Lumière et télescopes

CEA Explorer et comprendre l’Univers

2 avril 2020

Galaxie du Tourbillon
(NASA/JPL-Caltech)

Phénomènes lumineux

Réflexion

Réflexion de la lumière

Réfraction

Réfraction de la lumière

Bending Light

Dispersion

Dispersion de la lumière
(Alfredo Louro CC BY-NC-SA 2.0)

Bending Light

Diffraction

Trou dans une feuille d'aluminium Diffraction de la lumière

Interférence (expérience de Young)

Expérience de Young

Wave Interference

Onde ou particule?

Particule

René Descartes Isaac Newton

Onde

Robert Hooke

Christiaan Huygens Thomas Young

Epic Rap Battle of History

Théorie corpusculaire

  • Explique la réflexion
  • Explique la réfraction
  • Explique la dispersion
  • Est supportée par une grosse pointure (Newton)

Théorie ondulatoire

  • Explique la réflexion
  • Explique la réfraction (correctement)
  • Explique la dispersion
  • Explique la diffraction
  • Explique l’interférence

Théorie ondulatoire éventuellement acceptée comme correcte jusqu’au début du XXe siècle

Effet photoélectrique

Effet photoélectrique
(Jfmelero CC BY-SA 3.0)

Dualité onde-particule

Lumière est une onde

qui se comporte parfois comme une particule

nommée photon

Albert Einstein

Nature de la lumière

Onde

Wave on a String

Onde électromagnétique

Wave on a String

Anatomie d’une onde

Anatomie d'une onde

Spectre électromagnétique

Spectre électromagnétique
(Ploufandsplash CC BY-SA 3.0)

Vitesse de la lumière

299 792 458 m/s

1 079 252 850 km/h

C’est vite?

  • Voiture la plus rapide (Hennessey Venom GT) : 435 km/h
    (TheSuperCars.org)
  • Vitesse du son : 1 236 km/h

C’est vite?

  • Jet le plus rapide (SR-71 Blackbird) : 3 530 km/h

C’est vite?

  • Navette spatiale à l’entrée de l’atmosphère : 28 000 km/h
    Space Shuttle Atlantis landing at KSC following STS-122

C’est vite?

40 000 fois plus vite que la navette spatiale

Année-lumière

  • Dans un intervalle de temps donné, la lumière parcourt une certaine distance
  • Exemple :
    • Une voiture se déplace à 60 km/h
    • Quelle distance parcourt-elle en 30 minutes ?
    • Quelle distance parcourt-elle en 3 heures ?

Année-lumière

Seconde-lumière 299 792,458 km
Minute-lumière 17 987 547,48 km
Semaine-lumière 181 314 478 598 km
Année-lumière 9 454 254 955 488 km

Année-lumière

Distance *-lumière
Terre-Soleil 8,32 minutes-lumière
Pluton-Soleil 5,5 heures-lumière
Soleil-Proxima Centauri 4,22 années-lumière

Télescopes

Un télescope est un instrument qui collecte la lumière provenant d’une source lointaine

Réfracteur

Télescope réfracteur
Télescope réfracteur de l'Observatoire astronomique de Strasbourg en France
(Pethrus CC BY-SA 3.0)

Problèmes des télescopes réfracteurs

  • Difficile de produire lentilles parfaitement transparentes
  • Grosses lentilles se déforment
  • Coût de production élevé
  • Aberration chromatique
Lentille L2 de la caméra du LSST
(LSST Camera Project CC BY 4.0)

Aberration chromatique

Aberration chromatique
(Wilder Kaiser CC BY-SA 3.0)

Réflecteur

Télescope newtonien
(Krishnavedala CC BY-SA 4.0)

Avantages des télescopes réflecteurs

  • Pas d’aberration chromatique
  • Peuvent être supporté par l’arrière
  • Plus facile à construire
Miroir principal du LSST
(LSST Project/NSF/AURA CC BY 4.0)
Miroirs du James Webb Space Telescope
(NASA/Goddard/Chris Gunn)

Observation astronomique moderne

Kitt Peak

Observation astronomique moderne

Monture du Mayall 4 m

Observation astronomique moderne

Salle de contrôle du Mayall 4 m

Montures

Fonctions de la monture

  • Supporter l’objectif et les instruments
  • Pointage
  • Entraînement sidéral

Monture équatoriale

  • Alignée sur les pôles célestes
  • Entraînement sidéral simple
  • Très grosse, très massive
  • Difficile à construire

Monture azimutale

  • Un axe horizontal, un axe vertical
  • Nécessite des calculs complexes pour l’entraînement sidéral
  • Souvent combinée avec un ordinateur
  • Plus petite
  • Plus facile à construire
Comparaison des miroirs de télescopes modernes
Cmglee CC BY-SA 3.0
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