Magazine Observatoire de Paris n°5 jun/jui/aoû 2006
Magazine Observatoire de Paris n°5 jun/jui/aoû 2006
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°5 de jun/jui/aoû 2006

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Observatoire de Paris

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 24

  • Taille du fichier PDF : 2,2 Mo

  • Dans ce numéro : Corot à quatre mois du lancement.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

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UN MILLION DE DÉBRIS Le télescope spatial infrarouge Spitzer a révélé l’accumulation de fragments sur le trajet de la comète. A MILLION DEBRIS FRAGMENTS The infrared space telescope Spitzer revealed the accumulation of fragments along the comet’s path. NASA Contacts : François COLAS Chercheur CNRS IMCCE +33 (0)1 40 51 22 66 François.Colas@obspm.fr Jean LECACHEUX Astronome LESIA + 33 (0)1 45 07 74 02 jlx@imcce.fr LE CŒUR BRISÉ DE LA COMÈTE SCHWASSMANN-WACHMANN 3 THE BROKEN HEART OF THE SCHWASSMANN-WACHMANN 3 COMET 10 - MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°5/ACTUALITÉ DES LABORATOIRES Durant tout le mois de mai, des astronomes de l’Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Éphémérides - IMCCE ont traqué le petit astre qui se désintégrait sous leurs yeux. All through the month of May, astronomers at the Institute for Celestial Mechanics and Computation of Ephemerides (IMCCE) watched the small comet as it disintegrated before their eyes. « Le spectacle de l’année » : François Colas n’en revient pas. Non seulement, « la belle comète 73 P/Schwassmann- Wachmann3 a brillé de mille feux », non seulement « elle s’est approchée de la Terre à 10 millions de kilomètres, 25 fois la distance de la Lune, le 14 mai dernier », mais encore, le petit astre primitif, relique de la formation du Système solaire il y a 4,5 milliards d’années, s’est « désagrégé en direct ». Et l’astronome de l’IMCCE ne s’est pas privé de scruter le phénomène en collaboration avec son collègue Jean Lecacheux du Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique - LESIA. Tous deux l’ont suivi pendant un mois et demi avec le télescope d’un mètre de diamètre du Pic-du-Midi, par 2 877 mètres d’altitude, dans les Hautes-Pyrénées. Ils en ont ramené une série d’images qui montrent l’évolution de la fragmentation de jour en jour. Les clichés révèlent des détails inédits, de l’ordre du kilomètre, dans l’atmosphère gazeuse et temporaire de la vagabonde céleste - sa « chevelure » caractéristique (coma en latin) – ainsi que les jets associés. En parallèle, Patrick Rocher, de l’IMCCE, a publié des éphémérides actualisées. Tandis que Nicolas Biver, du LESIA, s’est lancé dans des observations complémentaires à grandes longueurs d’ondes avec l’antenne de 30 mètres de l’Institut de radio astronomie millimétrique - IRAM sur le Pico Veleta, en Espagne. Au total, la moisson de données collectées renseigne sur la nature et la structure de la grosse "boule de neige sale" cosmique, faite de glace et de poussières mêlées, fragmentée en une cinquantaine de morceaux de plus de 50 mètres de diamètre. Un vaste effort international La comète SW 3 est passée au plus près du Soleil le 25 mai. « Ses noyaux successifs ont défilé à la queue leu leu dans les constellations d’Hercule, la Lyre, le Cygne, puis Pégase », relate François Colas. Les amateurs l’ont contemplée avec de simples paires de jumelles et tous les observatoires professionnels du monde se sont mobilisés. Le Very Large Telescope européen du Chili, le télescope Hubble de la NASA ainsi que son cadet Spitzer dédié à l’Univers infrarouge et froid ont transmis des images. La photo délivrée par ce dernier est d’ailleurs analysée par Jérémie Vaubaillon à l’IMCCE : plus d’un million de débris, gros comme des galets ou des rochers, accompagnent la comète sur sa trajectoire. L’essaim pourrait provoquer une pluie de météorites sur Terre… en 2022 ! SW 3 doit son nom aux allemands Arnold Schwassmannet Arno Wachmannqui l’ont découverte en mai 1930. Elle rend visite au Soleil tous les 5,5 ans. Ironie : les Européens avaient envisagé l’adopter comme cible de la mission d’exploration spatiale Rosetta. Puis, ils l’ont retirée de la liste des destinations en raison de sa… forte activité. Judicieuse intuition. « It was the most spectacular show of the year ». François Colas can’t get over it. Not only did « the beautiful 73 P/Schwassmann- Wachmann3 comet » shine « brilliantly », not only did it « come within 10 million kilometers of the Earth, 25 times the distance to the Moon, on 14 May », but the small primitive celestial body, a relic from the formation of the Solar system 4.5 billion years ago, also « disintegrated live ». The IMCCE astronomer observed the phenomenon together with his colleague Jean Lecacheux, from the Laboratory for Space Studies and Astrophysics Instrumentation (LESIA). For one-and-a-half month they watched the comet with the one-meter telescope at Pic-du-Midi, in the Hautes-Pyrénées, at an altitude of 2,877 meters. They brought back a series of pictures showing the disintegration day-by-day. The photographs revealed some totally new details, on the order of one kilometer, in the gaseous and ephemeral atmosphere of the celestial vagrant : its characteristic « tail » (coma, in Latin), as wellas the associated jets. For his part, Patrick Rocher, from IMCCE, published anupdated ephemerides, while Nicolas Biver, from LESIA, performedsome additional large-wavelength observations with the 30-meter antenna of the Millimetric Radio Astronomy Institute (IRAM), at Pico Veleta, in Spain.The data collected provides a wealth of information on the nature and structure of the big « dirty snowball », madeup of ice and cosmic dust, which brokeup into some fifty pieces of more than 50 meters in diameter. A vast international effort The SW 3 comet passed closest to the Sun on 25 May. « Its successive nucleitravelled through the constellations Hercules, Lyre, Cygnus, and finally Pegasus », explains François Colas. Amateur astronomers could watch the comet through ordinary binoculars, and every professional observatory in the world followed the phenomenon. The European Very Large Telescope in Chile, NASA’s Hubble telescope, and its infrared junior brother Spitzer transmitted images of the comet. The photograph from Spitzer is being analyzed by Jéremie Vaubaillon at IMCCE. More than a million debris fragments, the size of a pebble or a rock, follow the comet in its wake. The swarmof debris could cause a meteorite shower on the Earth…in 2022 ! SW 3 was namedafter the German astronomers Arnold Schwassmannand Arno Wachmann, who discovered it in May 1930. The comet pays a visit to the Sun every 5.5 years. Ironically, Europeans had contemplated making SW 3 the target of the Rosetta space exploration mission, but later abandoned it as a possible destination due to its strong activity. Good intuition. PIC-DU-MIDI : LE FILM Cette série de cinq images prises les 11, 14, 17, 20 et 23 mai par F. Colas et J. Lecacheux montre bien l’évolution du fragment B de l’astre : il se subdivise lui-même en mini-comètes. PIC-DU-MIDI : THE MOVIE This series of five pictures taken on May 11, 14, 17, 20 and 23 by F. Colas and J. Lecacheux shows the evolution of the comet’s fragment B, which disintegrates into several mini-comets. IMCCE/LESIA, Observatoire de Paris
Concevoir de nouvelles horloges atomiques, précises au milliardième de milliardième près, tel est le défi relevé par les chercheurs du laboratoire Systèmes de Référence Temps-Espace - SYRTE. Designing new atomic clocks, accurate to one billionth of a billionth, such is the challenge takenup by researchers at the Time-Space Reference Systems Laboratory (SYRTE). La mesure et la définition de l’écoulement du temps reposent aujourd’hui sur des fréquences ultra-stables obtenues grâce à l’utilisation d’atomes. C’est, en effet, au XX e siècle que s’est amorcée, dans la métrologie du temps, une révolution majeure par l’atome. Depuis, l’infime grain de matière régi par les lois de la mécanique quantique sert de référence absolue. Les signaux micro-ondes qu’il émet correspondent à des vibrations oscillant jusqu’à 10 milliards de fois par seconde. Si bien qu’aujourd’hui l’horloge-fontaine à atomes froids de césium et de rubidium basée à l’Observatoire de Paris est la plus exacte du monde. Sa qualité en ce domaine avoisine le dix-millionième de milliardième (10 -16). Mais ces chiffres vertigineux restent encore, pour une part, insuffisants. Les chercheurs du SYRTE, eux, ambitionnent de gagner un facteur 50 000 de plus sur la fréquence et 100 en précision. Voilà pourquoi ils ne s’intéressent plus aux ondes radio associées mais à la… lumière visible qui oscille bien plus vite. Avantage : en principe, ces nouvelles horloges – atomiques et optiques – dériveraient de moins d’un milliardième de milliardième, 10 -18 ! Atomes froids et lumière Au SYRTE, Pierre Lemonde et son équipe de cinq personnes viennent de franchir un pas décisif et de démontrer – par l’expérience – la viabilité du concept. « La réalisation préliminaire d’horloge de tests à piège optique ouvre une voie prometteuse », estime le responsable. Le dispositif utilise douze faisceaux lasers. Un four produit les atomes-étalons de strontium 87 Sr. Puis, ils sont refroidis à quelques millionièmes de degré au-dessus du zéro absolu. Les lumières cohérentes sont, ensuite, finement ajustées afin de manipuler, à volonté, le précieux nuage d’atomes. Au final, il est immobilisé par le rayonnement de deux lasers en interférence. Près de 100 000 atomes se répartissent alors dans le champ de force électromagnétique périodique créé. Ils s’y stabilisent comme s’ils tombaient aux creux des 1000 fines rigoles, stries ou franges, larges de 406,5 nanomètres, qui composent une sorte de tôle ondulée. Le mouvement des grains de matière s’annule. Et c’est tout l’effet recherché. Intensité de la lumière de confinement : 4 milliards de watts/m 2. Or ce système de « réseau optique » s’avère peu perturber le comportement individuel des atomes. En choisissant soigneusement le laser rouge projeté pour sonder leurs résonances, le résultat se révèle presque le même que s’ils étaient libres ou isolés. « Les interactions à deux photons gênent peu », conclut Pierre Lemonde. Il ne reste, donc, qu’à suivre l’horloge avec assiduité. Sa fréquence naturelle est de 429 228 004 229 879 hertz. Et les fractions de seconde peuvent s’égrener. MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°5/ACTUALITÉ DES LABORATOIRES - 11 HORLOGES OPTIQUES : LA PRÉCISION ULTIME DE LA LUMIÈRE OPTICAL CLOCKS : LIGHT’S ULTIMATE ACCURACY The measuring and definition of time are based today on ultra stable frequencies obtained thanks to the use of atoms. It was in the 20 th century that, by resorting to the atom, a major revolution in the metrology of time began. This infinitesimally small particle of matter governed by the laws of quantum mechanics has since become the absolute reference. The micro-wave signals it emits correspond to vibrations of a frequency ofup to 10 billion times per second. Today, the cesium-and-rubidium cold atom clock at the Observatoire de Paris is the most accurate in the world, with a precision approaching one ten-millionth of a billionth (10 -16). But these breathtaking figures are still not good enough. SYRTE researchers'objective is to gain a factor of 50,000 and improve the accuracy by 100. This is why they have abandoned radio waves in favour of…visible light, which vibrates much faster. In principle, these newatomic and opticalclocks would be accurate to within less than one billionth of a billionth, 10 -18 ! Cold atoms and light At SYRTE, Pierre Lemonde and his five-person team have just taken a crucial step by showingwith an experimentthe feasibility of the concept. « The preliminary construction of an optical trap test clock opensup some promising possibilities », says P.Lemonde. The device employs twelve laser beams. An oven produces the strontium 87 standard atoms, which are then cooled to a temperature of a few millionths of a Celsius degree above absolute zero. Next, the coherent light is finely tuned, so that the precious atom cloud may be manipulated at will. Finally, the cloud is immobilized by the radiation from two interfering lasers. Some 100,000 atoms then spread out in the periodic electromagnetic force field so created.They are trapped and stabilize, as if they had fallen into 1,000 fine grooves or lines, 406.5 nanometers wide, forming a kind of corrugated sheet. The motion of the atoms ceases, which is the desired effect.The intensity of the trapping light reaches 4 billion watts/square meter. The behaviour of the individual atoms is little affected by this « optical network ». By carefully choosing the red laser beam used to probe their resonance, the result is almost the same as if the atoms were free or isolated. « Two-photon interactions is no real problem », concludes Pierre Lemonde. So the clock doesn't need much monitoring. Its natural frequency is 429,228,004,229,879 hertz. And the fractions of second may continue to tick away. TÔLE ONDULÉE OPTIQUE Les atomes se répartissent dans les fines rigoles (franges d’interférence) du potentiel électromagnétique. AN OPTICAL CORRUGATED SHEET Atoms lineup along electromagnetic potential fine grooves (interference fringes). SYRTE, Observatoire de Paris À lire/Further reading : "Hyperpolarisability effects in strontium optical lattice clock", Physical Review Letters, vol. 96, 103003 (2006). NUAGE D’ATOMES FROIDS Le nuage d’atomes froids de strontium est refroidi par une lumière laser bleue. COLD ATOM CLOUD The strontium cold atom cloud is cooled by a blue laser light. SYRTE, Observatoire de Paris Contact : Pierre LEMONDE Chercheur CNRS SYRTE +33 (0)1 40 51 22 24 Pierre.Lemonde@obspm.fr



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