Interféromètre complet (Poutre et Frangeur)

 

Fort des constats fait à la fois sur la détermination de la taille d'une source en condition monochromatique avec la poutre de Michelson sur C8,  et l'obtention de franges en conditions polychromatiques via l'oculaire frangeur, l'assemblage des deux éléments à été mis en oeuvre dans un premier temps pour valider le protocole d'égalisation des chemins optiques sur une configuration à double pupille en vue de l'obtention de frange en pupille étendue.

La nuit qui a suivi la mise en place de l'interféromètre complet en 216 n'a permis que de valider le suivi d'étoiles au voisinage du méridien. La météo n'a pas été de la partie. Et l'oculaire frangeur n'a ce soir là pas été utilisé. Toutefois, les essais ont montré un certains nombre de points d'amélioration dont le détail est donné ci-après :

Le premier point critique, comme on peut le voir sur le cliché précédent, est la limite accessible en déclinaison : 19° au dessus de l'équateur céleste. Ce constat manifeste le nombre relativement peu élevé de cible d'intérêt, et à motivé l'envie de réalisation d'une poutre à la fois plus grande, mais aussi dégagé des impératifs de pointage à des déclinaison aussi basses (Capella est bien trop haute, par exemple, pour essayer de refaire une mesure de double avec ce système). 

J'ai donc entamé la conception d'une version Alt/Az dont la description est accessible sur cette page.

La poutre en version 1b servira donc principalement à valider la combinaison poutre/frangeur sur cibles brillantes (les étoiles d'Orion si j'ai terminé en temps et en heure mon frangeur pour l'hiver 2018).

Un gros point d'amélioration à par contre nécessité par contre un travail assez conséquent de mécanique. En effet, les miroirs étaient jusqu'a maintenant collés sur leurs support. Erreur fondamentale, à laquelle je n'avais pas prêté attention. Mais en regardant les PSF respectives lors de la mesure de l'étoile artificielle, j'avais constaté une déformation énorme de l'enveloppe des franges. Après investigation, les miroirs M1 etM4, fin de 6mm, s'était déformé sous le rétreint de la colle.

J'ai donc choisi de refaire tout les support, et d'approvisionner des miroirs identiques aux M2 et M3 (chez optique Unterlinden).

 

Après remontage l'ensemble est homogène, et les trajets optiques montre une quasi absence d'obstruction sur les deux chemins des faisceaux incidents :

Restera toujours la difficulté de collimation manuelle à 8 vis de réglage, mais si le résultat est au bout.....

L'oculaire Frangeur n°2 ayant été achevé en octobre 2018 et validé en Novembre (détail ici) , reste la partie validation de l'ensemble Poutre + Frangeur dont la première étape est la maîtrise de la collimation à longue base (validée fin janvier 2019).

Voici pour l'occasion l'extrait des mes notes de manip lors de la première tentative d'obtention des franges le 16 février (pour mémoire, hormis la collimation standard du tube du C8, il y a tout de même 8 vis de collimation des miroirs de poutre) 

"Samedi 16 Février 2019
Procédure de collimation Poutre C8 (base M1/M4 à 76cm) : 
Images obtenues avec l'ASI224 au foyer, poses 10ms gain 400
Collimation faite sur le bras M1/M2, le pointage ne pose aucun problème en direction d’une étoile brillante. Remarque importante, le support de M2 laisse passer un peu de lumière de l’étoile cible, on peut donc vérifier sur cette image (qui fait apparaître l’étoile en vision directe, ainsi que l’étoile ramenée par le bras M1/M2) simultanément. On peut donc vérifier ainsi l’alignement complet et optimal M1/M2/Axe du télescope. L’alignement du chercheur est fait sur l’image double M1/M2/Axe Télescope.
Ont été pointée Aldébaran, Bételgeuse, et Procyon.
Sur les deux premières, impossible d’approcher l’image par M3/M4. C’est seulement sur Procyon que les choses se sont engagées. Après avoir testé la collimation avec des équerres à l’oeil, etc, l’oeil ne permet qu’un dégrossissage mais l’erreur reste supérieure à plusieurs degrés. C’est en balayant méthodiquement au chercheur en alpha et en delta, plusieurs degrès autour de la zone de pointage du M1, que j’ai finalement vu le reflet de Procyon par le bras M3/M4. Après l’avoir pointé dans le télescope, l’alignement se fait par jeu sur les vis du M3 !! Ce n’est peut être pas suffisant. En, effet, avant même la mise en place de l’OCF, le spot obtenu sur M3/M4 est moins lumineux que le spot M1/2. Problème vraissemblable a vérifier : le tilt croisé M3/M4.
Par essais successifs, on obtient le sens permettant de se rapprocher de l’axe delta dans un premier temps, puis celui de l’axe alpha dans un second temps, jusqu’à l’apparition des images simultanée M1/M4. A remarquer de la présence de tréfoils sur la psf M1/M2 Voir a desserrer les supports. "

Pour se rendre compte de l'aspect vidéo au foyer (réduite en taille d'un facteur 0.6) et de l'agitation des images avec Procyon à "seulement" 45° de hauteur  (à gauche avant collimation, à droite collimation quasiment faite)  :

Étape suivante, la mise en place de l'oculaire frangeur n°2 première tentative d'obtention des franges : 

"La mise au point en dévissant, relativement loin de la MAP au foyer mais peu éloignée de la MAP avec renvoi coudé.
Les contrôles moteur fonctionnent parfaitement , mais le programme ne donne pas la position des butées. Au cours de la tentative d’obtention des franges, les conditions se sont dégradées (voir films successifs, vraisemblablement par décalage du poids de l’un des miroirs le pointage se faisant en fin d’observation loin du méridien vers l’ouest, et les speckles bien marquées au début se sont étalées (évolution de la MAP car on était loin du méridien à 2h, ou dégradation due au  seeing). Balayé dans les 2 sens la plage de variation d’épaisseur optique, pas obtenu de franges. 
Dans tous les cas, il faut recaler la MAP régulièrement pour maintenir la superposition des spots. Sur Procyon, temps de pose min d’environ 100ms. "

A gauche avant superposition (hauteur de l'étoile : 41°24'), à droite après superposition (hauteur de l'étoile : 39°42') par l'oculaire frangeur (voir détail ici sur pour le réglage)

Pas de franges pour la première tentative, la longueur de chemin optique est d'environ 3mm,  le calage de départ étant fait sur un réglet dont la position de départ n'est pas garantie, il faut balayer au moins 20mm pour avoir la calibration de ce réglet.

La seconde tentative, au 23 février,  a été la bonne :

Extrait de mon cahier de manip : 

Samedi 23 Février 2019

Au préalable, un réglage d’écartement le plus précis possible, à été fait avant le montage (chaque distance avant réflexion sur les miroirs à été mesuré au réglet et au distomètre laser), en réduisant l’écartement à 662mm entre les extrémités des M1 et M4 (contrairement à ce que laisse entendre le schéma dessiné en suivant, 662mm est bien la distance entre les extrémités des miroirs M1 et M4. 

En vue de balayer une plage de chemin optique plus large, le micromètre du M4 à été placé en position intermédiaire sachant que sa plage de déplacement est de 15mm :

On été pointés Aldébaran, Betelgeuse, Sirius. Le transit d'Aldébaran à été l'occasion de répéter la procédure de collimation vue précédemment Mais le temps de transit étant très court en fin février, il a été nécessaire de passer rapidement sur Bételgeuse. Avec l'habitude, je suis passé de 3 heures de collimation initiale, à 20 minutes environ.
Première superposition via l'Oculaire Frangeur (A gauche et au milieu réduit d'un facteur 0.5) : 


Les poses sur Betelgeuse sont de 30ms. Après modulation du chemin optique contrôlé par l'oculaire frangeur (3mm), sur la première position de la vis micrométrique du M4, pas de franges. J'ai donc déplacé le M4 de 3mm vers le M3. Toujours pas de franges. 

Au deuxième déplacement de la vis micrométrique de 3mm vers le M3, et balayage par l'Oculaire Frangeur, les franges ont été obtenues (enfin!!) pour un écartement mesuré de 657mm entre les extrémités des miroirs M1 et M4. 

Autrement dit, on peut maintenant étalonner les distances en re-calibrant les réglets sur le rail avec les mesures faite précédemment. Donc connaissant l'erreur de position des réglets il est maintenant facile de retrouve la plage de balayage de l'OCF (Oculaire frangeur), pour tout les écartements.

Une petite sélection des meilleures images (crop) de la séquence vidéo montrant les franges d'interférence pour un écartement de 607mm entre les centre de M1 et M4 obtenues avec un télescope de 203mm sur Bételgeuse : 

Conclusion, on peut faire de l'observation en  l'interférométrie optique avec du matériel amateur au fond du jardin !! 

Histoire de poursuivre avec une autre étoile, après réglage du parallélisme des franges par rapport à la poutre (étoile facile celle là, mais avec la difficulté d'une hauteur sur l'horizon de seulement 26°18'), toujours avec une base de 607mm sur télescope de 203mm, on obtient assez facilement des franges sur Sirius (poses de 9ms) : 

 

Sélection des meilleures images (crop) de la séquence vidéo montrant les franges d'interférence pour un écartement de 607mm entre les centre de M1 et M4 obtenues avec un télescope de 203mm sur Sirius :

A cette hauteur, on voit immédiatement l'effet de la réfraction et chose un peu surprenante, les franges semblent être plus prononcées dans le bleu. Mais c'est une conclusion un peu hâtive dans la mesure ou la structure des franges est influencée par la largeur spectrale de la source et par le phénomène de réfraction. Il faudra aller plus avant dans les conclusions sur le sujet.

La conclusion immédiate, reste par contre que l'interféromètre complet fonctionne !!!!!!!! Prochaine étape, augmenter sur la même cible le nombre de bases mesurées, et travailler ensuite en tirer des conclusions sur la dimension de la source.

Mais dans l'immédiat, il paraît évident que l'interféromètre complet est fonctionnel, le travail instrumental est terminé, le travail astronomique commence donc maintenant....

24/02/2019