Assessing time scales of atmospheric turbulence at observatory sites

par Aglaé Kellerer

Thèse de doctorat en Astrophysique et méthodes associées

Sous la direction de Vincent Coudé du Foresto.

Soutenue en 2007

à Paris 7 .

  • Titre traduit

    L' évaluation des échelles de temps de turbulence atmosphérique aux emplacements d'observatoire


  • Résumé

    La vie sur Terre est rendue possible grâce au rideau protecteur que constitue l'atmosphère avec sa masse équivalente à dix mètres d'eau, l'atmosphère est une condition préalable à l'apparition de la vie. Mais ce rideau rend la vie difficile aux astronomes qui préféreraient avoir une vue directe sur l'Univers. Il est donc indispensable de caractériser et de spécifier les conditions atmosphériques qui permettent la meilleure utilisation des systèmes d'optiques adaptatives et des interféromètres - les interféromètres, dont le potentiel est ici illustré à travers les observations d'un système de trois étoiles, δ Velorum. Le temps de cohérence de la turbulence est un paramètre essentiel qui détermine la sensibilité des interféromètres et la performance des systèmes d'optiques adaptatives. Il existe plusieurs instruments qui mesurent le temps de cohérence ou des paramètres reliés, mais tous ces instruments ont des limitations intrinsèques: ou bien ils nécessitent de grands télescopes, ou bien l'analyse des données est complexe, ou encore la méthode n'est sensible qu'à une partie de la turbulence. C'est pourquoi les campagnes de tests de sites et de monitoring reposent principalement sur la mesure du seeing, avec des instruments comme le Differential Image Motion Monitor, DIMM. Pour palier à ce manque, nous avons proposé un instrument pour mesurer le temps de cohérence: le Fast Defocus Monitor, FADE. La méthode consiste à transformer l'image d'une étoile, à travers un petit télescope de 0. 35 m de diamètre, en un anneau fin. La turbulence cause alors des variations temporelles du rayon de l'anneau, dont la vitesse et l'amplitude sont reliées au temps de cohérence et au seeing. Cette méthode est présentée ici avec les résultats de premières observations.


  • Résumé

    The research brought together in this thesis is concerned with the distortion of astronomical observations due to atmospheric fluctuations. These fluctuations are especially critical for the technique of interferometry whose potential is here exemplified by the study of δ Velorum. The focus of the research is, accordingly, on improved methods to assess the changing viewing conditions at existing observatories, as well as to determine the suitability of potential observatory sites. Site-testing and site-monitoring missions are usually directed at the assessment of the Fried parameter with instruments such as the Differential Image Motion Monitor, DIMM. An estimation of the coherence time requires then, in addition, wind-speed measurements by weather stations. A more refined evaluation is obtained with instruments such as the Multi Aperture Scintillation Sensor, MASS, that measure the altitude profiles of the index structure constant, C 2 n, and the wind speed with a resolution of about 500 m, and infer the coherence time from the integrated turbulence profiles. The main error in the estimated coherence time results from the turbulence below 500 m altitude not being accounted for. To avoid these complexities, we suggest the direct measurement of a quantity proportional to the coherence time. The variance of the defocus velocity is a suitable option, because it can be evaluated through fast and continuous sampling of the atmospheric defocus coefficient. The concept of a Fast Defocus Monitor, FADE, an instrument using a small telescope, some simple optics and a fast camera is described, and first measurements are presented. The final aim is to use FADE for site monitoring and site testing campaigns. A particularly challenging and interesting project will be to monitor the coherence time at Dome C.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (115 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 72 réf.

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  • Cote : TS (2007) 085
  • Bibliothèque : Observatoire de Paris (Section de Meudon). Bibliothèque.
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  • Cote : (043) KEL

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