A l'instar des paramètres
météo qui décrivent l'état de
l'atmosphère à un moment donné
(température, pression, humidité...), la turbulence
optique est elle aussi caractérisée par un ensemble de
paramètres. Le seeing, le temps de cohérence, l'angle
d'isoplanétisme, l'échelle externe, etc...
Le seeing est décrit dans la page qui présente le DIMM,
il mesure la résolution des images en présence de
turbulence.
L'angle d'isoplanétisme représente un angle sur le ciel ;
si deux étoiles sont séparées d'un angle
inférieur à l'angle d'isoplanétisme, leurs images
seront déformées de la même manière par la
turbulence. Cet angle est généralement de quelques
secondes d'arc.
L'échelle externe est une distance mesurée sur le front
d'onde de la lumière provenant d'une étoile. C'est la
distance à partir de laquelle les fluctuations de phase prises
entre deux points du front d'onde se décorrèlent. Un
paramètre qui intervient dans le calcul des systèmes
d'optique adaptative (correction en temps réel des
déformations de l'image) pour des télescopes de
diamètre de 10 mètres ou plus. La valeur de
l'échelle externe est typiquement de quelques dizaines de
mètres.
Le temps de cohérence est comme son nom l'indique le temps
caractéristique d'évolution des images en présence
de turbulence. Il est généralement de l'ordre de quelques
millisecondes.
Disposer d'un instrument compact et transportable pour mesurer
l'ensemble de ces paramètres (et pas seulement le seeing comme
le fait le DIMM) : c'est l'objectif du programme GSM (Generalized Seeing Monitor). Mis au point au début des
années 1990 par une équipe de notre labratoire (Martin et
al., 1994, A&A Suppl., 108, 173), GSM était constitué
de 4 petits télescopes de 10 cm de diamètre, deux d'entre
eux étant solidarisés sur une même monture.
L'analyse croisée des mouvements des images au foyer des 4
télescopes permettait de remonter, via l'ajustement d'un
modèle théorique, aux quatre paramètres
décrits ci-dessus (Ziad et al., 2000, Appl. Optics 39, 5415).
Le GSM Antarctique reprend le même principe de mesure avec une
configuration un peu différente. Les 4 télescopes de 10
cm ont été remplacés par deux télescopes de
28 cm de diamètre munis de masques à deux trous : ce sont
en fait deux DIMM, distants de 1 mètre. Ils sont situés
au niveau du sol à quelques mètres des plate-formes de
Concordiastro. Au foyer de chaque télescope, une caméra
enregistre les mouvements des deux images produites par chacune des
deux ouvertures du masque à deux trous. Les images provenant de
chaque caméra sont datées à la milliseconde.
Là encore, l'analyse croisée des 4 images stellaires (6
corrélations correspondant aux 6 paires d'ouvertures) permet de
remonter aux paramètres de la turbulence.
Les deux télescopes de GSM ont été
installés pour le premier hivernage, mais d'importantes
vibrations dûes au vent et à l'entrainement
équatorial de la monture ont rendu impossible son exploitation.
L'instrument a été rigidifié pendant la campagne
d'été qui a suivi, des paravents ont été
construits (voir la rubrique "Journal", mois de Décembre 2005 et
Janvier 2006) et GSM a commencé à donner des
résultats dès le début du second hivernage avec
notamment les toutes premières mesures d'échelle externe
jamais réalisées ici.
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As the meteo parameters characterize the
state of the atmosphere at a given moment (pressure, humidity,
temperature...), the optical turbulence is described by a number of
parameters: seeing, coherence time, outer scale, isoplanatic angle...
The seeing is described in the page talking about the DIMM. It measures
image resolution in presence of turbulence.
The isoplanatic angle is an angle on the sky; if two stars are
separated by a distance lower than the isoplanatic angle, their images
are blurred the same way by the turbulence. This angle is generally of
a few arcseconds.
The outer scale is a distance on the wavefront of the light coming from
a star. It is the distance at which phase fluctuations between two
points become uncorrelated. This parameter is used to optimize the
performances of adaptive optics systems (real-time correction of image
deformations) for large telescopes (diameter gretar that 10 meters).
Typical values for the outer scale is some tens of meters.
The coherence time is the characteristic time of evolution of images in
presence of turbulence. Its values are usually a few milliseconds.
To have a compact and transportable instrument to monitor these four
parameters (and not only the seeing as do the DIMM) was the aim of the
GSM (Generalized Seeing Monitor). Designed and built in the middle of
the 90's by a team from our laboratory (Martin et al., 1994, A&A Suppl., 108,
173), GSM was composed of 4 small telescopes (10 cm diameter). Two of
them being on the same mount. Combined analysis of the position
fluctuations of the images at the focus of the 4 telescopes allowed to
derive the above parameters via a model fitting (Ziad et al., 2000, Appl. Optics 39, 5415).
The principle of the Antarctic GSM is the same, though the instrumental
configuration is somewhat different. The 4 10 cm diameter telescopes
are replaced by two 11" (28 cm) diameter ones, equipped with a 2 holes
mask. They are in fact 2 DIMM, distant one meter along the N-S line.
They are located at ground level, a few meters away from the
Concordiastro platforms. A the focus of each telescope, a camera
records the position of the two images of the star. The two cameras are
syncronized to the millisecond. Here again, analysis of the position
fluctuations of the 4 stellar images (6 cross-correlations
corresponding to the 6 aperture pairs) allows to derive the turbulence
parameters.
The two GSM telescopes were installed for the first winterover.
Unfortunately, strong vibrations due to the wind and the equatorial
tracking spoiled the data and made GSM unexploitable. The instrument
was improved during the follwong summer campaign and wind screens were
built (see the "Diaries" section, December 2005 and January 2006). GSM
started to give results at the beginning of the second winterover, in
particular with the first measurements of the outer scale at Dome C.
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