Dome C, Antarctique :

Un hiver à -75°C

www-luan.unice.fr/~aristidi/hivernage

Eric Aristidi(LUAN)

… de l’intérêt d’aller faire de l’astronomie dans le froid polaire alors qu’il existe des observatoires à Hawaï ou aux Canaries...

Base CONCORDIA

1100 km

La base franco-italienne Concordia

Capacité : 18 places en hiver

1999 2000 2002

Relief du plateau Antarctique

Dome A/Argus4100 m

Dome C/Charlie3300 m

Dome F/Fuji3800 m

Advantages :. No wind. No clouds. altitude

Un peu d’histoire…

1995

1er astronome a Dome C:J. Vernin

2000-20077 campagnes d’été

-R&D- lachers de ballons-mesures de turbulence- préparation des hivernages

2005/06/07

Premiers hivernages :K. Agabi puis E. Aristidi puis D. Mekarnia et F. Jeanneaux

-qualification du site-Mais aussi quelques manips comme CORONA ou pre-LUCAS

L’observatoire Astro-ConcordiaEn Janvier 2006

Wi-Fi LAN+Fiber optics connection

Data acquisition Concordia labo

To the mast (700 m)

300 m

Tout est contrôlé à distancedepuis le labo à Concordia

L’été à Concordia…des températures entre -25°C et -40°C

Mesures de seeing :Differential Image Motion Monitor

• Celestron 11 d=28 cm, tube INVAR

• masque à 2 trous (diam. 6 cm,sep. 20 cm)

•CCD visible thermostatée à –20°C

Glass prism

Le seeing est excellent en étéBon seeing observé quand le profil vertical de température au dessus du sol est plat.

(Aristidi et al., A&A 2005)

Temp. Gradient (6°/100m)

No temp. gradient

Site Seeing Isoplan. angle

Paranal 0.66 1.91

La Silla 0.87 1.25

Dome C (summer) 0.54 6.8

13h00h12h 18h

06h

En route pour l’hiver…

Observations visuelles (4-5 points par jour), E. Aristidi période Avr – Oct 2006 (2nd hivernage)

Moyenne : 94% de nuits dégagées(moins de la moitié du ciel couvert)

Mauna Kea (Hawaï)1: 67%Paranal (Chili)2 : 87%

(avec le même critère)

nuit polaire

Une météo exceptionnelle…

Fraction de ciel clair

% d

e te

mps

fractionfraction

1 Kaufman & Vecchione, 19812 Sarazin, 2001

Les expériences de site testing en hiver 20051. Ballons « Cn

2 »

DIMM 2

DIMM 1 DIMM 3

2. DIMMs

h=8.5m

h=20m

h=3.5m

All histograms stand for the period Jul-Oct 05

h= 3.5m : seeing<0.6 ’’ 7% of the timeh= 8.5m : seeing<0.6 ’’ 18% of the timeh=20m : seeing<0.6 ’’ 42% of the time

Profils donnés par les ballons

Hbl median =33 m

T=20°(6° in summer)

Résultats :

…depuis une hauteur de 8m

Balloons*

Seeing 0.4 ‘’

0 10.7

0 ‘‘ 6.6 ‘’

Balloons (32)* Dimms (2 WO)

Seeing 1.4 ‘’ 1.3 ‘’

0 8.3 ms

0 ‘‘ 6.5 ‘’ 3.6 ‘’

Mauna Kea

0.6 ‘’

2.7 ms

1.9 ‘’

…depuis une hauteur de 33m

Paranal

0.8 ‘’

3.3 ms

2.6 ‘’

Trinquet et al., soumis à PASP

Et mon hivernage

à moi ?

DIMM (suite) GSM

Mât instrumenté

CORONA Lum. Cendrée (« pre-LUCAS »)

SSS

Le mât instrumentéMonitorer la couche limite en bardant de capteurs une tour de 30 mètres.

2 types de capteurs utilisés :

1 : microthermes

2 : sonics(n’ont fonctionné qu’en été)

SSS : Single star scidar

Le SSS au foyer du Meade 16

Cross-correlations between temporally spaced images computed in real time for increasing temporal lags (multiples of 7ms)

Star Canopus at the SSS focal plane. The structure and the evolution of the flying shadows on the pupil give access to the turbulence profile

Corona : un coronographe stellaire

Résultats sur Acrux (en été, T=-30°C). Extinction entre 10 et 30*

Corona a Dome C en Décembre 2005.

Principe : un 4 quadrants au foyer du télescope (35 cm)

*Guerri et al., PASP, submitted

Lumière Cendrée et Chlorophylle…

Le petit spectrographe utilisé pendant l’hiver 2006 pour réaliser les spectres de la lumière cendrée.

Exemple de spectre obtenu en Juillet 2006

Région éclairée par le « clair de Terre »

Le spectre de la lumière cendrée contient la signature de la chlorophylle terrestre. Ce type d’observation est un premier pas vers la détection de végétation extra-terrestre.

Dans le futur proche (DC 5) : A-STEPAntarctica Search for Transiting Extrasolar Planets

(PI Tristan Guillot)

Suivre la photométrie d’un grand champ d’étoiles pendant très longtemps pour détecter des transits

Télescope de 50 cm de diamètre

Un futur plus lointain : KEOPSUn interféromètre imageur kilométrique

(F. Vakili)

Deployable array of 36 telescopes (diameter 1.5 m) surface totale ~60 m2 (equivalente au Keck) equivalent à un 30 m ELT in IR

3 concentric rings configuration of 250m, 600m and 1000m diameter with 6, 12 and 18 telescopes

Spectral coverage : Mid and thermal infrared (m) up to 3 mag gain over classical sites

Snap-shot direct imaging with coronographic capabilities (nulling) about 700² « pixels » in the FOV

Angular resolution:1mas @ mFOV ~1 arcsec

Un clin d’œil aux hivernants 2007

Aujourd’hui : J-2 avant le 1er avion…

Le « seeing »

Bon seeing : en dessous de 0.7 arcsec Mauvais seeing : au dessus de 2 arcsec

Isoplanatic angle

0 : Angular distance on the sky over which wavefront distorsions are correlated

0 : Maximum tolerable distance between an object and a reference star for Adaptive optics correction.

High altitude layer

Low altitude layer

0 : More sensitive to high altitude turbulent layers: bad news for winter (high altitude wind speed)

Estimating isoplanatic angle

Principle : scintillation measurement with a circular 10cm diameter pupil with 4 cm central obstruction

Ziad et al., 2000, Appl. Opt. 39, 30

GSM : a multi-DIMM combination

“Temperate” GSM (La Silla 1997)

B1

B2

2 DIMMs = 6 simultaneous bases

Compute the covariance of the 4 sub-images at the focus of the 2 DIMMS

Model-fitting (Von-Karman) Continuous access to all parameters: 0, L0, 0

Antarctic GSM Dome C 2004

(Ziad et al., Appl. Opt. 2000)

BalloonsIn-situ soundings to obtain the turbulent energy profile Cn

2(h)

RS80 radiosond

Balloon

rB=33 cm

rA= 95 cm

Thermometers Send : TA , TB

P, T, U wind speed & direction

Measurement of TA2 ,

TB2

Calculation of

CT2=< TA

2 > rA-2/3

CT2=< TB

2 > rB-2/3

2 estimates of Cn2

Then…

Principle

(Borgnino et al., 1979, A&A 79, 184)

Estimating turbulence parametersfrom balloon Cn

2(h) profiles

Seeing

Isoplanatic angle

Coherence time

Cn2(h)

h1

Parameters can be computed from Cn2(h) and the wind profile v(h)

Changing h1 : compute parameters that would be observed at alt. h1

wind speed

Summer seeing : statistics

N data 31597 Std deviation 0.39

Mean seeing (arcsec)

0.66 Seeing max 5.22

Median seeing 0.54 Seeing min 0.08

3

0.54

(based on 2 summer campaigns)

Isoplanatic angle: statistics

Maidanak 2.47 Ziad et al. 2000

Oukaimeden 1.58 Ziad et al. 2000

South Pole 3.23 Marks et al. 1999

Paranal 1.91 Ziad et al. 2000

La Silla 1.25 Ziad et al. 2000

Pachon 2.71 Ziad et al. 2000

N data 6328

Mean (arcsec) 6.8

Median 6.8

Std dev 2.4

Max 17.1

Min 0.7

6.8

6.8

Day & Night at Dome C

« Night »Sun rises and sets

Sun rises and sets

May 4 Aug 10Feb 16 Nov 1

1st sunset 1st sunriselast sunrise last sunset

First Sunset (feb 16)

Last sunrise(may 4)The day was only 1 hour long

Getting rid of the SL turbulence ?Solution 1

Put the telescope aboveThe surface layer…

30m

Dunn solar telescopeSac PeakHeight 41m

… may introduce local turbulence

Solution 2

Ground Layer adaptive optics

From www.eso.org

Auroras (II)

Dome C : needs long exposure South Pole (with full moon)

From the movie « lunar pass on ARO » © Glenn 2004