Magazine Observatoire de Paris n°7 mar/avr/mai 2007
Magazine Observatoire de Paris n°7 mar/avr/mai 2007
  • Prix facial : gratuit

  • Parution : n°7 de mar/avr/mai 2007

  • Périodicité : trimestriel

  • Editeur : Observatoire de Paris

  • Format : (210 x 297) mm

  • Nombre de pages : 24

  • Taille du fichier PDF : 2,1 Mo

  • Dans ce numéro : retour sur Corot, l'aventure ne fait que commencer.

  • Prix de vente (PDF) : gratuit

Dans ce numéro...
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Cœur de l’HORLOGE HORACE comprenant un support, une cellule et une moitié de cavité résonnante. The heart of the HORACE CLOCK : support, celland resonant cavity. SYRTE - Observatoire de Paris Contact : Roland BARILLET Ingénieur de Recherche CNRS SYRTE + 33 (0)1 40 51 22 42 roland.barillet@obspm.fr PARCE QUE LES SATELLITES N’ONT PAS DE TEMPS À PERDRE ! 14 – MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°7/MARS 2007/RECHERCHE - SYRTE BECAUSE SATELLITES HAVE NO TIME TO WASTE ! La mesure du temps est l’une des plus fascinantes qui soit. Les meilleures horloges atomiques l’effectuent avec 15 voire 16 chiffres significatifs exacts. Mais ces appareils sont volumineux. Réduire leur taille tout en préservant au mieux leur performance, tel est l’objectif d’une équipe du département Systèmes de Référence Temps-Espace - SYRTE, spécialiste des horloges compactes. The measurement of time is a truly amazing feat. The best atomic clocks performit with an accuracy of 15, and even 16, exact significant figures, but those instruments are bulky. Reducing their size without affecting their performance is the goal of a team specializing in compact clocks at the Time-Space Reference Systems Department (SYRTE). Plusieurs centaines d’horloges atomiques réparties à travers le monde participent à l’élaboration du temps atomique international (TAI) et du temps universel coordonné (UTC) dont la réalisation locale UTC(OP) à l’Observatoire de Paris procure l’heure légale française. De leur exactitude découle une mesure particulièrement précise non seulement du temps mais aussi des longueurs, via la vitesse de la lumière. Cette qualité est liée à un postulat qu’aucune expérience n’a contredit jusqu’à présent : les propriétés des atomes sont invariantes dans l’espace et dans le temps - après correction des effets connus, en particulier relativistes. L’atome le plus couramment utilisé dans ce cadre est le césium : en effet la définition de la seconde est « la durée de 9.192.631.770 périodes de la radiation correspondant à la transition entre les deux niveaux hyperfins de l’état fondamental de l’atome de césium 133 ». Mais les meilleures horloges atomiques restent encombrantes alors que le développement des systèmes de navigation par satellite tels que Galileo accroît le besoin d’appareils performants et compacts. D’où l’intérêt des recherches menées par une équipe du SYRTE pour mettre au point deux types d’horloges compactes. Des horloges compactes, précises et stables L’une des voies explorées par les chercheurs pour réduire la taille des horloges tout en préservant leur performance est l’utilisation d’atomes refroidis par laser. Cette technique est utilisée dans HORACE, une petite horloge à atomes froids où toutes les opérations sont réalisées dans la cellulecœur afin de minimiser le volume utile. Cette HOrloge à Refroidissement d’Atomes en CEllule met en œuvre un refroidissement isotrope. La performance attendue est de l’ordre de 10 –14 en exactitude et de 10 –13 à 1s en stabilité de fréquence. La stabilité, indispensable pour la navigation par satellite, est aussi un point fort de l’horloge CPT, acronyme anglais de « piégeage cohérent de population ». La technique CPT est potentiellement plus compacte, mais moins exacte qu’HORACE. Dans sa version « pulsée », elle s’est avérée innovante et performante sans même avoir recours aux atomes refroidis et a donné lieu à un dépôt de brevet au nom du Centre national de la recherche scientifique - CNRS. Elle est utilisée à température ambiante avec une cellule à vapeur de césium contenant aussi un mélange de gaz tampons. En permettant la suppression des gaz tampons, la mise en œuvre du refroidissement laser devrait entraîner l’amélioration de la stabilité à long terme et de l’exactitude. (1) HOrloge à Refroidissement d’Atomes en CEllule. (2) National Centre for Scientific Research. Several hundred atomic clocks scattered throughout the world participate in the determination of International Atomic Time (TAI) and Coordinated Universal Time (UTC), whose local realization UTC(OP) at the Observatoire de Paris provides French legal time. From their accuracy, particularly precise measurements are derived, not only of time but also of lengths, through the speed of light. This quality is related to an axiom that no experiment has so far refuted : the properties of atoms are invariant in space and time—after corrections for certain known effects, in particular relativistic ones. The most commonly used atom is cesium, as in the definition of the second : « the time that elapses during 9,192,631,770 cycles of the radiation corresponding to the transition between the two hyperfine levels of the ground state of the cesium 133 atom. » But the best atomic clocks remain cumbersome, while the development of satellite navigation systems such as Galileo requires devices that are efficient and compact. Hence the interest in the research carried out by a SYRTE team to develop two types of compact clocks. Compact, accurate, and stable clocks One way to reduce the size of the clocks while maintaining their performance is to use laser-cooled atoms. It is the technique employed in HORACE 1, a small cold atoms clock where all operations take place in the core cell in order to minimize effective volume. This clock uses isotropic cooling, and its expected performance is in the order of 10 –14 in accuracy and 10 –13 at one second in frequency stability. Stability, essential in satellite navigation, is also a strong point of the CPT (Coherent Population Trapping) clock. The CPT technique is potentially more compact but less accurate than HORACE. Its « pulsed » version, which is innovative and efficient even without resorting to cooled atoms, has been patented by the CNRS 2. It is used at room temperature with a cesium vapour cell containing also a mixture of buffer gases. By avoiding the use of buffer gases, the implementation of the laser cooling technique should result in improved stability and accuracy over the long run. VUE EN COUPE d’une horloge CPT. SECTION VIEW of a CPT clock. SYRTE - Observatoire de Paris
COROT : L’AVENTURE NE FAIT QUE COMMENCER COROT : THE ADVENTURE HAS JUST BEGUN MAGAZINE DE L’OBSERVATOIRE N°7/MARS 2007/RECHERCHE - LESIA – 15 Lancé avec succès le 27 décembre dernier, le chasseur d’exoplanètes COROT 1 est entré progressivement en service. Et c’est le Laboratoire d’Études Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique - LESIA à l’Observatoire de Paris qui s’en est chargé, en étroite collaboration avec le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille - LAM et l’Institut d’astrophysique spatiale - IAS entre autres, sous la responsabilité du Centre National d’Études Spatiales - CNES. Les premiers résultats scientifiques sont attendus dans les mois qui viennent. Since its successful launch last December 27, the exoplanet hunter, COROT 1, has progressively come into service. And it’s the Laboratory for Space Studies and Astrophysics Instrumentation (LESIA) at the Observatoire de Paris who did it, working closely with the Marseille Laboratory of Astrophysics (LAM) and the Space Astrophysics Institute (IAS), under the responsibility of the National Center of Space Studies (CNES), with first scientific results expected in the coming months. Bien sûr, le lancement sans incident de COROT, le 27 décembre 2006, depuis le Kazakhstan, fut un événement important. Mais, pour Didier Tiphène, qui a coordonné pour le LESIA la réalisation de sous-ensembles instrumentaux sur ce satellite du CNES, la date à retenir était le 2 janvier. Ce jour-là, l’instrument COROT a été mis sous tension. Ce télescope spatial doit détecter la présence d’exoplanètes qui, en passant devant leur étoile, en réduiraient momentanément l’éclat. Il permettra également d’en savoir plus sur la structure interne des étoiles en étudiant les séismes dont elles sont la proie en surface. Allait-il fonctionner normalement ? Moment de vérité pour Didier Tiphène et le LESIA qui a conçu et réalisé l’instrument, avec le LAM, l’IAS et le CNES. « Je dois dire que j’étais ému, mon cœur a battu très fort ce jour-là », se souvient le scientifique. L’instrument s’est « éveillé » comme attendu à l’occasion de cette mise sous tension. « Dans les jours qui ont suivi, nous avons mené toutes les vérifications prévues sur les logiciels, sur l’électronique, nous nous sommes assurés que les paramètres étaient bons, par exemple les températures instrumentales et la valeur des courants électriques », raconte-t-il. Puis, le 17 janvier, est venu le moment d’ouvrir le « couvercle » qui obturait le télescope pour s’assurer que son optique donnait également satisfaction. Cette « première lumière » a donné lieu à un cliché qui, pour le néophyte, ne représente qu’un nuage de points lumineux, mais qui a soulevé l’enthousiasme de l’équipe. Il a en effet permis de juger des performances de l’instrument. Et elles sont excellentes : le télescope étant lui-même utilisé comme un « super-senseur stellaire 2 », la précision du pointage atteint 0,3 seconde d’arc, mieux que les spécifications d’origine qui prévoyaient 0,5 seconde d’arc. « Nous avons bien travaillé, se réjouit Didier Tiphène. Nous pouvons mesurer avec satisfaction le travail accompli depuis plus de 10 ans ». Le 3 février, le télescope est passé en mode d’observation scientifique pour une période de deux mois, jusqu’au 2 avril. Il faut encore corriger les courbes de lumière obtenues soumises au « bruit » des instruments, c’est-à-dire caractériser finement ces aberrations internes pour mettre en œuvre des algorithmes de correction. Les premiers résultats concernant la sismologie stellaire devraient tomber d’ici le mois d’avril, quand auront été analysées en détail les vibrations détectées à la surface de certaines étoiles. Il faudra être plus patient pour les premières annonces concernant les exoplanètes et attendre probablement une dizaine de mois. En effet, l’enjeu est très grand, puisqu’il s’agit de la découverte espérée de la première exoplanète d’une taille proche de celle de la Terre. Of course, the successful launch of Corot on December 27, 2006, from Kazakhstan was an important event. But for Didier Tiphène, who coordinated for LESIA the work on instrument sub-systems for this CNES satellite, the key date was January 2. On that day, the Corot instrument was poweredup. This space telescope will detect the presence of extrasolar planets by the micro-eclipses which occur when they transit in front of their parent star. It willalso allow us to learnmore about the stars’inner structure by studying the quakes which they are prone to on the surface. Would it operate normally ? It was the moment of truth for Didier Tiphène and LESIA who designed and made the instrument, with the LAM, the IAS and the CNES. As the scientist recalled « I must admit I was nervous that day, my heart was pounding. » As expected, when the power was set to ON the instrument « wokeup ». « During the following days, we performedall the planned controls on the software and electronics, we ensured that all parameters were correct, such as instrument temperatures and power values » he reports. Then, on January 17 the time came to open the « protective cover » which blocked the telescope to ensure its optics also gave satisfaction. This « first light » gave an image, which for a nonspecialist would only represent luminous spots, but raised the team’s enthusiasm. It was possible to ascertain the instrument’s performance. And, it is excellent : as the telescope itself is used as a sort of « super stellar sensor 2 » the directional precision reaches 0.3 arc seconds, an improvement on the original requirements which forecast 0.5 arc seconds. Didier Tiphène is delighted « We have worked well. We can satisfactorily measure the work accomplished for more than 10 years. » On February 3, the telescope entered the scientific observation mode which will last 2 months until April 2. The light curves obtained and subject to instrument « noise » still need correcting, by finely characterizing these internal errors and implementing correction algorithms. The first stellar seismology results should arrive between now and April after detailed analysis of vibrations detected on the surface of some stars. We will have to be more patient for the first announcements concerning exoplanets and probably wait around 10 months. The challenge is great as it involves a hoped for discovery of the first extra-solar planet of similar size to Earth. (1) Voir article « COROT, du cœur des étoiles aux planètes habitables », Magazine de l’Observatoire de Paris, n°5, juin 2006,pp. 6-7./See article « COROT, from stars cores to habitable planets », Observatoire de Paris : the magazine n°5, June 2006,pp. 6-7. (2) Un « super-senseur stellaire » fonctionne comme une caméra où la position d’une étoile est repérée sur un plan image d’un CCD. Un calcul barycentrique permet ensuite de déterminer la direction./A « super stellar sensor » works like a camera where the star’s position is located on a CCD image plane and then a barycentric calculation enables to determine the direction. COROT a été lancé le 27 décembre 2006 par une fusée Soyouz. Le LESIA est responsable de sa caméra, de sa case à équipement, de son logiciel de bord et des logiciels scientifiques. COROT was launched on December 27, 2006, by a Soyuz rocket. LESIA is responsible for its camera, equipment payload, on-board software and scientific software. Starsem/Arianespace, 2006 Contact : Didier TIPHÈNE Astronome LESIA +33 (0)1 45 07 76 79 didier.tiphene@obspm.fr LE PREMIER CLICHÉ pris par COROT, le 17 janvier 2007, représente le champ, au sein de la constellation de la Licorne, où le satellite doit étudier les oscillations lumineuses des étoiles. THE FIRST IMAGE taken by Corot on January 17, 2007, shows the stellar field within the Unicorn constellation where the satellite will study the variations of light from stars. CNES



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