Astronomy and Astrophysics – Astronomy
Scientific paper
Dec 2000
adsabs.harvard.edu/cgi-bin/nph-data_query?bibcode=2000phdt.........4p&link_type=abstract
PhD Thesis, Observatoire de Besançon, pautet@obs-besancon.fr
Astronomy and Astrophysics
Astronomy
Scientific paper
Le travail effectué a eu pour but la mise en place d'un protocole d'observation et de traitement des images, ainsi que les outils appropriés, visant à l'étude d'une émission de la haute atmosphère terrestre dans le proche infrarouge. Il existe actuellement des télescopes comme le VLT (Very Large Telescope), installé au Chili, qui permettent d'observer des astres et des galaxies distants de plusieurs millions de parsecs. A cause de l'expansion de l'Univers, des objets situés aussi loin s'éloignent très rapidement de nous. Le spectre de leur émission qui nous parvient alors est décalé vers le rouge ou l'infrarouge, du fait de l'effet Doppler. Il faut donc observer ces objets dans des longueurs d'onde appropriées. Malheureusement, l'atmosphère terrestre qui nous sépare d'eux est aussi le siège de nombreuses émissions qui peuvent venir perturber les mesures. De toutes ces émissions, la principale est due au radical OH dont les raies de rotation-vibration couvrent tout le spectre entre 0,7 et 2,5 microns. Cette émission a lieu au niveau d'une couche assez fine de la haute atmosphère appelée mésopause et située à environ 85 kilomètres d'altitude. Le travail effectué a eu pour but de mettre en évidence les principales caractéristiques de cette émission qui n'est pas uniforme et constante dans le temps. Un programme d'observations dans le proche infrarouge a été élaboré. Plusieurs algorithmes de traitement d'image ont été développés. Un programme d'inversion de perspective a été mis au point pour une utilisation en temps réel sur le terrain. Les caractéristiques des images peuvent être ensuite analysées. La première partie du mémoire comporte une description des différentes émissions lumineuses que l'on peut observer la nuit lorsque l'on regarde la voûte céleste. Ces émissions peuvent avoir deux origines: astronomique ou atmosphérique. Le problème de l'absorption atmosphérique et plus précisément les conditions requises pour de bonnes observations dans le domaine du proche infrarouge ont aussi été étudiées. Ensuite, la construction d'une station mobile de prise de vues est détaillée. Celle-ci doit permettre d'observer l'émission et d'obtenir des résultats exploitables par la suite. Trois méthodes d'observation ont été décrites: visuelle, photographique et à l'aide d'un détecteur CCD. La troisième, qui a été retenue, a été vue plus en détail. Le matériel utilisé, de la caméra à la plate-forme de prise de vues en passant par les objectifs et les filtres optiques, est ensuite décrit. Lorsque le matériel a été choisi, un protocole d'observation a été défini et mis au point. Le choix du site d'observation a été crucial. Plusieurs lieux géographiques ont été retenus et sont présentés dans le mémoire. Le déroulement d'une séance de prise de vue a été décrit afin de faciliter un futur programme d'observation. Deux séquences types d'observations ont été plus particulièrement détaillées: -la réalisation de panoramas permettant une étude des structures que fait apparaître l'émission, -la réalisation de séquences vidéos afin d'étudier la dynamique du phénomène. Dans une quatrième partie, je décris les méthodes de traitement des images qui ont été développées. Tout d'abord, des prétraitements sont appliqués aux images pour corriger les défauts (champ plat, offset,?). Ensuite, une méthode de restitution géographique permet d'obtenir une image plus exploitable de la couche émissive ; elle n'est alors plus observée à partir d'une station au sol, mais en employant une caméra virtuelle située à la verticale du site d'observation. Différents problèmes liés à cette méthode ont aussi été traités: réfraction atmosphérique proche de l'horizon, passage d'une surface atmosphérique à la surface du pixel correspondant, et effet de Van Rhijn. Plusieurs traitements ont été appliqués aux images pour faciliter leur exploitation: filtrage pour supprimer les objets parasites tels que les étoiles, amélioration du contraste, mise en évidence des structures par plusieurs méthodes. Les résultats de l'étude de ces structures sont ensuite exposés. La dernière partie du travail porte sur l'étude dynamique de l'émission. Tout d'abord, nous avons vu la variation globale de celle-ci au cours de la nuit, puis la dynamique des structures elles-mêmes ainsi que l'influence de cette émission sur les observations astronomiques. Des observations en collaboration avec l'équipe du lidar-Rayleigh de l'Observatoire de Haute-Provence ont permis d'établir une corrélation entre les variations de la densité des composés atmosphériques et les variations de l'intensité de l'émission étudiée. D'autres observations simultanées ont été effectuées avec une équipe située au Pic du Midi afin de réaliser une triangulation visant à déterminer avec précision l'altitude de la couche émissive. Les directions à suivre afin de continuer cette étude ont finalement été données. Les objectifs d'un tel programme consistant à obtenir une meilleure connaissance de la structure de la haute atmosphère terrestre et une amélioration des corrections des observations astronomiques en temps réel.
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