Optique adaptative  : correction des effets de la turbulence atmosphérique sur les images astronomiques

Abstract

L'optique adaptative (OA), installée aujourd'hui sur tous les très grands télescopes astronomiques, permet de s'affranchir de la limitation en résolution angulaire imposée aux grands télescopes au sol par les perturbations de la turbulence atmosphérique. Cet article de revue présente l'état de l'art du domaine pour les applications astronomiques. Il donne les principes de l'OA et décrit ses composants principaux que sont les miroirs déformables, les analyseurs de surface d'onde et les algorithmes de commande. L'article présente aussi les principales réalisations récentes et les projets en cours. D'abord pour l'imagerie directe des planètes extrasolaires par OA extrême et coronographie, en prenant comme exemple l'instrument SPHERE. Ensuite pour résoudre par étoile guide laser la problématique de la couverture du ciel trop faible et étendre la correction de l'OA au-delà du domaine isoplanétique. Ainsi les systèmes d'OA tomographiques assistées par laser sont présentés avec à chaque fois des exemples de réalisation comme pour l'OA à tomographie laser, l'OA multiconjuguée et l'OA multi-objet. Enfin les défis des télescopes géants, dits extrêmes, sont abordés en fin d'article avec un focus particulier sur le projet européen de l'Extremely Large Telescope (ELT).

Correction de la dispersion atmosphérique dans l’imagerie par les grands télescopes et les interféromètres astronomiques

“…La première correction est relativement plus simple à mettre en oeuvre car il s'agit de corriger un effet dont les fluctuations rapides restent négligeables même à très haute résolution angulaire ; on peut donc se contenter de corriger son évolution lente, liée à la rotation de la Terre. À l'avenir, la dispersion atmosphérique ne sera plus, peut-on espérer, une difficulté à surmonter, mais paradoxalement un atout pour permettre à l'optique adaptative, à l'aide d'étoiles artificielles, formées par laser et réémettant à plusieurs longueurs d'onde, de corriger le tilt (alias l'agitation de l'image) dans l'observation d'objets faibles -voir le sous-paragraphe 4.3.1 de [16] dans ce numéro spécial.…”

“…La mesure sera d'autant plus précise que les fronts d'onde issus des télescopes individuels du réseau seront bien corrigés des aberrations. L'optique adaptative (voir [16] dans ce numéro spécial) permet d'aplanir et limiter les déformations des fronts d'onde causées par la turbulence, sans toutefois corriger le chromatisme.…”

Imaging exoplanets with coronagraphic instruments

“…A description of AO systems and of the AO performance is out of the scope of this review. We refer the reader to the book written by Roddier [103] or, more recently and more concisely the reviews Guyon (2018) [104] (in English), and Rousset & Fusco (2022) [105] (in French).…”

Optique adaptative et telescopes geants

“…Ainsi, depuis plus de trente ans, l'OA trouve dans l'astronomie depuis le sol aux longueurs d'onde visibles et infrarouges un domaine applicatif idéal, avec des retombées astronomiques et astrophysiques importantes, comme les mesures ultra-précises d'orbites d'étoiles proches pour étudier les caractéristiques physiques du trou noir central de notre Galaxie (prix Nobel de physique 2020 1 ) ou encore la détection directe et la caractérisation spectrale de planètes extrasolaires. 2 Une revue de l'Optique Adaptative pour l'Astronomie pourra être trouvée dans [4].…”

“…La prochaine décennie verra l'avènement des télescopes géants. Avec un diamètre pouvant aller jusqu'à 39 m pour le télescope européen (ELT), 4 ces télescopes [13,14], ayant une surface collectrice près de 13 fois supérieure 5 à la génération actuelle, vont révolutionner l'astronomie au sol. L'Europe a acquis ses galons en construisant les meilleurs télescopes optiques du moment : les quatre télescopes de huit mètres de diamètre du VLT installé dans le désert d'Atacama au Chili.…”