eu un hoquet nucléaire. Lorsqu’une étoile épuise son hydrogène et s’étouffe dans l’hélium qu’elle a produit, elle s’éteint brièvement, s’effondre en se comprimant et se réchauffant. Si elle est assez lourde pour que la s’amorce, elle se rallume. Une fois l’hélium fusionné en carbone et oxygène, elle s’éteint à nouveau. Si l’étoile est très massive, elle peut encore enchaîner plusieurs cycles de plus en plus rapides et terminer son existence dans une spectaculaire , mais beaucoup d’étoiles deviennent des après la fusion de l’hélium, éjectant leurs couches externes dans l’espace, formant des (dites “planétaires” pour des raisons historiques). Mais il est très rare qu’elles aient une forme aussi parfaitement sphérique (sur 1500, je crois qu’il n’y en a qu’une seule autre : )

Les couleurs des photos astronomiques

Parlons maintenant des jolies couleurs bleu-orange de la photo. En fait elles n’existent pas. La photo originale de Dave Jurasevich est celle-ci:

Elle a été obtenue avec un temps de pose d’une demi heure. On comprend pourquoi cette nébuleuse n’a pas été détectée plus tôt : elle est extrêmement peu lumineuse. Et on n’y distingue pas la moindre couleur pour la simple raison que les sont par nature “noir et blanc”, ou plutôt détectent la lumière de toutes les couleurs

\[5\]

. Nos appareils photo utilisent des qui colorient un pixel sur 4 en rouge, un autre en bleu, et les deux restants en vert parce que notre oeil est plus sensible dans le vert, mais les couleurs du ciel nocturne sont bien différentes de celles de nos photos de vacances, donc il serait dommage d’atténuer la faible lumière céleste en la filtrant par des couleurs terrestres.

Les “couleurs” des astres chauds sont formées de typiques des éléments qui les composent, ce qui permet d’ailleurs de déterminer leur composition par . Par conséquent, les “bonnes” couleurs à filtrer en photographie astronomique sont celles des raies d’émission des atomes que l’on suppose être présents dans l’objet observé. L’hydrogène, élément de très loin le plus abondant dans les étoiles est un bon candidat, et en particulier sa raie , qui correspond à un rouge vif. Pour notre nébuleuse, la raie de l’ , dans le vert, s’est révélée un bon choix pour mettre en évidence la “bulle de savon”.

Les clichés pris successivement avec un filtre pour H-α et un filtre O-III sont différents, mais toujours en noir et blanc. Il faut bien comprendre qu’ils ne représentent qu’une toute petite partie de la lumière reçue, dans deux “couleurs” judicieuseemnt choisies pour obtenir un contraste maximum parce que les “vraies couleurs” sont pratiquement indiscernables à l’oeil.

L’équipe du à Kitt Peak a choisi de combiner les clichés en attribuant une couleur orange à H-α et bleue à O-III pour faire plus joli, alors que Keith B Quattrocchi et Mel Helm

\[4\]

ont choisi des couleurs violettes et vertes, ajoutant même un troisième filtre pour le Soufre-II.

De plus ils sont plus explicites sur la technique utilisée : ils ont pris au total 21 clichés de 20 minutes d’exposition, soit 7 heures pour chacun des 3 . Les clichés ont été superposés avec , et , puis un peu PhotoShopés quand même.

Voilà, votre nouveau fond d’écran astronomique est disponible en , et vous savez pourquoi.

Sources:

, 17, juillet 2009, Techno Science
Jeff Hecht, “ ”, 23 July 2009, New Scientist
Dave Jurasevich “ ”
Keith B. Quattrocchi, “ ”
”, sur Starizona

10 choses que vous ignorez à propos de Hubble

Wed, 13 May 2009 00:00:00 +0000

J’ignorais aussi beaucoup de choses sur le vénérable mais extraordinaire télescope spatial avant de lire que je résume ici en français pour vous :

1 Hubble a pris la photo la moins lumineuse*

En 2003, l’astronome Tom Brown vers le bord de la Galaxie d’Andromède et a pris une photo avec un temps d’exposition de trois jours et demi. Il a ainsi détecté les étoiles les moins lumineuses d’Andromède (de 31, 10 milliards de fois moins lumineuses que celles qu’ont distingue à l’oeil nu) mais aussi obtenu l’image optique la plus “profonde” de l’univers, que vous pouvez .

2 la Lune n’est pas trop claire pour Hubble.

A part certains détecteurs spéciaux, la plupart des cameras de Hubble peuvent observer des astres lumineux sans risque de destruction, comme le montre , un impact de 90km de diamètre sur la Lune.

Par contre Hubble n’arrive pas à suivre un objet bougeant aussi rapidement dans le ciel que la Lune. les images doivent être prises en “mode embuscade” : on programme Hubble pour qu’il vise la direction où va se trouver le cratère quelques minutes plus tard et au bon moment on fait la photo avec une pose courte.

Ca ne marche pas à tous les coups : en 1999 on a voulu observer , mais le pointage de Hubble n’était pas parfait si bien que la détection d’eau par spectroscopie n’a pas pu être effectuée.

3 Hubble observe la Terre très souvent

En fait Hubble a observé la Terre des milliers de fois, tout simplement pour calibrer ses cameras ! En orbitant à 8 km/s, la Terre défile à toute vitesse. De plus, elle est trop près pour qu’Hubble puisse mettre au point, ce qui fait que les images de la Terre sont floues et “sillonnées”. Mais on peut les pour obtenir la sensibilité de chaque pixel de la camera.

4 Hubble a même observé le Soleil !

Hubble ne peut absolument pas observer le Soleil directement. Le télescope spatial est muni d’un système de sécurité qui l’empêche de se transformer en four solaire vaporisant des millions de dollars de silicium si un faisait une petite erreur de calcul.

Mais Glenn Schneider a exploité de manière originale un système qui utilise la lumière UV solaire pour éliminer des électrons restés piégés dans les détecteurs, et réussi à produire une “image” mosaïque du Soleil. Tous les détails sont , mais c’est pas simple. L’image est de très mauvaise qualité et sans intérêt scientifique, mais montre l’ingéniosité sans borne des expérimentateurs, qui réussissent à tirer d’un appareil plus que ce pourquoi il avait été prévu.

5 Hubble ne peut pas voir les restes d’ Apollo sur la Lune

Pourquoi Hubble n’a-t-il pas fait taire les adeptes de la en prenant des images des sites d’alunissages ? Une raison est que les astronomes ont autre chose à faire que de tenter de faire taire des illuminés qui prétendront de toutes façons que les images sont aussi truquées.

Mais aussi, Hubble ne peut pas voir ces objets ! Ils sont beaucoup trop petits. Ca surprend beaucoup de monde car nous sommes désormais habitués à voir des images ultra nettes de nébuleuses et de galaxies. Mais si ces objets sont très lointains, ils sont aussi très très grands : des années-lumière, ou parfois des milliers d’années lumière de diamètre.

Or les restes du ne font que 4 mètres… Mais la Lune est beaucoup plus proche, n’est-ce pas ? Oui, mais .

La de Hubble est de 0.1 , ce qui correspond à 200 mètres sur la Lune. C’est surprenant, mais il faudrait un télescope 50x plus puissant que Hubble pour voir le LEM sur un seul pixel…

6 Hubble a observé toutes les planètes sauf Mercure.

Pas de problème pour les planètes extérieures à l’orbite terrestre : Hubble a observé , , , , et même .

Mais le système de sécurité mentionné plus haut empêche de pointer Hubble vers Venus et Mercure. La marge de sécurité de 50° a été une seule fois exceptionnellement réduite à 45° pour , à la recherche (infructueuse) de SO2 d’origine volcanique.

Mercure se situe au maximum à 28° du Soleil, trop près pour que Hubble puisse l’observer sans dommages. Mais la sonde est en train de nous en apprendre beaucoup plus sur Mercure que tout ce que nous aurions pu imaginer voir depuis la Terre ou son voisinage immédiat.

7 Hubble n’utilise pas de lentilles. Enfin presque.

19 ans après le lancement de Hubble, il n’est pas rare d’entendre parler de la “lentille de Hubble”, même dans un show produit par le Space Telescope Science Institute, l’agence qui exploite Hubble!

Il faut dire qu’en anglais on utilise le terme “telescope” également pour une à lentilles (un “ ” si on voulait être précis)

Hubble est un “ ” doté d’un miroir de 2.4 mètres, le plus grand jamais hissé en orbite :

En fait même les caméras utilisent des miroirs plutôt que des lentilles, qui absorberaient un peu de lumière mais surtout causeraient de l’ .

Cependant, il y a quelques lentilles à bord : celles des , petits télescopes qui suivent des étoiles “repères” avec une incroyable précision pour maintenir Hubble pointé dans la bonne direction.

8 Tout ce qu’il voit n’est pas intentionnel.

Hubble a plusieurs caméras qui observent différents points du ciel séparés de quelques minutes d’arc. Si l’une est entrain d’observer, disons le centre d’Andromède, les autres voient les environs du centre de cette galaxie, mais n’étaient initialement pas exploitées.

Mais en 1997, une nouvelle mémoire de masse a été installée à bord, et la bande passante étant suffisante pour transmettre les mesures de 3 caméras à la fois, on a lancé le “programme parallèle” : une caméra observe ce qui est visé, et deux autres observent à côté, “au cas où…”

En octobre 1997, Hubble était pointé sur le Grand Nuage de Magellan. La caméra active était la , mais Phil Plait utilisait la en parallèle. En arrivant au boulot le matin, il regardait ce que STIS avait mesuré le jour précédent, en regardant dans des directions jamais observées précédemment.

La majorité du temps, il n’y voyait rien de spécial. mais un jour il vit ceci :

La tache floue est une “nébuleuse planétaire”, un nuage de gaz émais par une étoile mourante, Malheureusement elle avait été découverte précédemment et ne s’appelle donc pas “nébuleuse Phil Plait”, mais il put cependant en tirer quelques conclusions du spectre de l’objet dans une

Et comme il le dit, il ne sait pas ce qu’il trouvera sur son bureau demain grâce au “programme parallèle”.

9 Une camera de Hubble est déjà au musée

Au Smithsonian à Washington DC, vous pouvez voir le (FOS) qui a été démonté en 1997 pour faire de la place à STIS et à

10 Vous pouvez voir toutes les photos prises par Hubble

Depuis son lancement en 1990, Hubble a orbité plus de 100'000 fois autour de la Terre et a effectué un demi million d’observations distinctes. Le public a accès à toutes les images qui ont été prises au moyen de cette .

Mais les images récentes n’y sont pas : elles sont réservées pendant un an aux scientifiques qui ont commandé les observations, ce qui leur laisse une longueur d’avance pour publier leurs travaux tout en fournissant ensuite gratuitement d’innombrables informations utiles à d’autres chercheurs, et de très beaux fonds d’écrans aux amateurs.

Note* : ma traduction initiale de Hubble took the deepest visible light image yet made était Hubble a mesuré la lumière la plus faible, mais un disciple de transmission quantique à un photon par bit a fait ;-)

Quand Darwin invente le télescope

Thu, 26 Feb 2009 00:00:00 +0000

2009 est l’année Darwin, et aussi l’année de l’Astronomie. Et voici qu’une découverte toute récente

\[1\]

rapproche en quelque sorte ces domaines sous la forme d’un poisson des profondeurs : .

Ce poisson de 18 cm vit vers 1000m de profondeur connu depuis 1888, mais ce n’est que récemment que Hans-Joachim Wagner a réussi à en capturer un exemplaire vivant. Il a ainsi pu examiner de plus près les étranges yeux de cet animal et a fait une découverte stupéfiante :

illustration de l’article (1)

La lumière n’est pas focalisée par réfraction par un cristallin comme tous les yeux des vertébrés connus, mais par réflexion sur un miroir concave, comme dans un télescope !

Il semblerait bien que l’évolution ait trouvé là encore une solution originale à un problème de survie : détecter la luminescence émise par certains habitants des profondeurs mieux que ceux-ci, qu’ils soient proies ou prédateurs.

\[altmetric doi="10.1016/j.cub.2008.11.061" float="right"\]Hans-Joachim Wagner et al. “A Novel Vertebrate Eye Using Both Refractive and Reflective Optics”, Current Biology, Volume 19, Issue 2, 108-114, 24 December 2008,
Jean Etienne, “ Futura-Science, 10 janvier 2009
“ ” sur fishbase.org

Inventaire des Croix du Ciel.

Sat, 17 Jan 2009 00:00:00 +0000

Cet article multipack regroupe deux sujets intéressants, et un qui sert juste à rendre l’inventaire exhaustif. Commençons par celui-là:

La Croix du Sud, et celle du Nord

Deux constellations ont “une forme de croix” :

la permet de repérer le Sud approximatif si vous êtes perdus la nuit dans le désert australien, ou sur un voilier retourné au Cap Horn.
Dans l’hémisphère Nord, on appelle parfois “Croix du Nord” la constellation du , une belle croix bien visible dans le ciel d’été hébergeant plusieurs nébuleuses intéressantes et faciles à observer, comme la dont j’ai déjà causé

mais ce dont je voulais principalement parler c’est…

Pourquoi les étoiles brillantes ont une forme de croix sur les photos astronomiques.

Les étoiles sont tellement éloignées qu’à part le Soleil, elles nous apparaissent toutes comme des points. Il n’y a que les qui apparaissent comme de vagues petites boules de quelques pixels sur les images des plus puissants télescopes. Mais alors pourquoi voit-on de grosses étoiles brillantes ornées de jolis “rayons” en forme de croix sur les photos astronomiques comme celle-ci :

Grand Nuage de Magellan photographié par Hubble.

C’est la faute de la , ou plutôt des inévitables imperfections optiques des instruments d’observation qui causent ce .

Sur un télescope, c’est principalement “l’araignée” composée des tiges fixant le miroir secondaire qui causent les “aigrettes”, ces lignes formant une croix parfaite. Cet effet peut être parfois utile, par exemple pour détecter des étoiles doubles, mais il est souvent néfaste, en particulier lorsque les pourraient masquer des objets moins lumineux.

En observant les étoiles avec une lunette astronomique, composée de lentilles et non de miroirs, les étoiles n’ont en principe pas d’aigrettes. Certains amateurs trouvent ça dommage et ajoutent des fils de pêche croisés devant leur instrument pour .

A l’inverse, certains tentent d’ en cachant l’araignée avec des masques bien pensés, mais ils créent inévitablement d’autres effets de diffraction comme l’agrandissement de la tache constituant l’image de l’étoile.

Car même sans aigrettes, c’est toujours la diffraction qui transforme les points lumineux que sont les étoiles en taches lumineuses de tailles variables sur les photos astronomiques : la moindre imperfection, la plus petite poussière sur le miroir cause de la diffraction. Et même avec un instrument parfait, une étoile lumineuse ne sera jamais un point car le simple fait que la taille de l’instrument soit limitée cause de la diffraction. En effet, le des instruments optiques dépend de l’ouverture de leur objectif.

Pour faire des télescopes encore plus grands (sujet d’un prochain article), on assemble plusieurs miroirs hexagonaux, ou on combine plusieurs télescopes distants de dizaines de mètres. De nouvelles figures de diffraction vont en résulter, avec des étoiles à 6,8,12 branches voire plus.

La Croix d’Einstein

Autre phénomène physique créant une croix dans notre ciel : la .

La présence d’une masse importante entre un objet lumineux très éloigné et nous forme une gigantesque loupe naturelle, mais d’une piètre qualité : l’objet distant nous apparait fortement déformé, copié à de multiples exemplaires sur un motif en forme d’anneau dit “ ” en l’honneur du Suisse qui que les rayons lumineux sont déviés par des masses, entre autres choses…

Une galaxie avec un noyau un peu bizarre …

Dans le cas particulier ci-dessus, une galaxie se trouve pile dans l’axe d’un très lointain, dont l’image se retrouve en 4 exemplaires autour du noyau de la galaxie, formant une magnifique “Croix d’Einstein”

Récemment, une équipe Suisso-Germano-Etatsunienne

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a combiné des images de la Croix d’Einstein observée pendant 3 ans pour tenir compte de la rotation de la galaxie, et de celles de la Terre autour du Soleil, qui causent de petites variations par “microlensing” de la Croix résultant du “macrolensing”. Le principe est expliqué dans cette vidéo :

\[youtube tTLqlgFOxcU\]

mais la qualité n’est pas terrible, téléchargez plutôt le film en HD directement depuis le .

Le résultat c’est qu’ils ont réussi à prouver que le quasar fait moins de quelques jours-lumière de diamètre, ce qui est compatible avec un . Donc cette lentille gravitationnelle nous permet de “voir” avec une résolution d’un jour lumière un objet distant de 10 milliards d’années lumière. Il suffit d’une division pour obtenir la résolution de l’instrument : 3.10^-13 radians. C’est mille fois mieux que le meilleur télescope existant. Mais moins maniable, c’est vrai.

Sources:

Philippe Boeuf “ ”
Dante Bissiri “ ”
“ ”, news EPFL, 15 décembre 2008
“ ” sur Techno Science, 29 décembre 2008

Voir aussi “ ”, une collection d’applets Java illustrant la diffraction et d’autres phénomènes, par l’Université du Mans

Le rayon vert

Mon, 28 May 2007 00:00:00 +0000

Dans “Pirates des Caraïbes 3” le “rayon vert” permet de revenir du monde des morts. Comme c’est un “green flash” en anglais, Hollywood en a fait un effet spécial spectaculaire, mais existe-t-il vraiment ?

Et bien oui! C’est un qui se produit au coucher du Soleil sur la mer, par temps calme : une lueur verte apparait au dessus du Soleil et reste visible après que le disque solaire soit passé derrière l’horizon.

On peut en trouver quelques photos sur le net, souvent de mauvaise qualité car comme le phénomène est imprévisible, il est rarement pris avec le télescope de rigueur, mais voici les meilleures:

On en trouve quelques unes de plus Il existe quelques vidéos sur YouTube, mais elles sont de trop mauvaises qualité. J’ai tenté d’y mettre la vidéo de haute qualité qui

\[15 Mb pour 6 secondes !\]

, mais la compression YouTube a éliminé le vert…

Je connais une personne qui a vu le “rayon vert” et m’a dit que c’était une expérience inoubliable. Alors regardez bien le soleil couchant quand vous êtes au bord de la mer !

Références:

avec nombreux liens vers des photos
(ajoutée le 28.5.2011)