Télescopes et observatoires infrarouges

Les télescopes et observatoires infrarouges sont conçus pour observer le rayonnement thermique d'objets froids, poussiéreux et lointains, tout en supprimant la lueur infrarouge écrasante de l'atmosphère et de l'instrument lui-même.

Definition

Les télescopes et observatoires infrarouges sont des installations optimisées pour la gamme d'environ 1 à 300 microns grâce à des optiques froides, une conception à faible émissivité, une sélection rigoureuse du site ou un placement dans l'espace, et des techniques de soustraction du fond de ciel qui isolent les faibles signaux astronomiques du bruit thermique.

Scope

Ce sujet couvre les fenêtres atmosphériques et les fonds de ciel qui limitent l'observation infrarouge depuis le sol, les sites montagneux élevés et secs, les plateformes aéroportées et les ballons, les observatoires spatiaux infrarouges, le refroidissement cryogénique des optiques et des détecteurs, ainsi que les techniques d'observation telles que le chopping et le nodding qui soustraient le fond lumineux.

Core questions

• Pourquoi le ciel infrarouge est-il tellement plus lumineux que le ciel optique ?
• Comment l'absorption et l'émission atmosphériques sont-elles atténuées par le site, la plateforme ou le placement dans l'espace ?
• Pourquoi les télescopes et détecteurs infrarouges doivent-ils être refroidis ?
• Quelles techniques d'observation soustraient le fond thermique dominant ?

Key theories

Fond thermique et émissivité

Tout corps à température ambiante émet fortement dans l'infrarouge ; ainsi, l'atmosphère, le télescope et l'instrument rayonnent un fond important qui masque les sources astronomiques et impose des conceptions à faible émissivité et refroidies.

Fenêtres atmosphériques

La vapeur d'eau et d'autres molécules absorbent la plupart des longueurs d'onde infrarouges, ne laissant que des fenêtres discrètes accessibles depuis le sol, ce qui pousse les observateurs vers des sites secs de haute altitude ou au-dessus de l'atmosphère.

Chopping et nodding

En commutant rapidement le faisceau entre la source et le ciel adjacent à l'aide du miroir secondaire, puis en déplaçant le télescope, les observateurs effectuent des différences d'images pour annuler le fond thermique variant lentement.

Clinical relevance

L'observation infrarouge révèle les régions de formation stellaire cachées par la poussière, le système solaire externe froid, les naines brunes et les exoplanètes, ainsi que les galaxies à haut décalage vers le rouge dont la lumière a été étirée dans l'infrarouge, rendant ces installations essentielles dans l'astrophysique moderne.

History

Herschel a découvert le rayonnement infrarouge en 1800, mais l'astronomie infrarouge sensible a dû attendre les bolomètres et les détecteurs refroidis développés à partir des années 1960. Les relevés au sol ont cédé la place aux observatoires spatiaux tels qu'IRAS, ISO, Spitzer et le télescope spatial James Webb, aux côtés des plateformes aéroportées qui volent au-dessus de la majeure partie de la vapeur d'eau atmosphérique.

Key figures

• William Herschel
• Frank Low
• Gerry Neugebauer

Seminal works

• glass1999
• rieke2003

Frequently asked questions

Pourquoi les télescopes spatiaux comme le JWST sont-ils maintenus extrêmement froids ?

Un télescope chaud émet une forte lueur dans l'infrarouge et masquerait les faibles signaux cosmiques. En protégeant le télescope du Soleil et en le refroidissant à quelques dizaines de kelvins ou moins, sa propre émission thermique est réduite bien en dessous des signaux qu'il tente de détecter.

L'astronomie infrarouge peut-elle être pratiquée depuis le sol ?

Oui, mais seulement dans des fenêtres atmosphériques étroites et depuis des sites élevés et secs où la vapeur d'eau est faible. Même dans ce cas, le ciel chaud est lumineux, de sorte que les observateurs s'appuient sur le chopping et le nodding pour soustraire le fond, et le travail infrarouge le plus exigeant est effectué à partir de plateformes aéroportées ou spatiales.