Objets brillants

L'imagerie multispectrale, gourmande en photons, est menée sur des objets brillants, comme typiquement les objets du système solaire. Selon la longueur d'onde d'observation, les disques solaire, jovien ou de Titan présentent différents aspects. Les domaines spectraux sont ici adaptés au phénomène étudié.

L'intérêt de l'imagerie multi-spectrale est de permettre une modélisation précise de l'objet observé. Par application de code de transfert de rayonnement, cette modélisation permet typiquement de contraindre la température et la composition de l'objet. Le diaporama ci-contre illustre une application sur la calotte martienne sud, observée par l'instrument OMEGA à bord de la sonde Mars Express.

La Voie Lactée

Selon la longueur d'onde d'observation, la Voie Lactée se présente sous différents aspects : chaque longueur d'onde apporte des informations complémentaires sur sa structure.

• Continu radio à 408 MHz : l'émission provient spécialement de la diffusion des électrons libres (émis lors des supernovae) dans le plasma interstellaire chaud, ou alors d'électrons accélérés dans des régions avec un fort champ magnétique. La boucle dans l'hémisphère galactique nord signale le plasma chaud résiduel d'une supernova ayant explosé relativement proche du Soleil il y a quelques milliers d'années.
• Hydrogène atomique à 21 cm (transition hyperfine de l'hydrogène atomique) : signature de milieu interstellaire froid, cette raie signale la présence de nombreux ensembles de gaz et de poussières.
• Continu radio à 2.5 GHz : signe la présence du gaz chaud et ionisé dans les régions de formation stellaire.
• Hydrogène moléculaire : mesuré indirectement, via la transition J=1-0 du monoxyde de carbone. Cette raie donne la carte des nuages d'hydrogène froids et denses.
• Infrarouge lointain : l'émission provient principalement des nuages du milieu interstellaire réchauffés par les étoiles nouvellement formées des régions de genèse stellaire.
• Infrarouge thermique (12, 60 et 100 micromètres) : l'émission provient également des nuages du milieu interstellaire réchauffés, mais signale plus particulièrement la présence de molécules complexes.
• Proche infrarouge (1.5, 2.2 et 3.5 micromètres) : la majeure partie de l'émission provient des étoiles de type spectral K, froides et peu massives. L'absorption par la matière interstellaire est faible dans ces domaines de longueur d'onde.
• Visible (600 nm): la lumière stellaire visible est fortement absorbée par les nuages du milieu interstellaire. L'efficacité du processus d'absorption limite la portée de cette carte aux plus proches régions de l'environnement solaire. Les régions les plus obscurcies en lumière visible correspondent aux régions les plus brillantes en infrarouge.
• X (0.25, 0.75 et 1.5 keV) : l'émission de ces rayons X de faible énergie est principalement issu des nuages chauds ; elle est absorbée par la matière interstellaire, dont la concentration est d'autant plus forte que les régions apparaissent sombres.
• Rayonnement gamma : les photons au delà de 100 MeV sont issus de la collision entre les rayons cosmiques produits par les pulsars de la Voie Lactée et la matière interstellaire.

Imagerie spectrale

L'imagerie spectrale, comme son nom l'indique, fournit des images enregistrées dans un domaine spectral bien précis, défini par un filtre adapté aux propriétés de l'objet. Cela permet de tracer la distribution de matière contribuant à une signature spectrale donnée.

Cette technique est coûteuse en photons, et l'utilisation de filtres étroits nécessite une source brillante (dans le cas du soleil, ce genre de problème ne se pose bien sûr pas).

Clair obscur

L'imagerie multispectrale combine les avantages de l'imagerie et de la spectrométrie. Comme le nombre de photons est divisé et spatialement et spectralement, la source se doit d'être lumineuse pour des observations avec un rapport signal à bruit suffisant.