« facebook friends » avec les étoiles william tobin
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« Facebook friends » avec les étoiles William TOBIN ex University of Canterbury, Nouvelle- Zélande. Christchurch. Mt John. AMA09 – Cérémonies d’ouverture (UNESCO, Paris, janvier). 1609 – Galilée tourne sa lunette vers le ciel – Kepler publie 2 de ses 3 lois - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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« Facebook friends » avec les étoilesWilliam TOBIN
ex University of Canterbury, Nouvelle-Zélande
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Christchurch
Mt John
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AMA09 – Cérémonies d’ouverture(UNESCO, Paris, janvier)
Vidéos (en anglais) : http://ama09.obspm.fr/open.php
1609 – Galilée tourne sa lunette vers le ciel – Kepler publie 2 de ses 3 lois sur le mouvement planétaire
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Mais de nombreux délégués ont expriméun troisième voeu :
... que l’astronomie puisse être un vecteurde paix.
( 2009 – Année mondiale de la réconciliation )
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L’astronomie est entrée dans l’ère modernequand l’oeil a été remplacé par les plaquesphotographiques
Foucault et Fizeaudaguerréotype du soleil (1845)
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25 avril 1862
Dessin fait avec letélescope de
Foucault, 1862
Image CCDmoderne faite avecle Canada-France-Hawaii Telescope
Le plus grand télescope construit par Foucault (miroir en verre argenté de 80 cm dediamètre, 1862)
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LHC – Large Hadron Collider (CERN, Genève) Détecteur ATLAS
7.000 tonnes !
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CoRoT-Exo-7b
Uneorbite~ 20 h
4 sur 10.000 !
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Les capteurs qui enregistrent l’image sont quatre CCDs
(Charge-Coupled Devices)
(pas de résolutiondans les images
des étoiles)
Le télescope formeune image de l’étoilesur le plan focal
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CCDs
capteursCMOS
télescopes appareils numériques
webcams portables
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Un peu de physique (1)
La dualité onde-particule pour la lumière
Energie d’un photon = -----h cλ
constante de Planck vitesse de la lumière
longeur d’onde de la lumière
Énergie ( bleu ) > Énergie ( rouge) > Énergie ( infra-rouge )
λ = 400 nm 700 nm 1100 nm / 1.1 μm
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Un peu de physique (2)Dans un atome, les électrons ne peuvent avoirque les énergies particulières permises par la mécanique quantique.
par ex. hydrogène
éner
gie
1 électron Volt ( 1 eV ) ≡ 1,6 x 10⁻¹⁹ J
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Un peu de physique (2bis)Dans les solides, les niveaux d’énergie deviennent des bandes. Si les électrons sont dans la bande de valence, ils restent attachés à l’atome mère.S’ils arrivent dans la bande de conduction, ils sontlibres de se déplacer, et peuvent former un courant éléctrique.
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Un peu de physique (2ter)Un semi-conducteur pur : le silicium
Un semi-conducteur dopé
porteurs de charge majoritaires : électrons trousporteurs de charge minoritaires : trous électrons
électrons
trous
Le courant est porté par les électrons et les trous
N.B. 1.09 eV ↝ 1.1 μm
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Principe de détection de la lumière par un CCD
+Fabrication :~nM metalO oxideS semiconductorphoton −
1 photon 1 électron + 1 trou
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Déplacementde la chargeaccumulée
+ +
+ + + +
+ +
+ +
− − −
−
−
− − −
+ +
Le premier CCD, 1969(conçu comme mémoire d’ordinateur !)
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Structure à 2 dimensions
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Structure à 2 dimensions
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WillardBOYLE
GeorgeSMITH
Bell Laboratories, Murray Hill, NJ (c. 1975)
1969
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Structure à 2 dimensions
Convertisseuranalogue-à-digital
Ordinateur
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Linéarité et Efficacité quantique Les deux propriétés qui font des CCDs
des détecteurs si redoutables
E.Q. = -----------------------Nombre d’électrons
Nombre de photons1 photon 1 électron + 1 trou
1.1 μm ↝ 1.09 eV
C.f. Plaque photographique : E.Q. = 1 - 2 % !
( 1988 )
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Les plus grands télescopes du mondeseulement 2 construits dans les années 80
Téléscope Ouverture (m)
Date
Large Binocular Telescope 8.4/11.2 m
2007
Gran Telescopio Canarias 10.4 2006
Keck 1 & 2 10 1993, 96
SALT ≡9.2 2005
HET 9.2 1997
Subaru 8.3 1999
VLT 1-4 8.2 1999-2001
Gemini N & S 8.1 1999, 2001
Magellan 1 & 2 6.5 2000, 02
Zelenchuksaya 6.0 1976
LZT 6.0 2003
Hale Telescope 5.08 1948
Téléscope Ouverture (m)
Date
MMT ≡4.5 2007
Wm Herschel Telescope 4.2 1987
SOAR 4.1 2002
CTIO Victor Blanco 4.0 1976
LAMOST 4.0 2008
AAT 3.9 1975
Mayall Telescope 3.8 1973
UKIRT 3.8 1978
AEOS 3.7 1996
NTT 3.6 1989
CFHT 3.6 1979
ESO 3.6m 3.6 1976
MPI-CAHA 3.5 1984
USAF Starfire 3.5 1994
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Mt John University Observatory :systèmes CCD
pixels coût de la E.Q. amélio- puce max ration
1988 384 x 576 US$ 5,000 40 % [ 1 ] 1996 1024 x 1024 US$ 10,000 73 % 9x2005 4096 x 4096 US$ 50,000 90 % 170x
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ObturationEn astronomie, généralement unobturateur mécanique
perte de 50 % de
l’efficacitéquantique !
Sans éléments mobiles
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Limite devision de
l’oeil
Télécommande
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Avec filtre infra-rouge Sans filtre infra-rouge
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Les couleurs
Pour les usages quotidiens On intègre des filtres R G B sur la puce + un filtre infra-rouge externe pour limiter les ailes de transmission rouges (particulièrement pour R)
mosaïque de Bayer
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Les couleursPour l’astronomie Des filtres externes, l’un après l’autre, si nécessaire
bleu + vert + rouge
couleur !
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Un luxe de détails pratiquesUn semi-conducteur pur
électrons
trous
Les électrons venant de l’agitation thermique et ceux libérés par des photons sont tous deux capturés par le CCD
pour de longues poses, il faut refroidir le CCD
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CCD
azoteliquide( 77K )
( CoRoT −40 degC )
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Peu de sensitivité dans le bleu... ... le silicium est absorbant
couvrir le CCD avec du phosphore ... ou l’amincir
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Le ciel est grand (42.000 deg²) donc il faut de grands détecteurs... ... mais les grandes puces sont difficile à fabriquer sans défauts, et elles ne peuvent pas être plus grandes que les tiges de silicium utilisées pour la fabrication des circuits intégrés intégrés
Les CCDs de 6 cm x 6 cm coûtent 50.000 US$ car peu sont fabriqués sans défauts, et par la suite beaucoup sont cassés pendant l’amincissement
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Solution : faire des mosaïques
Canada-France-Hawaii Telescope
Et il faut beaucoup de capacité informatiquepour stocker et traiter les enregistrements
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Les détecteurs CMOS
La même physique de détection de la lumière, et : - les pixels peuvent être lus individuellement - une fabrication par les procédés CMOS - ils utilisent beaucoup moins de puissance électriquemais : - une moindre efficacité quantique - plus de « bruit »
donc les CCDs vont perdurer en astronomie
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CCD
CMOS
Images saturées
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1975 – Uranus,la première image CCDastronomique
2004 – M17 (VeryLarge
Telescope,Chili)
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CoRoT-Exo-4b
( 3b )
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FIN