Essais du Banc d'Optique Adaptative ONERA à l'Observatoire de Haute-Provence

P.-Y. Madec, D. Rabaud, B. Fleury, J.-M. Conan, L. Rousset-Rouvière, F. Mendez, J. Montri, V. Michau, G. Rousset, M. Séchaud

Office National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales, BP 72
92322 Chatillon cedex

E-mail: madec@onera.fr

L'Optique Adaptative au service de la Haute Résolution Angulaire

La résolution des instruments astronomiques est sévèrement limitée par l'effet de la turbulence atmosphérique (Roddier-81a). Pour s'en affranchir on peut traiter numériquement des images courte pose avec des techniques dites ``speckle'' (Labeyrie-70). On peut également utiliser l'optique adaptative, apparue plus récemment, et qui a l'avantage de fournir une correction temps réel de la turbulence. Un tel système est constitué d'un boucle d'asservissement incluant un analyseur de front d'onde mesurant les perturbations, un miroir déformable permettant la correction du faisceau optique perturbé et un calculateur temps réel capable de déduire les commandes du miroir à partir des données de l'analyseur (Rousset-90b).

Banc d'Optique Adaptative ONERA

La plupart des systèmes d'optique adaptative dédiés à l'astronomie sont dimensionnés pour donner une bonne correction dans le proche infrarouge (en bande K pour le système COME-ON (Rigaut-91) de l'ESO, par exemple). Les caractéristiques du système ONERA (bande passante, nombre de moteurs du miroir...) ont été choisies pour fournir des images à la limite de diffraction jusqu'aux longueurs d'onde visibles avec un télescope de classe 2 mètres et dans des conditions moyennes de turbulence (seeing 1 sec.d'arc).

La figure 1 (36 kbytes) montre une vue d'ensemble du banc optique développé à l'ONERA. Le foyer corrigé de l'optique adaptative peut être utilisé par divers instruments scientifiques. Dans notre cas nous avons utilisé une caméra faible bruit particulièrement adaptée pour l'acquisition d'images longue pose. Un coronographe équipé d'une caméra CP40 à comptage de photons a également été installé par l'équipe de A. Labeyrie.

Observations à l'OHP

Le système a été utilisé au foyer coudé du télescope de 1,52 m. Le programme d'observation a permis d'enregistrer des images d'objets variés dans différentes conditions de flux, de turbulence et à différentes longueurs d'onde. Les données d'analyse de front d'onde associées ont aussi été enregistrées afin d'estimer les conditions de turbulence et la qualité de correction. Des étoiles simples et multiples ont été observées afin de caractériser les performances du système d'optique adaptative, ainsi qu'un certain nombre d'objets d'intérêt astronomique, en collaboration avec des astronomes. L'équipe AIRI de l'Observatoire de Lyon a participé à une partie des essais pour étudier l'utilisation de l'imagerie speckle derrière l'optique adaptative. Des étoiles multiples ont été observées sur les indications de C. Perrier (Obs. de Grenoble). L'astéroïde Vesta a été observé plusieurs nuits en collaboration avec C. Dumas (Institute for Astronomy, HI, USA). Enfin, A.Labeyrie et son équipe ont testé une nouvelle technique de détection de compagnons faibles (technique dite du ``speckle noir'' (Labeyrie-95)) pendant la dernière nuit.

A titre illustratif, on montre dans la figure 2 (10 kbytes) l'image non corrigée et corrigée d'un même objet: ici une étoile triple dont les composantes sont séparées respectivement de 0.70 et 0.25 sec. d'arc . Le gain en résolution est très important. Notez qu'on devine sur l'image corrigée le premier anneau de diffraction, légèrement déformé par la présence d'aberrations fixes résiduelles.

Objectifs Scientifiques

Pour notre équipe, ces premiers essais sur télescope sont particulièrement fructueux. Il nous permettrons de caractériser de façon précise les performances du système aux longueurs d'onde visibles en terme de qualité de correction, de magnitude limite... Ces résultats peuvent ensuite être comparés à ceux prévus par simulation numérique en vue de recaler les algorithmes de simulation. Enfin, nous avons mis au point des traitements numériques permettant de déconvoluer les images corrigées (Conan-94) pour restituer les détails fin de l'objet observé. L'application de ces techniques aux images enregistrées pendant cette mission, permettra de les valider et de les améliorer. Les données nous serviront aussi à poursuivre nos études sur la turbulence atmosphérique: mesure du paramètre de Fried, de l'échelle externe, du temps d'évolution, de l'angle d'isoplanétisme.

Conclusion

Le système d'optique adaptative nous a permis d'atteindre la limite de diffraction du télescope de 1,52m dans le visible (lambda 0,7 micron). Le mode opératoire s'est avéré simple et efficace: il nous a permis d'observer de nombreux objets au cours de chaque nuit. Les données enregistrées sont actuellement en cours de dépouillement. Le système est maintenant utilisé en laboratoire afin d'y apporter quelques améliorations. Nous envisageons une nouvelle campagne d'observation en automne 1997 sur le même télescope.

Remerciements

Le Banc d'Optique Adaptative a été développé sur des contrats de la Direction des Recherches, Etudes et Techniques du Ministère de la Défense. Nous remercions particulièrement le personnel de l'OHP pour son accueil et son aide lors de l'installation du banc au foyer du télescope. Nous remercions aussi E.Thiébaut, C.Perrier, I.Tallon-Bosc, M.Tallon et C.Dumas pour leur collaboration.

Bibliographie

Conan (J.-M.). Etude de la Correction Partielle en Optique Adaptative. These de PhD, Universite de PARIS XI, octobre 1994.

Labeyrie (A.). Attainment of diffraction-limited resolution in large telescopes by fourier analysing speckle patterns. Astron. Astrophys., vol.6, 1970, pp. 85-87.

Labeyrie (A.). Images of exo-planets obtainable from dark speckles in adaptive telescopes. Astron. Astrophys., vol. 298, 1995, pp. 544-546.

Rigaut (F.), Rousset (G.), Kern (P.), Fontanella (J.-C.), Gaffard (J.-P.), Merkle (F.) et Lena (P.). Adaptive optics on a 3.6-m telescope: results and performance. Astron. Astrophys., vol.250, 1991, p. 280.

Roddier (F.). The effects of atmospherical turbulence in optical astronomy. Progress in Optics, ed. par Wolf (E.), pp. 281-376. Amsterdam, North Holland, 1981.

Rousset (G.), Fontanella (J.-C.), Kern (P.), Gigan (P.), Rigaut (F.), Lena (P.), Boyer (C.), Jagourel (P.), Gaffard (J.-P.) et Merkle (F.). First diffraction-limited astronomical images with adaptive optics. Astron. Astrophys.}, vol.230, 1990, pp. L29-L32.

Table de Matières