reflexes terminologiques appropriés

2reunion ESOM dec 2008 NEC YRabbia

reflexes terminologiques appropriés

nulling : penser à interferences destructivescoronographie : penser à élimination de lumière on-axis

mais en fait tout ça se rattache à des affaires de cohérence de la lumière

à la demande générale de Philippe Steele titre de l'exposé est

Nulling

pour les Nuls

extension immédiate du sujet et autre titre possible

Nulling Et Coronographie


le plan

motivation science et illustrations

contraintes "mission"

rappels sur principe ( instrumentation)

difficultés, limitations, évaluation de performances

situation à la date ( cas restreint) nulling Darwin & TPF-I corono CIA


motivation science

et illustrations


corono-science : origine et évolution, bref aperçu

couronne solaire 1939 : coronographe de Lyot

coronographie stellairetransposition de la technique de Lyotconcepts emergents dédiéschamps de recherche toujours actif

extension vers l'interférométrie"nulling interferometry"

Bracewell (1972??)et la suite... avec ESO, ESA, NASA....

sémantique :étymologie brute : corono_graphie représentation de la couronnenéologisme introduit par B Lyot pour l'étude de la couronne solaire

extension vers la physique stellaire (et au-delà): technique d'observation destinée à cacher une source dont le rayonnement comparativement excessif empeche de voir des sources faibles angulairement proches


coronographie "solaire"

fin des années 30pic du midi

satellite "soho"instrument LASCOLagrange L2mai 99 -et au delà

Bernard Lyot

hot news : voir ecole corono solaire, Beaulieu, oct 2008


corono stellaire, contexte science : pb posé "voir autour"

exemples de motifs voisins

a aa

a

I(a) objet central : ponctuel sur l'axe de visée

notre cible type sera : étoile mère + compagnon (ponctuels)bien sûr, plus précisément on pense à : étoile + planète

cible scientifique typique : objet central et motifs voisins


contraintes "mission"science et contraintes associéesou cahier des charges scientifique


contraintes "science" : cahier des charges scientifique

dynamique photométriquepouvoir gérer de grands écarts de brillance( rapports de flux : étoile /compagnon)

résolution angulairepouvoir distinguer deux sources angulairement très proches(séparer leurs images, résoudre le couple)

sensibilité photométrique et exploitation spectralepouvoir enregistrer des flux très faibles

grands, proches, faibles ? ça veut dire quoi ?

des nombres !!!

cas limite : détection d'exoterreset recherche de signes de "vie"

objectif moyen : environnement stellaire faiblement emissif


dynamique photométrique

exoplanètes de type "Terre"exoplanètes de type "Terre"

en IR, : millions 10en IR, : millions 106 6

en visible : des milliards en visible : des milliards 101099, 10, 101010

exoplanètes de type "Terre"exoplanètes de type "Terre"

en IR, : millions 10en IR, : millions 106 6

en visible : des milliards en visible : des milliards 101099, 10, 101010

9 6

compagnons faibles, exoplanètes de types Pegasides "Jupiters chauds" 104, 105

paramètre clef : rapport Rflux = flux étoile/flux compagnon


résolution angulaire

1 arcsec

1 U.A.

1 parsec 3 A.L.obs

O.1 arcsec

1 U.A.

10 parsecobs

O.01 arcsec = 10 marcsec

1 U.A.100 parsec

obs

1 arcsec : 5.10-6 raddiametre angulaire d'un petit pois placé à 1 km

critère de Rayleigh : la séparation angulaire accessible est > /DiamTel

m 0.6 2.2 11

D requis (en m)pour 0.01 arcsec

10 40 200

plutôt le domaine de l'interferometrie


sensibilité photométriqueexemple : Terre Soleil à la distance d = 10 psc (environ 30 AL ou 3.1017 m )

raccourci : 106 en rapport de flux écart en magnitude 15109 en rapport de flux écart en magnitude 22 à 23

Pterre() = 10-n .Stel..transm. [flux solaire àet à 10 psc]

visible n = 9, ir thermique n = 6

Msoleil(V) = 4.8 T 5700 K = 10-2 rad

vis = 0.55 m vis = 0.087 m ir = 10.2 m ir = 4.33 m

telescope diam 10m (100m2) diam 3.6m (10m2)

Nbre photons/sectelescope

D (m) S (m2) exoterreSoleil à 10 psc

V N V N

10 100

103.6

1010 1.5 109 10 1500

1 150109 1.5 108 maisattentionrayonmntatmosph


la réponse technique au cahier des charges scientifique :

Imagerie à Très Haut Contraste (ITHC ou parfois ITHDynamique)

paramètres "clef"rejection = energie collectée/résidu d'energiesondage proche (close-sensing ou IWA : Inner Working Angle)transmission pour le compagnonbande spectrale (Rapport Signal à Bruit)


réponse pour la dynamique requise

deux approches :

1. apodisation (éliminer les pieds)

2. rejection sur l'axe (éliminer la contribution de l'étoile)

une autre façon, un peu spéciale :empecher les photons stellaires d'entrer dans le telescopeon y reviendra

et tout ça : à large bande spectraled'où besoin : achromatisme des processus de rejection


intensité

0.001

0.01

0.1

1

log profil I()

/D

profil I()

la planète peut se trouver par ici.

Pas bon ça !!elle est noyée

si la planète est par icion a des chances de la "sortir"

apodisation : casser les pieds, pourquoi ?


réjection sur l'axe (et un peu autour)

solution: " éteindre" l'étoiletrou dans le ciel sur la direction de visée! on fabrique une carte de transmission qui rejète la contribution stellaire (rejection)la dynamique de la caméra est libérée pour sortir la planète du bruit

Dyn

pb de l'imagerie conventionnelle : la camera a une dynamique donnée (disons 10^5 niveaux)et un bruit de fond donné (qqs niveaux)

la contribution stellaire ne permet pas de laisser apparaitre la planete hors du bruitl'étoile mange toute la dynamique

T

Corono

c'est la coronographie "pur jus"


corono : faire un trou dans le cielpour y mettre l'étoile (carte de transmission rejectante)

?mais comment trouer ?

et quelle importance ?

tendre vers une zone de rejection à bords nets et aptitude à percevoir un compagnon proche

ciel

transmission1

tmax

Leffective

Leffective : extension du trou dans le ciel (petit = mieux)on dit aussi Inner Working Angle

ciel

transmission

raideur du profil

raideur : important pour cacher l'étoile sans fuite (leakage)et pour avoir transmission max très proche de l'axe

en gros c'est entonnoir, bol ou bassine


contraintes : réponse "technique" / demande "science"

sciencedynamique photometrique Rflux

résolution angulaire,sondage proche

sensibilité photometrique

technique

Rejection R(rejection,extinction)R = T1/T0

+ achromatisme

profil transmissionet IWAInner Working Angle

forme, largeur et profondeur du trou dans le ciel

transmission pour la planète T1 max

temps d'intégration(stabilité du "trou"R doit être stable)

T1 = T(> IWA) flux collectéT0 = T( =0) flux atténué

T(

( ciel)

1

IWA

T1

T0


contraintes techniques : performances requises

le rêve c'est quand :R est très grand ( disons 10n )IWA est très petit ( disons 0.001 arcsec)Tplanete = 1, le max quoi !

le bonheur c'est quand :

planeteflux F

*FRR

angulaireséparationIWA

1deprocheTplanète

bonheur ++ :

tout ça réalisé sur un intervalle spectralle plus grand possible

les performances requises dépendent de la cible


rappels sur principe

( instrumentation )


quelques concepts instrumentauxpour la rejection "on-axis"

d'autres répartitions / classifications existentvoir bibliographie : Guyon et al. ou Aime et al. ou d'autres encore

de toutes façons les contours des boites ne sont pas netstout ça se mélange et il y a des hybrides

une répartition occulteurs externes apodiseurs masque focal opaque (Lyot conventionnel) coronographes nullers (masque matériel ou masque virtuel)

nulling interferometry


occulteurs externes : la lumière ne passera pas !

BOSS : Big Occulting Steerable SatelliteUMBRAS : Umbral Missions Blocking Radiating Astronomical SourcesNew World Occulter (on apodise aussi)

distances occulteur-telescope : milliers de km


Lyot stellaire conventionnel _ 1

on corrompt le télescope pour en faire un coronographele coronographe fait un trou dans le ciel dans lequel tombe l'étoile visée

exemple fondateurcoronographe de type "Lyot", masque opaque dans plan image


Lyot stellaire conventionnel _2

material mask

peripheraldiffracted light

Lyot stop needed

Attention : diffraction

Lyot stop

Lyot mask


Lyot stellaire conventionnel _3Lyot cache plusieurs rayons d’Airy (typiqmnt 5 à 10 fois /D)les planetes sont à l'interieur de cette zone aveugle (IWA)


qqs concepts instrumentaux

Coronographie Interférentielle

les coronographes de type "nuller"

trois exemples parmi d'autres

principe commun :ça splitte à tout va ! et interferences destructives



CIACoronographe Interférentiel Achromatique

c'est un coronographe de type "nuller"avec division d'amplitude

division de front d'ondemasque à ouvertures

division d'amplitudeseparatrice (beamsplitter)

Gay & Rabbia, 1996, CR Acad. Sc.


CIA_principe_1

fondement : focus crossing propertydephasage achromatique de pi par passage au foyer

CIA = nuller; réjection sur l'axe par interférences destructives

A

A

A

Aperture

Split

-Rotate and -phase shif t

Recombine

Skyopd adjust

A

AA

A

A

Aperture

Split

-Rotate and -phase shif t

Recombine

Skyopd adjust

A

A

)(.. ieA .)('. .. ii eeAF

flat-flat

cat's eyeinput

bright output nulled

output


CIA principe_2

marche des faisceaux et effet coronographique "on-axis"

incident "on-axis"

sortie constructive

sortie destructive


CIA principe_3

splitphase shiftpupil rotation

ffce

"ce" pour cats'eye"ff" pour flat flat

fronts d'onde et amplitudes complexes dans CIA

recorded intensity

+recombination

input pupil output pupil

ff

ce


CIA principe_4

off-axis / on-axis : to be or not to be ( in image plane)

0.5

4 2 0 2 4

1

0

Airy radius

field coordinate (unit: Airy radius)

spat

ial r

espo

nse

réponse spatialeoucarte de transmission

profil radialsymetrie circulaire


assemblage

combinaison adherence moleculaire et collagesous controle interférométrique

chemins optiques (presque) figés

SiO2SiO2

CIA physionomie


interféro- coronographes : contraintes

ddm nulle (et stable), ilustration CIA

pas de déséquilibre photometrique voie 1 / voie 2

pas de polarisation differentielle voie 1 / voie 2

CIA : contrainte supplémentaireamplitude complexe entrante : centro-symetrique contrainte induite par retournement de pupille

OPD = 0

OPD

I ( ,OPD)

image ofcompanion

weighted contributionof on-axis source

OPD

I ( ,OPD)

image ofcompanion

weighted contributionof on-axis source

OPD



PMC : Phase Mask CoronagraphRoddier & Roddier, 1997, PASP

à la fois corono à masque dans le plan image et nuller (avec "splitting et déphasage par le masque)

image

voie2

S

Rvoie1


Phase Mask Corono principe

similaire à Lyotmais masque différent :il introduit un déphasage de sur une partie de la PSFCette partie interfère doncdestructivement avec l'autre

4 2 0 2 41

0

1

0

0

4 2 0 2 41

0

1

profil de transmissiondu masque

le rayon de la zone dephasante est calculé pour quel'energie résiduelle dans le diaphragmme de Lyot soit minimale

x

onde plane : objet ponctuel sur l'axe

Lyot stop


phase mask coronagraphy

input pupilla

output pupilla

phase mask

incoming complex amplitude

transmitted complex amplitude

close-sensing : about one Airy radius

0

0

00



SMC : Sectorized Mask CoronagraphRouan et al., 2000,

comme pour le PMC

c'est à la fois un corono à masque dans le plan image et un nuller image

voie2

S

Rvoie1


SMC_ principe

ondes planes incidentes : objet ponctuel sur l'axe (étoile)objet ponctuel hors d'axe (compagnon)

0

0

l'onde incidente "on-axis" est distribuée sur 4 voies("splitting" par le masque dans le plan image) un couple diagonal de quadrants introduit un déphasage de l'autre couple n'introduit pas de déphasage,

x

pupille

image

x

pupilleimage

lentille

Lyot stop

à la recombinaison, (plan pupille) l'interference est destructive : exit la source on-axis ! l'onde incidente "off-axis" n'est pas partagée, il n'y a pas interférenceson energie est transmise vers le dernier plan image


SMC_ une approche technique émergente : les ZOGZOG : Zero Order Gratings ou réseaux sub-lambda

le masque n'est plus un assemblage de lames mais un assemblagede réseaux sub-lambda. Le processus physique sollicité est la biréfringence de forme (action sur les polarisations)

Dimitri Mawet et al., Coronagraph workshop, Pasadena, September 2006

0

0


nulling interferometry (interf annulante) juste un aperçu de principe

mais pourquoi ? pourquoi ? pourquoi ?pourquoi encore de l'interferometrie ?

2 telescopes = 1 telescope +1 telescope1 interferometre = 2 telescopes + avoir des franges + un wagon d'emm.

masochisme ? (oui , un peu tout de même)

interférometrie parce que on veut la detection directe de la planète ( Rejection, HRA) on veut detecter des exo terres ( Rejection, sensibilité photom) on veut y chercher des signes de "vie" (comme la nôtre) (achromatisme)

satisfaire à tout ça demande de l'interférometrieon reviendra sur ces points après quelques brefs rappels


detections : indirecte / directe

detection indirecte

la planète est révélée par ses effets sur la lumière issue de l'étoile-mère(mvt propre, velocimetrie, transits, micro-lentille gravitationnelle)

détection directe !

on veut avoir la lumière qui vient de la planète elle même !!

et elle seulement !d'où le besoin de rejection et de sondage très proche


rappels : basics pour interfero stellaire

but de l'interf stellaire : déterminer distribution angulaire brillance O()et / ou determiner la séparation angulaire de deux composantesrestriction : on determine seulement des parametres d'un modèle de O()

stratégie : chercher info dans l'espace de Fourierdéterminer le spectre spatial de O()

deux clefs-outils : theoreme de Van Cittert & Zernike, degré de coherence TF( O() )

interferometre = mesureur de

une autre façon (un peu abusive) de décrire la fonction de l'interféromètre :

l'interféromètre projette sur le ciel une sorte de grille ce lobe "frangé" interroge la source sur son spectre spatial

cette grille est de transmission sinusoidale, alternance d'interférences constructives et destructivesconstructives sur l'axe

le pas de la grille est /B

B


oui, mais ......le spectre spatial

ici, c'est pas notre problème !

et la séparation on la connait ! !(enfin, ..... on en a une évaluation )

notre pb c'est la détection directe d'un compagnon

voir le compagnon (planète)sans être ébloui par l'étoile mère

good grief !


nulling interferometry versus coronagraphyEn coronographie ( un télescope) on risque d'éteindre

étoile ET planète (trop proche) IWA Airy /Diametre

la finesse du sondage ( /Base) donnée par l'interféromètrepermet de sauver la planète

En nulling interferoau lieu d'un trou , on projette une fine grille (une affaire de cohérence)


nulling interféro ?en substance

l'interféromètre sert essentiellement à fabriquer par interférences destructives une carte de transmission qui va bien

on se sert de cette carte comme d'une passoire qui laisse passer les photons planétaireset bloque les photons stellaires

nulling interferometry is butphotometry through a sift !

utterly null !

provoc ?


ajoutons le nulling à l'interferomètre

R

Rinf o codée

telesc 1

telesc 2

on ajuste B pour avoir /2B = séparation etoile-planete

note : on sait des choses sur la séparation etoile-exoterre(zone d'habitabilité)mais cette separation varie avec le mouvement orbital ! ! so what ?

reponse : modulation spatialeout of the scope of the present talk


une mission requerant la nulling interfrecherche de la vie sur des exo-terres : ESA-Darwindeux étapes

1. detection directe d'exo-terres autour d'étoiles "proches"on veut avoir les photons de la planète

2. spectroscopie pour avoir la signature des bio-traceurs raies d'absorption par l'atmosphèrede l'exoplanète

caillou caillou

atmosphère

do it yourself


les bio-traceurs qui vont bien

bio-traceurs sélectionnés : H2O, O3, CO2

Venus

Terre

Mars

Ozone

H2O CO2

H2O

6 8 10 12 14 16 18

longueur d'onde (micron)

puissance

domaine spectral retenu : infra rouge thermique exemple : 6 - 18 microns

O3


résumé : Darwin contraintes "science"objectif : detection directe et spectroscopie des exo-terres

signatures de l'activité biologique (biochimie carbone)

separation angulaire (etoile_planete) très petite (0.01 arcsec)

rapport (flux*/flux planète) effroyablement grand (> 10^6)

infrarouge thermique, bande large ( 6-18 m)

techniques "nulling"

interferometrie

choix ESA : nulling interferométrie en IR thermique choix ESA : nulling interferométrie en IR thermique


principe : un tout petit peu de maths_1

à la base : interférences destructives

avec 2 voies (corono, interf 2 telescopes)créer un dephasage de achromatique entre les deux voies

avec plus de 2 voies ( N telescopes)créer sur chaque bras interferometrique le bon dephasage(hors de cet exposé, voir par exemple : Rabbia, Ecoles ITHD - tome 2

algèbre basique du processus à deux voies ))(.iexp(.)()( 111

))(.iexp(.)()( 222

R

Voie 1,

Voie 2,


principe : un tout petit peu de maths _2

recombinaison on-axis ideale )()()(.e)( .i 2121

si alors : aucun photon en sortie

cas non-ideal : ça fait pas zero photon en sortie, (résidu de non-extinction)

deux aspects

)()( 21

on a pas mais( qq chose) , exemple

on a et là encore plusieurs aspects à voir

les photons stellaires ne sont pas tous éliminésd'où photons planétaires plus difficiles à extraire

)()( 21 )()( 21

inégalité d'amplitude (intensity mismatch) polarisations non identiques (polarisation mismatch) defauts de surface d'onde non identiques (phase mismatch)


bref retour vers scienceintérêt des techniques de "nulling"versus interferometrie classique


contexte actuel

l'interférométrie fait des merveilles et produit en routine, des résultats importants voire spectaculaires

mais.....

elle ne fait pas encore, sauf exception, des images et approche la morphologiede façon indirecte et partielle .

L'outillage courant combinedes points de visibilitédes phases de cloturel'exploitation de l'information spectrale

elle souffre d'une limitation (parmi d'autres) touchant : l'accès à des motifs environnants faiblement émissifstypiquement 10-4 du flux stellaire (10 magnitudes)

correctif:des possibilités d'imagerieont déjà donné des résultats


illustraton un peu brute : compagnon faible

l'amplitude des oscillations provoquées par la présence du compagnondépend de l'écart en magnitudeentre étoile et compagnon

pour un rapport de flux (compagnon/etoile) = 10-4, cette amplitude est inférieure à 1%, limite typique de la précision accessible pour les visibilités

V() étoile simple

étoile + compagnon

rappel : 10-4 10 magnitudes


apport des techniques de nullingnulling interferometrie

coronographie

photons du compagnon, ( situé "qq part" autour de l'étoile). résolution angulaire (capacité à avoir"qq part" angulairement très proche (/B)

localisation de "qq part" possible mais pas immédiatm élevé, et augmenté par l'emploi de fibres optiques (filtrage spatial)

photons ET position du compagnon ( "ici" et non pas "qq part") résolution angulaire : faible versus nulling interf. (/D)m élevé mais non ameliorable par fibres (sauf ...)

tout cela à moduler selon cible et domaine spectral


limitations

difficultés et contraintes techniques

évaluation de performances


limitations de principe ( concept instrumental)

résol angulaire ( IWA ) à donnéCORONO : limité par diametre telescope (Airy =/ D)

Lyot 5 Airy, PMC et SMC (1 Airy) CIA ( < 1 Airy)NULL INTERF : limité par distance entre collecteurs

Darwin : 20 à 500 m contrepartie négative : IWA petit grande sensibilité au dépointage

transmission compagnon :dépend de la configuration optique :

plus complexe moins bon

rejection : contraintes instrum très sévères (voir après)SOL : requiert optique adaptativeESPACE : requiert stabilité configuration (flottille)

achromaticité : directement dépendante du concept


achromaticité

bande spectrale

idéal :

bande spectrale

réel :

max

222maxresid )()()(Energie

amplitude et énergie résiduelle (rejection incomplète)

)(.i))(exp())(.iexp()(resid 11

pour R > 106 il faut rad3max 10

21

1

1

maxd.)(Energie

R

R

1max


difficultés et contraintes techniques

réalisationqualité optique des composants traitements de surface (optical coating)contraintes opto-mécaniques

assemblage

réponse aux conditions environnementales

contraintes opératoires

techniques et outillages spécifiques et délicats(exemple : adherence moleculaire et controle interferometrique)specifications très exigeantes ( positions, orientations et alignements)

conservation des réglages à la mise en froidsensibilité minimale aux vibrations

voir diapo suivante


contraintes opératoires

pour assurer Energie Residuelle < 1/R, pour R = 106

par recombinaison de deux sous-ondes déphasées de

Intensity matching : intensités égalisées avant recombinaison I / I < 10 -3

Polarisation matching : polarisations alignées avant recombinaison à < 10 -2 rad près

alignement : polarisation / plans d'incidencetypiquement moins de 5 arcsec

qualité de front d'onde à la recombinaison (nulling)

defaut 633nm/20 rms (30 nm) en présence de fibres,

sinon : extrêmement plus exigeant ( nanometre)


évaluation de performances

performance = rejection rejecton = energie collectée / energie residuelle

Integration de l'eclairement "teinte plate",en sortie de recombinaison

on compte des photons

si energie-compagnon (planete) > 1/Rejectionalors detection possible

Recomb

le critère "rejection" (eclairement integré) est un raccourci donnant globalement une qualité d'extinctionmais ne refletant pas forcément la capacité de détectioncritère non pertinent (et pessimiste)

nulling interfero : un critere brut mais pertinent

coronographie : pas si simple


performance coronographique

la distribution d'energie residuelle dans l'image coronographée n'est pas uniformeil y a le profil moyen (integration temporelle) du bruitil y a des residus permanents (speckles fixes)

la capacité à detecter depend de la position du compagnon dans l'image

le bon critere n'est plus une affaire d'energie integrée

le bon critere doit se fonder sur une cartographie des residusou du Rapport Signal à Bruit en detection

meilleur RSBRSB faible

speckle noise

photon noise

background noiseread out noise

les bruits


corono performance : représentations et terminologie

profils en mde compagnon detectableà RSB donné

m

échellelog

coord angulaire (Airy, / D)

dans l'image

0

12

CCCORO

cartographiede la distributiond'energie residuelle

energie normalisée

échelle log

coord angulaire (Airy, / D)dans l'image

contrastelocal ( )

attenuationlocale ( )

1

profils d'energie (collectée, résiduelle), distribution à symetrie de révolutionsinon moyenne azimuthale


exemples

Darwin et CIA


concept recent pour Darwin : Emma (Lady Darwin)

anciens concepts


situation Darwin

cosmic vision oct 2007 decision ESA Darwin pas selectionné pour lancement 2020mais decision de continuer les etudes R&Den particulier projet Nulltimate ( consortium : IAS pilote, OCA, Thales, Max Planck, Univ Bourgogne,Univ Liege,..)

et nouveau départ "from scratch" avec comité : ESA-NASA

Nulltimate : mise en opération d'un banc de nulling de 2 à 10 micronspour tester trois concepts d'Achromatic Phase Shifter (phase shift)

OCA en charge de APS focus crossing (passage au foyer)systeme réalisé dans les specs.


APS tests en labo contrat ESA : Nulltimate-Darwin

consortium Europeen, pilotage IAS Orsaybanc de test pour 3 types d'APS

0

DL

DL

0

DL

DL

in

out

in

out

exemple avec focus –crossing (OCA)


avant nulltimate : banc synapse à 2 et 3.5 microns

jusqu'ici les performances du banc seul sont

10^5 avec laser 3.5 micron3000 avec source bande thermique , bande large; limitations inexpliquées, malgré nombreux essais

les performances avec APS –focus crossing sur le bancsont identiques, la limitation semble venir du banc lui-mêmeAPS donne au moins 100 000 en rejection avec laser

actuellement banc Synapse est abandonné banc Nulltimate ( 2 m à 10 m) en cours d'implémentation puis de tests

financement contrat ESA : terminé fin décembre 2008


situation CIA

passé récent : gros changement, source Leukos (SIRIUS)ponctuelle et puissante, meme en IRamélioration mais nouveaux défauts révélésamélioration aussi avec obs combinées ( filtres K1 et K2)

contraste à 2 Airy's : voisin de 3000 ( à confirmer)

0 1 2 3 4 5 6-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

log(1/R)

coord image (Airy)

coro / non coro

MAIS necessité et urgence de publier, d'où mise en veille des efforts sur la manip

passé proche : croissance progressive des performances en rejectionmais valeurs considérées comme invendables (500, 600)malgré large bande spectrale (bande K : 2.2 m ; 0.4 m)limitations : certaines expliquées, autres pas claires

passé historique: test CIA sur le ciel, Hawaii

first Airy dark ring

companion


illustration pour implémentation CIA


CIA banc d'essai : schéma simplifiésource : corps noir 1500 Kpuis source LEUKOSavec fibre

laser He Ne

plan

diaphragmmepupille sortie

diaphragmmebaffleur

caméra IR

CIA

collimateur

filtres K,K1,K2

faisceau incident

ajustement ddm


vocabulaire

un nouveau nom pour CIA ?

SHADOCK : Systeme Hautement AffligeantDeveloppé pour l'Observation Coronographiqueen bande K

Jean Gay Astronome émériteYves Rabbia Astronome Jean Pierre Rivet CNRS ( Cassiopée)


fin du supplice

prière aux survivantsde relever les autres

merci pour votre attention


reserve


separation connue, OK, comment ?

on cherche planete dans zone d'habitabilité (eau liquide, T = 300 K)on connait donc Tp = 300 K on connait aussi d*, T*, R*

situation stable : Puissance collectée = Puissance émise

T*d*d

d

planèteplanèteplanèteétoile TRRd

L 4222

...4...4

on peut donc tirer d, et avec d* on a la séparation angulaire pas si simple, car albedo planete, mais... bon


comment répond le filtre "interféromètre" ?

source = dirac décalé

).2

.2

.exp()(1 B

i ).2

.2

.exp()(2 B

i

)..

2cos(1.2

2

21 B

)()( O

champs incidents B

dirac

réponse

une interprétation :l'interféromètre projette sur le ciel une grille sinusoidalele pas de la grille est /B

ce lobe "frangé"interroge la source


interféromètre et transmissionpour un couple de Diracs, on peut voir les choses autrement

..

2B

2

21

)..

2cos(1..2)(

BR

étoile ( = 0) : contribution permanentecompagnon : contribution dépend de

R()

l'interféromètre projette sur le ciel un profil de transmission

transmission

/B


recombinaisons en "nulling"

modes de recombinaison (rien à voir avec la carte sur le ciel)

Recomb

ici, on ne change rien

c'est ici que ça se passe


Bracewell : franges unidirectionnelles

où est la planète ??

on a "une évaluation" de la séparation angulaire [étoile-planète]et on ne connait pas forcément bienson mouvement orbital

Il est donc nécessaire de pouvoir explorer de façon isotrope autour de l'étoile

pour cela faire tourner l'interféromètre autour de son axe de visée

pas très commode : lent, consommation d'énergie

?

?


Bracewell : contamination du signal

avec Bracewellmodulation du signal planétaire par rotation de l'interféromètre

mais on module aussi exo-zodi

signal

temps

pezz

instrum


modulation sans rotation de l'instrumentune vision simpliste "avec les mains"

deux "Bracewell", avec bases perpendiculairesdeux cartes frangées perpendiculaires mélangées

mais on module aussi exo-zodi !

il faut discriminer planète /exo-zodi

modulation interne : pas de rotation de l'instrumenton a gagné en rapidité de modulation (détection)et l'instrument consomme moins d'énergie

dephasage périodique de entre les deux sorties : on inverse la grille sur une sortie, on ne touche pas à l'autrel'axe reste sombre (étoile rejetée) et la planète est modulée


difficultés, limitations, avantages, performancesdans un monde idéal

exemple avec SMC (image Aime+Soummer, merci)

l'obstruction centrale

perturbe l'action des masques

et ramène de l'energie dans la pupille (sauf Lyot et CIA)

limitations de principe : obstruction centrale et structures de soutien

x


contraintes opératoires : monde réelau sol on souffre de la turbulence atmosphérique

qui distort la surface d'onde et la fait basculer, de façon aléatoire (r0 et 0 )*

ce qui dégrade l'image par étalement et "speckles" et ce qui provoqueune instabilité de position

DD

r0

* r0 : zone "plate" des distorsions (10 cm à 50 cm en visible) : plus petitplus méchant

0 : durée typique d'une réalisation aléatoire ( 1 ms à 20 ms en visible) idem

compensation des distorsions : indispensable !!optique adaptative requise !!sinon cohérence des sous-ondes perdue et l'interféro-coronographie ne marche plus !


importance du profil d'energie residuelle

profil d'energie résiduelle : Nres()

la capacité de détection dépend de la position du compagnon dans le plan focal

detectivité : l'energie residuelle n'est pas génante en elle-même, c'est le bruit qui l'accompagne qui nous embête

dtNSignal comp .)(.)()(

RSB =

))((.)(()( compres NHNVARBruit


contraintes ( défis ) techniques

interferometrie : vol en formationcontroler positions des telescopes à qqs millimètresequilibrage fin, dans le recombiner, à qqs nanometres

évacuer la contribution de l'étoile (10^6)

nulling : dephaser de à toutes les longueurs d'onde

rayonnement matiere exo zodiacaleplanete immergée dans disque (?) extraction signal noyé dans bruit : modulation requise

à toutes les longueurs d'onde

le coeur de la manip : Achromatic Phase Shifters

reflexes terminologiques appropriés

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