Dome C, Antarctique : Un hiver à -75°C Eric Aristidi (LUAN)

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1 Dome C, Antarctique : Un hiver à -75°C Eric Aristidi (LUAN)
… de l’intérêt d’aller faire de l’astronomie dans le froid polaire alors qu’il existe des observatoires à Hawaï ou aux Canaries... Eric Aristidi (LUAN) www-luan.unice.fr/~aristidi/hivernage

2 Base CONCORDIA 1100 km

3 La base franco-italienne Concordia
Capacité : 18 places en hiver 1999 2000 2002

4 Relief du plateau Antarctique
Dome C/Charlie 3300 m Dome A/Argus 4100 m Dome F/Fuji 3800 m Advantages : . No wind . No clouds . altitude

5 Un peu d’histoire… 1995 2000-2007 2005/06/07 1er astronome a Dome C:
J. Vernin 7 campagnes d’été R&D lachers de ballons mesures de turbulence préparation des hivernages 2005/06/07 Premiers hivernages : K. Agabi puis E. Aristidi puis D. Mekarnia et F. Jeanneaux qualification du site Mais aussi quelques manips comme CORONA ou pre-LUCAS

6 L’observatoire Astro-Concordia
En Janvier 2006

7 Tout est contrôlé à distance depuis le labo à Concordia
Data acquisition Concordia labo 300 m To the mast (700 m) Wi-Fi LAN+Fiber optics connection

8 L’été à Concordia… des températures entre -25°C et -40°C

9 Mesures de seeing : Differential Image Motion Monitor
Celestron d=28 cm, tube INVAR masque à 2 trous (diam. 6 cm,sep. 20 cm) CCD visible thermostatée à –20°C Glass prism

10 Le seeing est excellent en été
Bon seeing observé quand le profil vertical de température au dessus du sol est plat. No temp. gradient Temp. Gradient (6°/100m) (Aristidi et al., A&A 2005) Site Seeing Isoplan. angle Paranal 0.66 1.91 La Silla 0.87 1.25 Dome C (summer) 0.54 6.8

11 En route pour l’hiver… 00h 18h 13h 12h 06h

12 Une météo exceptionnelle…
Fraction de ciel clair nuit polaire Moyenne : 94% de nuits dégagées (moins de la moitié du ciel couvert) Mauna Kea (Hawaï)1: 67% Paranal (Chili)2 : 87% (avec le même critère) % de temps fraction Observations visuelles (4-5 points par jour), E. Aristidi période Avr – Oct (2nd hivernage) 1 Kaufman & Vecchione, 1981 2 Sarazin, 2001

13 Les expériences de site testing en hiver 2005
1. Ballons « Cn2 » DIMM 2 DIMM 1 DIMM 3 2. DIMMs

14 h= 3.5m : seeing<0.6 ’’ 7% of the time
All histograms stand for the period Jul-Oct 05 h= 3.5m : seeing<0.6 ’’ 7% of the time h= 8.5m : seeing<0.6 ’’ 18% of the time h=20m : seeing<0.6 ’’ 42% of the time

15 Profils donnés par les ballons
DT=20° (6° in summer) Hbl median =33 m

16 Résultats : …depuis une hauteur de 8m …depuis une hauteur de 33m
Balloons (32)* Dimms (2 WO) Seeing 1.4 ‘’ 1.3 ‘’ t0 8.3 ms q0 ‘‘ 6.5 ‘’ 3.6 ‘’ Mauna Kea 0.6 ‘’ 2.7 ms 1.9 ‘’ Paranal 0.8 ‘’ 3.3 ms 2.6 ‘’ …depuis une hauteur de 33m Balloons* Seeing 0.4 ‘’ t0 10.7 q0 ‘‘ 6.6 ‘’ Trinquet et al., soumis à PASP

17 Et mon hivernage à moi ? GSM DIMM (suite) Mât instrumenté SSS CORONA
Lum. Cendrée (« pre-LUCAS »)

18 Le mât instrumenté Monitorer la couche limite en bardant de capteurs une tour de 30 mètres. 2 types de capteurs utilisés : 1 : microthermes 2 : sonics (n’ont fonctionné qu’en été)

19 SSS : Single star scidar
Le SSS au foyer du Meade 16 Star Canopus at the SSS focal plane. The structure and the evolution of the flying shadows on the pupil give access to the turbulence profile Cross-correlations between temporally spaced images computed in real time for increasing temporal lags (multiples of 7ms)

20 Corona : un coronographe stellaire
Corona a Dome C en Décembre 2005. Principe : un 4 quadrants au foyer du télescope (35 cm) Résultats sur Acrux (en été, T=-30°C). Extinction entre 10 et 30* *Guerri et al. , PASP, submitted

21 Lumière Cendrée et Chlorophylle…
Région éclairée par le « clair de Terre » Le spectre de la lumière cendrée contient la signature de la chlorophylle terrestre. Ce type d’observation est un premier pas vers la détection de végétation extra-terrestre. Le petit spectrographe utilisé pendant l’hiver 2006 pour réaliser les spectres de la lumière cendrée. Exemple de spectre obtenu en Juillet 2006

22 Dans le futur proche (DC 5) : A-STEP
Antarctica Search for Transiting Extrasolar Planets (PI Tristan Guillot) Télescope de 50 cm de diamètre Suivre la photométrie d’un grand champ d’étoiles pendant très longtemps pour détecter des transits

23 Un futur plus lointain : KEOPS Un interféromètre imageur kilométrique (F. Vakili)
Deployable array of 36 telescopes (diameter 1.5 m) surface totale ~60 m2 (equivalente au Keck) equivalent à un 30 m ELT in IR 3 concentric rings configuration of 250m, 600m and 1000m diameter with 6, 12 and 18 telescopes Spectral coverage : Mid and thermal infrared (2-10mm) up to 3 mag gain over classical sites Snap-shot direct imaging with coronographic capabilities (nulling) about 700² « pixels » in the FOV Angular resolution: 10mm FOV ~1 arcsec

24 Un clin d’œil aux hivernants 2007
Aujourd’hui : J-2 avant le 1er avion…

25 Le « seeing » e Bon seeing : en dessous de 0.7 arcsec
Mauvais seeing : au dessus de 2 arcsec

26 Isoplanatic angle q0 : Angular distance on the sky over which wavefront distorsions are correlated q0 : Maximum tolerable distance between an object and a reference star for Adaptive optics correction. Low altitude layer High altitude layer q0 : More sensitive to high altitude turbulent layers: bad news for winter (high altitude wind speed)

27 Estimating isoplanatic angle
Principle : scintillation measurement with a circular 10cm diameter pupil with 4 cm central obstruction Ziad et al., 2000, Appl. Opt. 39, 30

28 GSM : a multi-DIMM combination
Compute the covariance of the 4 sub-images at the focus of the 2 DIMMS Model-fitting (Von-Karman) “Temperate” GSM (La Silla 1997) Continuous access to all parameters: e, q0, L0, t0 (Ziad et al., Appl. Opt. 2000) B1 B2 2 DIMMs = 6 simultaneous bases Antarctic GSM Dome C 2004

29 Balloons In-situ soundings to obtain the turbulent energy profile Cn2(h) Measurement of DTA2 , DTB2 Calculation of CT2=< DTA2 > rA-2/3 CT2=< DTB2 > rB-2/3 2 estimates of Cn2 Then… Principle RS80 radiosond Balloon rB=33 cm rA= 95 cm Thermometers Send : DTA , DTB P, T, U wind speed & direction (Borgnino et al., 1979, A&A 79, 184)

30 Estimating turbulence parameters from balloon Cn2(h) profiles
Seeing Isoplanatic angle Coherence time Cn2(h) wind speed h1 Parameters can be computed from Cn2(h) and the wind profile v(h) Changing h1 : compute parameters that would be observed at alt. h1

31 Summer seeing : statistics
(based on 2 summer campaigns) 0.54 3 N data 31597 Std deviation 0.39 Mean seeing (arcsec) 0.66 Seeing max 5.22 Median seeing 0.54 Seeing min 0.08

32 Isoplanatic angle: statistics
N data 6328 Mean (arcsec) 6.8 Median Std dev 2.4 Max 17.1 Min 0.7 6.8 6.8 Paranal 1.91 Ziad et al. 2000 La Silla 1.25 Pachon 2.71 Maidanak 2.47 Ziad et al. 2000 Oukaimeden 1.58 South Pole 3.23 Marks et al. 1999

33 Day & Night at Dome C « Night » Feb 16 May 4 Aug 10 Nov 1 1st sunset
First Sunset (feb 16) Sun rises and sets Sun rises and sets « Night » Last sunrise(may 4) The day was only 1 hour long Feb 16 May 4 Aug 10 Nov 1 1st sunset last sunrise 1st sunrise last sunset

34 Getting rid of the SL turbulence ?
Solution 2 Solution 1 Put the telescope above The surface layer… Ground Layer adaptive optics Dunn solar telescope Sac Peak Height 41m From 30m … may introduce local turbulence

35 Auroras (II) South Pole (with full moon) Dome C : needs long exposure
From the movie « lunar pass on ARO » © Glenn 2004