La radioastronomie
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Stage DAFOP 19 janvier 2010 La radioastronomie Les débuts de la radioastronomie en France Le centre de radioastronomie de Nançay La réception du signal L'analyse du signal Les sources astronomiques Exemple pratique d'application
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Stage DAFOP 19 janvier 2010
La radioastronomie
Les débuts de la radioastronomie en FranceLe centre de radioastronomie de NançayLa réception du signalL'analyse du signalLes sources astronomiquesExemple pratique d'application
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Les débuts en France.Butin de guerre
Il y eut tout d'abord les essais de M. Laffineur à l'OHP, avec un instrument méridien dansles années 1950-55
Puis la création de Nançay,avec la récupération deradars militaires.
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Le centre de Nançay De drôles d'engins…
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De curieux alignements,Il doit y avoir de la vie intelligente…
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De curieuses constructions dignes d'Eiffel…
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Les miroirs en radioastronomie
Un grillage fin réfléchit les ondes radio décimétriques
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Un alignement plan parfait à /10
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Le grand radio télescope, un Schmidt méridien
Miroir de 220 m X 40 m
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Un miroir vraiment sphérique
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Bonne résolution ?
rd = 1,22 /D' =4200 /D (en minute d'arc)D= "diamètre équivalent" du télescope en
mètre = longueur d'onde en mètre
Par exemple à la longueur d'onde de 21 cm la résolutionpour le grand radio télescope de Nançay est de 22' x 4'Pour l'interféromètre de 1000 m la résolution est < 1'
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Enregistrement du signal
Un chariot mobile au foyerUn cornet (ou deux),avec guide d'onde,
qui ne voit presque que le miroirUne antenne dipôle au fond du guideUn préamplificateur refroidiUn mélangeur de fréquenceUn bon analyseur du signal
Parlons analyse du signal…
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Une onde lumineuse est caractérisée par un phénomène périodique, E(t), fonction du temps t
E(t)= A sin( t + )
Les caractéristiques d'une onde
E= 2 / T = 2 =c /
= longueur d'onde = fréquence
En radio les fréquences sont basses, par rapport à l’optique. Nous pourrons "manipuler" ces ondes
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Effet d'une onde sur un conducteur….
Par exemple, un miroir plan
ou sur un fil (antenne), c'est la même chose… Les électrons font desva-et-vient. On enregistre un signal qui varie rapidement avec le temps.S'il y a un grand nombre d'ondes mélangées, chacune avec une fréquencedifférente, le signal semblera erratique.
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Parlons analyse du signal S(t)
La transformation de Fourier en équation
dttitSF )2exp()()(
On passe du signal temporel au spectre en fréquence !
Compréhension avec les mains....
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Combinons des sinusoïdesd'abord
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97
3 fonctions sinusoïdales E(t) de fréquences différentes
Une fois ajoutée le signalsemble erratique…
-6
-4
-2
0
2
4
6
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97
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Comment retrouver les sinusoïdes
Je choisis une fréquence quelconque entre moins l'infini et plusl'infini) et je construis, pour cette fréquence, une sinusoïde test T=sin(2 t) que je multiplie par le signal S(t) à chaque temps t.J'obtiens : TxS pour chaque temps t. Je somme tous ces produits pour tous les temps t et j'obtiens une valeur F() pour cette fréquence.
Je répète l'opération pour toutes les fréquences. J'obtiens tousles F(). Est-ce le spectre cherché ?Quand j'utiliserai une fréquence contenue dans le signal, aurais-jeun produit TxS maximum ?
Non car T est peut-être décalée d'une quantité arbitraire.Comment faire ?
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Comment retrouver les sinusoïdes
Je peux prendre pour T une série de sinusoïdes :T=sin(2 t + d), d variant de 0 à Tet de tous les produits TxS à chaque temps, je ne garde que celui qui est le plus grand. Les F() représentent le spectre cherché, qui aura des valeurs fortes pour une valeur si cette fréquence était dans le signal.
En fait, on peut procéder autrement. On calcule T comme dansla diapo précédente avec une fonction sinus (disons Ts). On refait de même avec une fonction cosinus, disons Tc, et on combine les sommes sous la forme (Tc - i Ts) x S=S exp(-2it)
On réalise bien la même chose que l'intégrale
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Le résultat….
spectre
-1000
-500
0
500
1000
1500
2000
1 2 3 4 5 6 7
frequence
intensite
Série1
Série2
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Parlons pointage immobile
Comment les antennes immobiles pointent-elles une direction donnée.
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Manipulons les retards
Considérons deux antennes seulement. Pour former une image il faut combiner les signaux des deux récepteurs.
Si on combine les signaux qui arrivent au même moment, la source sera située sur le plan médiateur des deux récepteurs.
Si on combine les signaux décalés dans le temps l'un par rapport à l'autre, l'image sera celle d'une source venant sous un angle correspondant au décalage.
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Les sources radioastronomiques
Hydrogène neutre HI =21 cmNiveau hyperfin
MASER OH Laser en onde =10cm décimétrique (émission stimulée)
Effet synchrotron par des électrons relativistes
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Les précurseurs… et les suivants
Les pionniers qui poussaientle chariot à la main et étalaientdu grillage devant le cornet.
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Un article mémorable
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Tully, avant…, Après
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Plusieurs remarques à faire
Graduations en xVitesses optiques/radioHI_Local
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Vitesse de rotation d’une galaxie
V
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Attention… Vitesse radiale !
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Relation de Tully-Fisher
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