L’optique adaptative est une technique utilisée depuis des décennies par les astronomes pour corriger la distorsion causée par l’atmosphère dans les images captées par les télescopes. Ces dernières années, il a atteint un niveau de maturité énorme.

Cela a ouvert la porte à son utilisation à d’autres fins impliquant l’envoi ou la réception de lumière depuis l’espace. L’un d’eux est la possibilité de surveiller les débris spatiaux, ainsi que de détourner des objets en orbite à l’aide de faisceaux laser.

Une autre application concerne les communications par satellite quantiques. Cette technique nécessite un échange très précis de photons entre la Terre et l’espace, ce qui nécessite également de contrer la distorsion causée par l’atmosphère.

Pour les astronomes, c’est un moment magique: vous regardez un écran et soudain, l’image floue d’une étoile se définit et révèle tous ses détails. Nous appelons cela « fermer la boucle », en référence à la boucle de contrôle de l’optique adaptative. Cette technique permet aux télescopes de corriger les effets de distorsion causés par la turbulence atmosphérique. En termes simples, cela empêche les étoiles de scintiller et rend une image floue plus nette.

Une nuit l’année dernière, notre équipe de l’Université nationale australienne fermait la boucle sur un nouveau système d’imagerie conçu pour distinguer les débris spatiaux. Installés dans la salle de contrôle de notre observatoire du Mont Stromlo, surplombant Canberra, nous avons choisi un satellite météo pour ce premier test. C’était une cible facile : son grand cadre et ses panneaux solaires étaient indubitables et offraient un bon moyen d’évaluer le comportement de notre système.

Certains d’entre nous n’avaient jamais utilisé de télescope pour observer autre chose qu’une étoile, une galaxie ou un autre objet astronomique. Ce satellite était l’un des milliers d’objets fabriqués par l’homme entourant notre planète aujourd’hui : un essaim de vaisseaux spatiaux – la plupart inactifs – qui menacent de plus en plus d’encombrer les orbites proches de la Terre. Notre test faisait partie d’une initiative visant à construire des systèmes qui résolvent le problème des débris spatiaux et protègent ces couloirs orbitaux pour une utilisation future. C’est l’une des nouvelles voies d’utilisation de l’optique adaptative, traditionnellement réservée aux observations astronomiques. Après plus de trois décennies à perfectionner la technique.

La couche de gaz qui sépare la Terre du reste du cosmos nous maintient en vie, mais elle modifie aussi continuellement le chemin de tout photon qui la traverse. Ce processus est dû à la turbulence atmosphérique, qui se produit lorsque des régions d’air à différentes températures se mélangent. En passant d’un milieu à un autre, la lumière est réfractée, c’est pourquoi la pente d’une paille plongée dans un verre d’eau apparaît différente sous le liquide et au-dessus. La même chose se produit lorsque la lumière traverse des régions d’air qui sont à des températures différentes : en passant de l’air chaud à l’air froid, la lumière ralentit et change de trajectoire.

C’est cet effet qui fait scintiller les étoiles et les astronomes ont tant de mal à obtenir des images nettes du ciel. L’impact de la turbulence atmosphérique peut être quantifié par un paramètre connu sous le nom de « qualité d’image » ( voir ), qui décrit la taille angulaire du flou qu’une étoile devient lorsqu’elle est vue à travers un télescope au sol. Plus l’atmosphère est turbulente, plus la qualité de l’image sera mauvaise. Dans un bon emplacement, comme une haute montagne avec peu de turbulence, ce paramètre est généralement compris entre 0,5 et 1 seconde d’arc, ce qui signifie que la résolution de tout télescope sera nécessairement limitée à cet intervalle.

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