La scintillation, causes ?

[Henri24]

Bonjour,

je me penche sur le sujet de la scintillation et je trouve bien plus complexe qu'il n'y parait. Je comprend très bien le phénomène de lentille convergente ou convergente causée une couche turbulente (par réfraction) en alternance rapide avec le temps. Je pensais que la réfraction était la seule loi qui gouvernait la scintillation. Sauf que certains articles parlent aussi du phénomène d'interférences ! Soit disant, des turbulences de petites échelles pourraient induire une différence de marche à deux rayons amenés à se rencontrer de nouveau au niveau de l'oeil  (inférieure à la faible longueur cohérence de la lumière de l'étoile) et donc causer en alternance des interférences constructives et destructives.  Je prend par exemple cet article :

https://www.researchgate.net/publication/26576676_Turbulence_profiles_from_the_scintillation_of_stars_planets_and_moon#pf2 page 62 en bas à gauche

Alors finalement, le phénomène est-il si connu ? Les interférences ont-elles un rôle dans la scintillation ? Et si oui, quel part ont-elles ?

Merci d'avance pour vos réponses 

Henri

[Ygogo]

Bonjour Henri

 

Les interférences ont bien un rôle dans la scintillation, et le fait est connu depuis longtemps (de mémoire, dès la fin du XIXe siècle (Arago ? à vérifier), et Danjon a écrit des trucs là-dessus dans les années 1920, je vais te donner les références dès que je les aurai retrouvées).

 

Certes les  "vagues" atmosphériques ont aussi un grand rôle, on le comprend par analogie avec ce qui se passe à la surface d'une piscine.

 

Mais c'est en termes d'interférences qu'on explique facilement le fait qu'habituellement les étoiles scintillent mais pas les planètes.

(ce qui ne veut pas dire hélas que la turbulence n'est pas observable quand on observe une planète à la lunette ou au télescope ! )

Le diamètre apparent des étoiles est au moins mille fois inférieur à celui des planètes (de mémoire, au mieux une dizaine de millisecondes d'angle pour les étoiles supergéantes "proches", de l'ordre de la dizaine de secondes pour les planètes).

Qualitativement, les "rayons lumineux" provenant de points différents d'un disque planétaire ont des différences de marche suffisantes pour que "en moyenne" les fluctuations dues aux interférences se compensent à peu près. L'œil, sensible seulement à cette moyenne, perçoit très peu de fluctuations.

 

C'est seulement pour une turbulence très forte que les planètes se mettent à scintiller aussi, et à ce moment là on aussi  l'impression que ça "danse" là-haut…  

 

A suivre...

Modifié 16 avril 2020 par Ygogo

[Henri24]

Oh super, merci beaucoup !! Oui, c'est ça j'ai trouvé beaucoup de travaux d'Arago. Ce que je cherche à expliquer est même encore plus complexe. J'ai photographié une scintillation de couleurs d'une étoile, une alternance rapide du changement de couleurs. Et selon les articles que j'ai vus, la scintillation de couleurs ne pourrait être discernable qu'avec des instruments de diamètre inférieur à 5 centimètres (zone de Fresnel) et ce serait justement que le domaine de l'optique ondulatoire qui pourrait expliquer cela. 

[Ygogo]

La scintillation "en couleurs" d'une étoile brillante est facilement visible à l'œil nu quand la turbulence est importante… et c'est vrai que le diamètre de la pupille de l'œil est bien plus petit que 5 cm !

Dans les mêmes conditions, avec un télescope,  la "figure de diffraction" a l'apparence (détestable ! ) d'une fourmilière de points lumineux qui s'agitent dans tous les sens tout en changeant de couleur… et on n'a plus qu'à rentrer le matos

 

C'est vrai que le phénomène est loin d'être simple, et que ses causes ont été longtemps débattues. qui s'étonnerait que le vieux hibou Ygogo envisage les choses sous l'angle historique ?

 

L'Encyclopédie de Diderot et d'Alembert en parle :

ETINCELLEMENT des étoiles fixes. La plûpart des Physiciens attribuent aux vapeurs de l’atmosphere cet étincellement ou tremblotement que l’on remarque dans la lumiere des étoiles fixes. Il n’est en effet personne qui regardant l’horison par-dessus une vaste campagne dans un jour sort chaud, ne voye tous les objets comme en vibration : la même apparence s’observe au-dessus d’un poele. Cet air tremblotant détournant sans cesse les rayons de lumiere, nous fait paroître de semblables vibrations dans la lumiere des étoiles. Quand on les regarde avec une lunette, alors ces rayons moins troublés & plus rassemblés, arrivent à notre œil toûjours à-peu-près dans la même quantité, & l’étincellement disparoit.

Cet étincellement n’a lieu que lorsque la lumiere est fort vive ; on l’observe quelquefois un peu dans Mercure & dans Vénus, & on le remarque dans le Soleil, vû même à-travers une lunette ou un verre enfumé.

En Arabie, sous le tropique du cancer, & à Bander-Abassi, port fameux du golfe persique, où le ciel est très-serein pendant presque toute l’année, on ne voit point d’étincellement dans les étoiles ; ce n’est qu’au milieu de l’hyver qu’on en apperçoit tant-soit-peu. Dans le Pérou, où il ne pleut presque jamais, tout le long de la côte, depuis le golfe de Guayaquil jusqu’à Lima, l’étincellement des étoiles est bien moins sensible que dans nos climats. Voyez Scintillation & Etoile. Hist. acad. 1743. (O)

Pour un bref aperçu historique, voir par exemple

Un article fin XIX privilégiant "les vagues aériennes" : http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1898BSBA....3..249S

Un article de Bigourdan en 1915 : http://articles.adsabs.harvard.edu/pdf/1915LAstr..29..203B

Un article de Ciel et Terre en 2011 : https://www.researchgate.net/publication/235953171_LA_SCINTILLATION_DES_ETOILES_1_A_L'OEIL_NU_ASPECTS_HISTORIQUES_ET_PHYSIQUES

etc... etc...

 

J'ai retrouvé la  note de Danjon : Comptes-Rendus de l'Académie des Sciences, 1926, pp. 1032-1034, Etude interférentielle de la scintillation et des conditions de stabilité des images télescopiques, voir : https://gallica.bnf.fr/ark:/12148/bpt6k3136h/f1032.image#

 et pages suivantes.

 

Bonne lecture !

 

[Henri24]

Whaou ! Très impressionnant ! Merci encore pour cette grande variété !!! J'avais trouvé beaucoup d'articles mais je n'étais pas tombé sur les tiens. Comme quoi, les articles, même provenant de sources sérieuses, sont très partagées sur le sujet, preuve que le sujet est mal compris. Et effectivement, la part interférentielle est loin d'être négligeable.

Merci encore Monsieur le Hibou