Radiotéléscope

[elyss]

Bonsoir à vous tous;

Je suis à la recherche d'information sur le fonctionnement des radiotéléscopes. En fait je voudrais si possible une étude assez détaillée sur les techniques qui y sont utilisées. j'éspère qu'il sera possible pour moi de saisir une assez bonne partie du principe de fonctionnement sachant que je suis en deuxième année de classe préparatoire.

Merci pour vos réponses

[bb98]

Bonjour et bienvenue !

 

La radio astronomie consiste à observer les astres et l'univers en général dans des bandes de fréquences spécifiques du domaine "radio"

Un radio télescope est constitué d'une antenne, ou d'un réseau d'antennes, accordée sur la ou les fréquences étudiées, antennes fixes ( instruments méridiens) ou mobiles, de récepteurs spécialisés en fréquence, en sensibilité, en température de bruit, d'un système d'analyse et d'enregistrement des signaux

 

On peut lire des pages comme :

http://www.ias.u-psud.fr/dole/rameau/index.php

qui présentent ces dispositifs sous l'angle de l'enseignement

 

En France métropolitaine, l'instrument de Nancay, assez remarquable par sa taille et sa spécificité, est régulièrement visitable par le grand public.

 

Bien sûr, attendre d'autres avis

[Jean-ClaudeP]

Histoire de la Radioastronomie : Clea - Radioastronomie

[pm77g]

Etant donné que la longueur d'onde est grande, ils arrivent à enregistrer la phase de l'onde électromagnétique. Du coup ils peuvent enregistrer le signal de plusieurs endroits différents et recombiner le signal.

Est-ce que tu as des notions de fréquences spatiales et transformées de Fourier en 2D?

Parce que les algorithmes de reconstructions utilisent la couverture du plan des fréquences spatiales afin de reconstruire une pseudo-image.

Pour commencer et comprendre le concept, imagine que sur un télescope traditionnel tu appliques un masque avec 2 trous. Le télescope récolte la lumière des trous et la recombine dans le plan focale. Etant donné que les 2 faisceaux sont en phase (comme dans l'expérience des fentes de Young), ils créent dans le plan focale des interférences.

Maintenant augmente le nombre de trous, passe à 3 trous. Les interférences vont s'ajouter pour chaque paire de trous (3 trous -> 3 paires).

Passe à 4 trous, tu obtiens 6 paires, etc...

Arrivé à un très grand nombre de trous, tu n'as plus de masque (comme un gruyère trop troué ... tu n'as plus de fromage ), et tu obtiens la traditionnelle image.

Ceci te fait comprendre qu'une image 2D est en réalité une combinaison d'une multitude de figure d'interférence, qui proviennent de la multitude quasi infinie de trous que représente une ouverture de télescope.

 

La radio-astronomie travaille sur une échelle quasi planétaire (cf LOFAR, VLBI).

Le problème des radio-astronomes est qu'ils n'ont pas une infinité de trous, seulement quelques dizaines. Du coup ils utilisent la rotation terrestre pour augmenter le nombre de trous, je m'explique : imagine que tu as un radiotélescope au pole nord et un à l'équateur, et imagine que tu es le soleil le jour de l'équinoxe. A midi du radiotélescope de l'équateur tu es au méridien donc tu vois la terre de loin et tu vois les 2 radiotélescopes alignés sur une ligne verticale. En revanche au moment du coucher de soleil tu les vois de travers. Le radiotélescope du pole nord n'a pas bougé mais celui de l'équateur se trouve sur le bord du globe terrestre. Récapitulons : à midi tu as 2 trous (2 collecteurs de lumière) et au coucher de soleil le "trou" du pole nord est le même, en revanche celui de l'équateur a bougé. Tu as donc un 3ème trou.

Comment recombiner des photons que tu as photographié à midi et à 18h? On revient à ce que je décrivais au début : dans la longueur d'onde radio on sait enregistrer la phase. Du coup on sait "remettre" en phase des signaux enregistrés à des moments différents.

 

Je m'arrete là parce que le sujet peut être très long. J'avais visité le radiotélescope de Dwingeloo, pour te donner un exemple ils parlaient de problèmes plus techniques, comme le fait d'enrouler les câbles sous terre, cela avait crée de l'induction magnétique qui introduisais du biais dans les mesures.

si t'as des questions n'hésite pas, j'espère être en mesure de te répondre.

[elyss]

Merci pour vos réponses.

Concernant la reconstruction du signal pm77g, qu'entends tu par '' on sait enregistrer la phase'' ?

Concernant les transformées de Fourier je n'ai que des notions superficielles sur le sujet. Je sais cependant que, dans le cas d'interférences optiques, on peut à partir du contraste obtenu se ramener à la répartition d'intensité à la source par l'inverse de la transformée de fourrier.

[pm77g]

En optique l'image que tu obtiens est la répartition d'intensité des photons. L'intensité c'est l'amplitude au carré. Tu as donc perdu la phase se l'onde. En radio la phase tu ne la perds pas.

Conséquence:

En optique tu dois produire les interférences en live, alors qu'en radio tu peux enregistrer les 2 ondes à des moments différents, et les faire interférer par la suite.

 

Il y a d'ailleurs beaucoup de recherche faite sur la récupération de la phase en optique comme la cloture de phase ou l'holographie.

 

Ce dont tu parles c'est le théorème de VanCittert Zernike, je crois.

 

 

La transformée de Fourier est un changement de base, comme tu l'as vu avec les matrices jacobiennes. Tu passes d'un plan xy dit direct, celui de l'image, au plan uv, celui des fréquences spatiales. Quand tu effectues la transformée de fourier (TF) tu obitens l'image dans le plan des fréquences spatiales.

Par exemple la TF d'une sinusoide te donne 2 delta de dirac, dont l'espacement correspond à la longueur d'onde de la sinusoide. Pouquoi cela? Imagine que tu observes la sinusoide à travers un masque percé de 2 fentes. Si les 2 fentes ont le meme epacement que la longueur d'onde, alors tu verras exactement la meme chose dans chacune des fentes. Et tu peux te balader à droite ou a gauche de la sinusoide, tu ne verras pas de différence à travers la fente de droite et la fente de gauche -> la fréquence spatiale qui correspond à cet espacement se répète à l'infini. Donc dans le plan de fourier je trouve un delta de dirac qui correspond à cette fréquence spatiale.

 

Maintenant imagine que l'image peut être décomposée en une infinité de sinusoides, de longueur d'ondes différentes, d'amplitude différentes et de phases différentes. Tu retrouveras pour chaque sinusoide, un pixel dans l'espace de fourier. Chaque pixel ayant un valeur correspondant au nombre de sinusoides de même fréquence.

 

Pour en revenir au radio telescope, l'image que tu obtiens est le résultat du produit de convolution entre l'objet et la fonction de transfert de l'instrument. La fonction de transfert tu l'obtiens en faisant l'autocorrelation de la répartition spatiale des radiotelescopes. Et ça c'est sans tenir compte de la rotation terrestre citée dans mon premier message.

 

Désolé d'asséner toutes ces vérités sans démonstrations, mais j'essaie de te donner un maximum de mot-clés pour t'orienter dans tes recherches.

 

Ps: imagine que la transformée de fourier est comme une transformée de laplace. Sauf que de fréquences temporelles on parle de fréquences spatiales. Tout le reste est similaire.