Quel est le lien entre la longueur d’onde d’observation et la résolution spatiale d’un instrument? [fermé]

Nicolas

Quel est le lien entre la longueur d’onde d’observation et la résolution spatiale d’un instrument? [fermé]


Il semble que lors de la capture et de l’émission des ondes électromagnétiques, la matière se déroule différemment selon la longueur d’onde. Selon une réponse à une autre question , l’énergie EM est capturée selon trois modes: transition électronique (par exemple pour la lumière visible), absorption rotationnelle et vibrationnelle. À quoi on peut au moins ajouter des phénomènes d’induction (par exemple les ondes radio) qui fonctionnent de manière indépendante. La limite de diffraction de Morover impose des restrictions sur les détails les plus fins observables.

Comment le processus de capture de fréquence et d’énergie utilisé pour observer un objet affecte la résolution à laquelle nous pouvons observer les caractéristiques spatiales d’un objet?

Une question corollaire est: y a-t-il des régions du spectre EM qui ne peuvent pas être observées parce qu’il n’y a pas d’instrument possible sensible à ces fréquences?

Kyle Kanos

En ce qui concerne le corollaire, certaines régions ne peuvent pas être observées depuis la terre en raison de l’absorption atmosphérique, mais les instruments spatiaux fonctionnent très bien.

John Rennie

Nicholas, votre question est trop large pour pouvoir y répondre utilement. Cela ressemble plus à une question d’essai que vous obtiendriez dans un examen.

Nicolas

@JohnRennie, il est vrai que la question est très large, mais c’est quelque chose qui me laisse perplexe depuis longtemps, et je sautais sur quelqu’un avait une réponse ou une partie de la réponse pour aider à faire la lumière.

Réponses


 Nikos M.

La réponse devrait dépendre d’une échelle spécifique. je ne pense pas qu’il y ait une réponse à cette question sans déterminer une échelle.

Une échelle fixera les dimensions et les longueurs d’onde relatives qui sont pertinentes pour la résolution spatiale des objets.

Disons que l’on veut observer un objet cubique qui rayonne (très haut à ultra-violet).

Aux longueurs d’onde visibles, les caractéristiques spatiales de l’objet sont déterminées. À l’ultraviolet, les caractéristiques spatiales (pour la même échelle et la même distance) seront estompées en raison de la quantité de rayonnement à cette longueur d’onde (l’objet y brillera intensément , les frontières sont donc floues).

En effet, une frontière est similaire à une transition de phase entre des zones de longueurs d’onde différentes (donc la longueur d’onde de résolution peut donner des frontières différentes pour le même objet).

De plus, les caractéristiques spatiales, même dans les longueurs d’onde visibles, peuvent être floues en raison de distorsions ou d’atténuation atmosphériques ou de décalages sur les distances (qui sont comparables à la plage de longueurs d’onde utilisée dans la résolution).


 Rob Jeffries

Seule la dernière partie de cette question se prête à une réponse simple. Toutes les longueurs d’onde sont potentiellement observables en utilisant différentes techniques, des rayons gamma aux ondes radioélectriques à très longue longueur d’onde, sur au moins 13 ordres de grandeur

λ

.

Certaines de ces longueurs d’onde – rayons gamma, rayons X, UV, infrarouges lointains – nécessitent des observatoires spatiaux car les longueurs d’onde respectives ne pénètrent pas dans l’atmosphère terrestre – par exemple Integral, Chandra, IUE, Herschel. Le reste peut avoir lieu sur Terre, bien qu’il y ait aussi des avantages à le faire depuis l’espace, soit parce que l’atmosphère brouille l’image (optique – HST), soit parce que les interférences liées à la Terre peuvent être un problème (longueurs d’onde radio).

Le plus grand facteur qui affecte la quantité de détails pouvant être résolus est l’ouverture de l’instrument. La meilleure résolution angulaire est en principe

λ /

. Cela peut être approché par des télescopes optiques / UV dans l’espace, mais il est difficile de placer de grands télescopes dans l’espace. Sur terre, le plus grand télescope optique / infrarouge de 8 à 10 m approche cette limite en utilisant une optique adaptative pour supprimer l’effet de flou de l’atmosphère.

Aux longueurs d’onde plus longues et plus courtes, il existe différents problèmes qui empêchent cette limite d’être complètement atteinte. Aux longueurs d’onde radio, des diamètres énormes sont nécessaires pour se rapprocher même des résolutions angulaires des télescopes optiques. Cela ne peut être réalisé qu’en reliant les radiotélescopes ensemble dans des réseaux et en utilisant des techniques d’interférométrie – synthétisant des ouvertures plus grandes. Un excellent exemple est la matrice ALMA à ondes mm qui sera bientôt opérationnelle au Chili.

Aux courtes longueurs d’onde, il n’y a pas de lentilles efficaces pour focaliser la lumière. Les télescopes à rayons X doivent utiliser des nids de miroirs d’incidence rasante. Bien que ceux-ci atteignent des résolutions qui peuvent désormais s’approcher de celles des télescopes optiques au sol (par exemple Chandra), le compromis est limité à la zone de collecte. Un simple manque de photons peut également affecter la capacité de résoudre les détails dans cette partie du spectre. Aux longueurs d’onde gamma, c’est encore plus le cas. Les solutions ingénieuses incluent des «masques codés» pour effectuer l’imagerie, mais il n’est pas possible de se rapprocher de la limite de résolution fondamentale.

Votre question est très (trop) large et j’ai limité ma réponse à une perspective astronomique. Toutes mes excuses si ce n’est pas ce que vous cherchiez.

Nicolas

merci, cela donne en effet un aperçu important d’une partie de la question: comment différentes longueurs d’onde sont-elles observées par différentes procédures. En y réfléchissant, c’est ainsi que ma question aurait dû être plus simple: pourquoi il n’y a pas de façon uniforme d’observer la lumière (comme les antennes). Je n’avais pas en tête la limitation de l’observation à cause de l’absorption atmosphérique.

 

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