Pourquoi les astrophysiciens ont besoin d'une ampoule en orbite

Les télescopes spatiaux ont changé notre vision de l'Univers au cours des 25 dernières années et l'avenir semble prometteur. Un certain nombre de nouveaux observatoires et techniques d'observation, à la fois au sol et en orbite, promettent d'élargir encore plus notre compréhension du cosmos.

Mais il y a un problème. L'un des processus fondamentaux de l'observation est l'étalonnage des instruments impliqués. Les astronomes peuvent facilement tester leurs télescopes au sol avec une ampoule décente. Mais une chose qu'ils ne peuvent pas expliquer est la quantité de lumière absorbée par l'atmosphère, qui peut être importante.

Il est facile d'imaginer que ce problème disparaît avec les observatoires spatiaux. Mais ceux-ci aussi doivent être calibrés. Le télescope spatial Hubble, par exemple, a à bord des ampoules au tungstène à cet effet.

Mais ceux-ci introduisent également diverses incertitudes en raison de facteurs tels que de petits changements dans la sortie d'une ampoule lorsque sa température change lorsque l'observatoire entre et sort de l'ombre de la Terre. Il n'y a pas non plus de moyen de recouper les mesures de Hubble des bulbes de tungstène avec des observations au sol.

Ces incertitudes imposent désormais des limites importantes à certains types d'observation, explique Justin Albert de l'Université de Victoria au Canada. L'exemple le plus important est peut-être les mesures de l'expansion de l'univers que les astronomes font en regardant la luminosité des supernovas de type 1a dans les galaxies lointaines. De meilleures mesures nécessiteront un meilleur étalonnage.

Albert dit qu'il existe une solution évidente : placez une ampoule en orbite que les télescopes au sol peuvent utiliser pour déterminer exactement la quantité de lumière absorbée par l'atmosphère à n'importe quelle fréquence. L'ajout de sources de lumière calibrées artificielles dans l'espace à l'arsenal de techniques d'étalonnage photométrique fournira un nouvel outil puissant pour augmenter la précision en astrophysique, dit-il. Aujourd'hui, il décrit les différents facteurs impliqués dans sa réflexion.

La source lumineuse requise est étonnamment petite. Il souligne qu'une ampoule standard de 25 watts sur une orbite de 700 km serait aussi brillante qu'une étoile de magnitude 12,5. Un laser accordable est une autre option, mais il devrait être pointé avec précision sur n'importe quel télescope au sol, augmentant ainsi la complexité de la conception.

Aucune ampoule décente n'est actuellement visible dans l'espace, mais il y a un vaisseau spatial là-haut avec un laser pointé vers la Terre. CALIPSO est un satellite franco-américain destiné à mesurer le profil vertical des nuages ​​et des aérosols. Pour cela, il projette un laser vert en surface et mesure la réflexion.

L'idée d'Albert est que mesurer ce faisceau au sol est un moyen de prouver le concept d'étalonnage du télescope depuis l'orbite. Et il est certainement occupé à chasser le satellite et à photographier la lumière qu'il produit à l'aide d'un ensemble de sept caméras réparties sur quelques centaines de mètres.

Son plus gros problème est que le laser de CALIPSO n'a pas été conçu dans le but pour lequel il l'utilise. Le faisceau a une empreinte de seulement 100 mètres environ. Et comme les incertitudes sur l'orbite du vaisseau spatial sont plus grandes que cela, il est difficile de mettre les caméras dans la ligne de mire.

De plus, le laser tire à une fréquence de 20 Hz, ce qui signifie que la scintillation dans l'atmosphère devient un facteur (alors qu'une impulsion plus longue ou un faisceau continu pourrait être moyenné dans le temps). Néanmoins, il a fait un excellent travail de caractérisation des problèmes associés à ce genre de travail.

Mais il met en évidence la difficulté qu'auraient les observatoires avec ces techniques. Ces types d'observations laser ne sont possibles que lorsque le satellite est directement au-dessus de la tête et uniquement valables pour ce point dans le ciel, à partir de cet endroit sur Terre, à ce moment-là.

De toute évidence, les astronomes vont avoir besoin de quelque chose de mieux. Une ampoule qui peut être vue sous un grand angle est une bonne option.

Cependant, les réflecteurs ne le sont pas. Albert souligne que bien que plusieurs satellites soient équipés de réflecteurs pour la télémétrie laser, ceux-ci ne peuvent pas être utilisés pour mesurer avec précision l'absorption de la lumière dans l'atmosphère. C'est parce que la réflectivité change avec l'angle d'incidence, mais on ne sait pas exactement comment. De plus, la réflectivité de ces dispositifs change dans le temps à mesure que les miroirs sont piqués par les dommages causés par les micrométéoroïdes.

Pour faire avancer ses recherches, Albert envisage d'envoyer des lumières plus avancées dans des ballons afin qu'il puisse mieux étudier ce problème.

Mais au final, le seul moyen d'aider vraiment les astronomes du futur sera de mettre une ampoule en orbite. Étant donné que l'histoire de l'expansion de l'Univers est l'un des problèmes les plus importants de la cosmologie, il est peut-être temps de commencer à réfléchir davantage à la manière dont cela peut être fait.

Réf : arxiv.org/abs/1101.5214 : Sources lumineuses montées sur satellite comme normes d'étalonnage photométrique pour les télescopes au sol

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