« Facebook friends » avec les étoiles William TOBIN

1. « Facebook friends » avec les étoiles William TOBIN exUniversity of Canterbury, Nouvelle-Zélande

3. Christchurch Mt John

5. AMA09 – Cérémonies d’ouverture (UNESCO, Paris, janvier) 1609 – Galilée tourne sa lunette vers le ciel – Kepler publie 2 de ses 3 lois sur le mouvement planétaire Vidéos (en anglais) : http://ama09.obspm.fr/open.php

7. Mais de nombreux délégués ont exprimé un troisième voeu : ... que l’astronomie puisse être un vecteur de paix. ( 2009 – Année mondiale de la réconciliation )

8. L’astronomie est entrée dans l’ère moderne quand l’oeil a été remplacé par les plaques photographiques Foucault et Fizeau daguerréotype du soleil (1845)

9. 25 avril 1862 Le plus grand télescope construit par Foucault (miroir en verre argenté de 80 cm de diamètre, 1862) Image CCD moderne faite avec le Canada-France- Hawaii Telescope Dessin fait avec le télescope de Foucault, 1862

10. LHC – Large Hadron Collider (CERN, Genève) Détecteur ATLAS 7.000 tonnes !

12. CoRoT-Exo-7b Une orbite ~ 20 h 4 sur 10.000 !

13. Le télescope forme une image de l’étoile sur le plan focal (pas de résolution dans les images des étoiles) • Les capteurs qui enregistrent • l’image sont quatre CCDs • (Charge-Coupled Devices)

14. appareils numériques télescopes CCDs webcams portables capteurs CMOS

15. Un peu de physique (1) La dualité onde-particule pour la lumière vitesse de la lumière constante de Planck h c λ Energie d’un photon = ----- longeur d’onde de la lumière Énergie ( bleu ) > Énergie ( rouge) > Énergie ( infra-rouge ) λ = 400 nm 700 nm 1100 nm / 1.1 μm

16. Un peu de physique (2) Dans un atome, les électrons ne peuvent avoir que les énergies particulières permises par la mécanique quantique. par ex. hydrogène énergie 1 électron Volt ( 1 eV ) ≡ 1,6 x 10⁻¹⁹ J

18. Un peu de physique (2bis) Dans les solides, les niveaux d’énergie deviennent des bandes. Si les électrons sont dans la bande de valence, ils restent attachés à l’atome mère. S’ils arrivent dans la bande de conduction, ils sont libres de se déplacer, et peuvent former un courant éléctrique.

19. Un peu de physique (2ter) Un semi-conducteur pur : le silicium électrons Le courant est porté par les électrons et les trous trous Un semi-conducteur dopé N.B. 1.09 eV ↝ 1.1 μm porteurs de charge majoritaires : électronstrous porteurs de charge minoritaires : trous électrons

20. Principe de détection de la lumière par un CCD + Fabrication : ~ n M metalO oxideS semiconductor − photon 1 photon  1 électron + 1 trou

21. − + − + − Déplacement de la charge accumulée + + − + + + − + + + − + − − + Le premier CCD, 1969 (conçu comme mémoire d’ordinateur !)

22. Structure à 2 dimensions

23. Structure à 2 dimensions

24. George SMITH Willard BOYLE 1969 Bell Laboratories, Murray Hill, NJ (c. 1975)

25. Structure à 2 dimensions Convertisseur analogue-à-digital Ordinateur

26. Linéarité et Efficacité quantique Les deux propriétés qui font des CCDs des détecteurs si redoutables ( 1988 ) 1.1 μm ↝ 1.09 eV Nombre d’électrons Nombre de photons E.Q. = ----------------------- 1 photon  1 électron + 1 trou C.f. Plaque photographique : E.Q. = 1 - 2 % !

27. Les plus grands télescopes du monde seulement 2 construits dans les années 80

28. Mt John University Observatory : systèmes CCD pixels coût de la E.Q. amélio- puce max ration 1988 384 x 576 US$ 5,000 40 % [ 1 ] 1996 1024 x 1024 US$ 10,000 73 % 9x 2005 4096 x 4096 US$ 50,000 90 % 170x

29. Obturation Sans éléments mobiles En astronomie, généralement un obturateur mécanique perte de 50 % de l’efficacité quantique !

30. Télécommande Limite de vision de l’oeil

31. Avec filtre infra-rouge Sans filtre infra-rouge

32. Les couleurs Pour les usages quotidiens On intègre des filtres R G B sur la puce + un filtre infra-rouge externe pour limiter les ailes de transmission rouges (particulièrement pour R) mosaïque de Bayer

33. Les couleurs Pour l’astronomie Des filtres externes, l’un après l’autre, si nécessaire  bleu + vert + rouge couleur !

34. Un luxe de détails pratiques Un semi-conducteur pur électrons trous Les électrons venant de l’agitation thermique et ceux libérés par des photons sont tous deux capturés par le CCD  pour de longues poses, il faut refroidir le CCD

35. CCD azote liquide ( 77K ) ( CoRoT −40 degC )

36. Peu de sensitivité dans le bleu... ... le silicium est absorbant  couvrir le CCD avec du phosphore ... ou l’amincir

37. Le ciel est grand (42.000 deg²) donc il faut de grands détecteurs... ... mais les grandes puces sont difficile à fabriquer sans défauts, et elles ne peuvent pas être plus grandes que les tiges de silicium utilisées pour la fabrication des circuits intégrés intégrés Les CCDs de 6 cm x 6 cm coûtent 50.000 US$ car peu sont fabriqués sans défauts, et par la suite beaucoup sont cassés pendant l’amincissement

38. Solution : faire des mosaïques Canada-France- Hawaii Telescope Et il faut beaucoup de capacité informatique pour stocker et traiter les enregistrements

39. Les détecteurs CMOS La même physique de détection de la lumière, et : - les pixels peuvent être lus individuellement - une fabrication par les procédés CMOS - ils utilisent beaucoup moins de puissance électrique mais : - une moindre efficacité quantique - plus de « bruit » donc les CCDs vont perdurer en astronomie

40. Images saturées CMOS CCD

41. 1975 – Uranus, la première image CCD astronomique 2004 – M17 (Very Large Telescope, Chili)

42. ( 3b ) CoRoT-Exo-4b

43. FIN