ZODIACALE LUMIÈRE

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Motifs d'intérêt, comme signal ou comme bruit

Historiquement, le nuage interplanétaire a toujours bénéficié d'un intérêt lié aux interrogations sur la formation et l'évolution du système solaire. Au milieu du xixe siècle, la théorie de Robert Mayer n'attribuait rien moins que l'entretien de l'énergie solaire aux impacts de matière météoritique. Actuellement, le problème le plus ardu est celui du bilan évolutif entre les apports cométaires ou astéroïdaux et divers processus d'appauvrissement (effet Poynting-Robertson, qui fait décrire aux grains des spirales en direction du Soleil) ou de fractionnement (bombardement corpusculaire du vent solaire, collisions mutuelles). Bien que ces mécanismes soient théoriquement trop actifs pour que le nuage zodiacal contienne encore beaucoup de vestiges non altérés de la nébuleuse protosolaire, ce nuage peut nous apprendre beaucoup, au moins indirectement, sur la composition primitive du système solaire. Si, en effet, la matière interplanétaire est surtout de la matière cométaire éparpillée par le Soleil autour de lui, l'étude de cette dernière s'en trouve facilitée, ne serait-ce que parce qu'on peut l'observer en permanence et dans toutes les directions. L'intérêt particulier porté à la matière cométaire, en tant que témoin probablement bien conservé du système solaire en formation, rejaillit donc logiquement sur la matière interplanétaire. Or l'origine cométaire du nuage zodiacal, depuis longtemps vraisemblable, l'est davantage encore depuis que fonctions de phase et courbes de polarisation des grains cométaires et interplanétaires, de moins en moins mal connues, laissent apparaître leurs ressemblances (R. H. Giese, 1980 ; A.-C. Levasseur-Regourd et al., 1990).

D'un point de vue tout différent (et que ne pressentaient même pas, dans les années 1970, les photométristes qui en découvraient l'étendue et en dessinaient la carte), le « voile zodiacal », qui recouvre tout le ciel, est l'un des principaux obstacles que rencontrent, sur le plan du rapport signal/bruit, les ambitions de l'astronomie moderne à détecter des astres très faibles, notamment extragalactiques. À titre d'exemple, le télescope spatial Hubble a pour cibles, avec ses récepteurs les plus sensibles, des objets dont la magnitude va jusqu'à 28 ou 29. Or la brillance d'origine interplanétaire, moyennée sur tout le ciel à plus de 300 du Soleil, équivaut à deux cents étoiles de magnitude 28 dans un champ d'une seconde d'angle carrée.

Pour les sources ponctuelles, la petitesse du pixel, souvent inférieur à cette surface, intervient certes pour réduire l'importance relative du bruit ; mais une limite incontournable est celle qui est due à la diffraction, car, dans la tache d'Airy d'un miroir d'une ouverture de 240 centimètres, idéalement stigmatique, tache dont la surface est de 0,01 seconde d'angle carrée environ aux longueurs d'onde du visible, le bruit zodiacal moyen reste donc de deux étoiles de magnitude 28. Sans compter qu'en sus de ce minimum théorique toute imperfection de l'optique, en étalant les images, dégrade d'autant le rapport signal/bruit d'origine zodiacale.

Il est donc évident qu'une bonne connaissance de la distribution céleste de la brillance zodiacale est requise si l'on veut minimiser les seuils qu'elle impose aux performances des grands télescopes spatiaux. Le Space Telescope Science Institute recommande aux utilisateurs qui s'intéressent aux sources faibles de déterminer le bruit zodiacal d'après la cartographie photométrique obtenue à Ténériffe par R. Dumont et F. Sánchez, révisée par A.-C. Levasseur-Regourd et R. Dumont (1980). Le fait que les isophotes de la figure, qui sont tirées de ce travail, suivent le mouvement apparent du Soleil, implique qu'une optimisation du rapport signal/bruit passe par un bon choix de la saison d'observation, pour une cible donnée.

Lumière zodiacale : distribution

Diaporama : Lumière zodiacale : distribution

Distribution de la lumière zodiacale d'après les observations du programme Bordeaux-Teide à Ténériffe. Projection polaire équidistante centrée sur le Soleil (a) et sur l'antisoleil (b) ; système de coordonnées hélioécliptiques ; le diamètre horizontal représente l'écliptique ; P... 

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Écrit par :

  • : astronome de 1er échelon honoraire à l'Observatoire de Bordeaux. lauréat de l'Institut

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René DUMONT, « ZODIACALE LUMIÈRE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 08 janvier 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/lumiere-zodiacale/