ITU-R RA 1630 FRENCH-2003 Technical and operational characteristics of ground-based astronomy systems for use in sharing studies with active services between 10 THz and 1 000 THz《用.pdf

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1、 Rec. UIT-R RA.1630 1 RECOMMANDATION UIT-R RA.1630*Caractristiques techniques et oprationnelles des systmes dastronomie au sol utiliser dans les tudes de partage avec les services actifs entre 10 THz et 1 000 THz*(Question UIT-R 235/7) (2003) LAssemble des radiocommunications de lUIT, considrant a)

2、que les frquences comprises entre 400 THz et 750 THz sont utilises pour les observations astronomiques depuis des sicles et que ce nest quau cours des 30 dernires annes que les progrs technologiques ont permis dexplorer pleinement lensemble du spectre compris entre 10 THz et 1 000 THz; b) que les ob

3、servations effectues entre 10 THz et 1 000 THz fournissent des donnes essentielles pour rpondre certaines questions dastronomie fondamentales auxquelles les seules observations astronomiques effectues au-dessous de 275 GHz ne permettent pas dapporter une rponse; c) que le spectre entre 10 THz et 1 0

4、00 THz est aussi utilis pour la recherche astronomique et pour de nombreuses autres applications; d) que la technologie des observations astronomiques entre 10 THz et 1 000 THz ne cesse dvoluer; e) que les astronomes amateurs effectuent aussi rgulirement des observations astronomiques depuis la Terr

5、e, dans le domaine du visible entre 400 et 750 GHz; f) que les frquences entre 10 THz et 1 000 THz sont actuellement utilises pour les liaisons de donnes, les dispositifs de mesure de distance et dautres systmes actifs installs sur des plates-formes au sol ou des plates-formes spatiales et quen rais

6、on du dveloppement et de laugmentation rapides du nombre de ces systmes, les brouillages potentiels entre systmes actifs et systmes passifs risquent daugmenter; g) que de nombreuses applications de services actifs ou passifs exploits entre 10 THz et 1 000 THz sont trs similaires celles actuellement

7、utilises des frquences infrieures du spectre lectromagntique; h) quil y a des diffrences importantes entre les technologies utilises dans cette partie du spectre et celles utilises des frquences infrieures (nombre de photons dcompts en fonction de la puissance intgre sur le temps), mais quil y a aus

8、si beaucoup danalogies (les deux sont utilises pour les observations du continuum et les observations des raies spectrales); j) quil est temps de rflchir la nature de mesures de protection et aux conditions de partage pour que les tlescopes astronomiques au sol puissent continuer de fonctionner sans

9、 subir de brouillage, *La prsente Recommandation doit tre porte lattention de lUnion astronomique internationale (UAI) et de lUnion radioscientifique internationale (URSI). *1 THz = 1 000 GHz. 2 Rec. UIT-R RA.1630 reconnaissant a) que lUIT-R na pas tudi lutilisation et le partage du spectre entre 10

10、 THz et 1 000 THz, recommande 1 aux astronomes de tenir compte dans le choix des sites des observatoires et la conception de linstrumentation des brouillages que peuvent causer les metteurs exploits entre 10 THz et 1 000 THz; 2 aux astronomes de fournir aux Commissions dtudes des radiocommunications

11、 concernes des informations sur les derniers progrs technologiques raliss en ce qui concerne les observations ralises partir de tlescopes au sol, dans la gamme des frquences comprises entre 10 THz et 1 000 THz; 3 de tenir compte des paramtres techniques et oprationnels examins dans les Annexes 1 et

12、2 dans les tudes des brouillages causs aux systmes de radioastronomie exploits des frquences comprises entre 10 THz et 1 000 THz. Annexe 1 1 Introduction Les tlescopes au sol exploits aux frquences infrieures 275 GHz ainsi quentre 10 THz et 1 000 THz (30 m 0,3 m) permettent dobserver des objets trs

13、divers dans lUnivers. Les mesures effectues dans diffrents domaines frquentiels donnent habituellement des informations sur les proprits physiques (temprature, densit et distribution spatiale) des divers tats des diffrentes composantes (toiles, gaz, poussires) qui constituent les objets observs ains

14、i que sur les champs magntiques locaux. En rgle gnrale, plus la gamme de frquences couverte par les observations est grande, plus les informations que lon peut obtenir sur les conditions physiques locales sont dtailles. Par ailleurs, certains types dobjets cosmiques peuvent tre tudis uniquement ou p

15、lus facilement aux frquences infrieures 275 GHz ou entre 10 THz et 1 000 THz (30 m 0,3 m). Les astronomes utilisent depuis prs de 400 ans des tlescopes pour faire des observations entre environ 400 THz et 750 THz (0,75 m et 0,4 m). Au cours des 30 dernires annes, la technologie des dtecteurs a permi

16、s dlargir les bandes disponibles pour la recherche astronomique et daller jusquaux frquences comprises entre 10 THz et 1 000 THz (30 m 0,3 m). Pour les frquences comprises entre 10 THz et 300 THz (30 m et 1 m), les astronomes parlent gnralement dinfrarouge, alors que pour le spectre compris entre 30

17、0 THz et 1 000 THz (1 m et 0,3 m), ils parlent gnralement de frquences optiques. La gamme de frquences comprise entre 10 THz et 1 000 THz est optimale pour les tudes des missions thermiques cosmiques et pour un grand nombre de raies spectrales provenant datomes ou de molcules. Au cours des 30 dernir

18、es annes, les progrs technologiques raliss ont permis aux astronomes de dtecter certains signaux quil ntait possible autrefois de dtecter qu partir de plates-formes en orbite. Des astronomes amateurs effectuent des observations dans le spectre compris entre 400 THz et 750 THz (0,75 m et 0,4 m). Diff

19、rents pays et des consortiums internationaux font actuellement de gros investissements pour construire des observatoires quips de trs grands miroirs (antennes) dun diamtre de 10 m ou plus qui, conjugus des dtecteurs modernes, permettront datteindre des sensibilits sans prcdent. Rec. UIT-R RA.1630 3

20、De la mme manire, lavnement de lasers fiables et bon march a conduit une rvolution dans les applications actives, notamment les liaisons de donnes et les liaisons de communication large bande, espace-espace, Terre vers espace et espace vers Terre, les radars et dautres dispositifs de mesure de la di

21、stance. Linstrumentation astronomique utilise entre 10 THz et 1 000 THz (30 m 0,3 m) est extrmement sensible aux brouillages ou mme la dtrioration des dtecteurs par des signaux de forte puissance. Toutefois, la forte directivit de systmes actifs comme les systmes de tlcommunication utilisant des las

22、ers exploits des frquences comprises entre 20 THz et 375 THz (15 m et 0,8 m), ainsi que les proprits de propagation des ondes dans cette gamme de frquences, gnrent des phnomnes de brouillage jusqualors inconnus mais offrent galement toute une srie de solutions en ce qui concerne lvitement des brouil

23、lages et/ou le partage des bandes de frquences. Pour tudier les possibilits dvitement des brouillages et de partage des bandes dans cette gamme de frquences, il faudra connatre les caractristiques techniques et oprationnelles des rcepteurs astronomiques et des systmes de tlescopes. 2 Bandes considre

24、s En raison de contraintes atmosphriques, la majorit des observations astronomiques depuis la Terre, au-dessus de lactuelle limite suprieure de 1 THz fixe dans le numro 5.565 du Rglement des radiocommunications, se font entre 100 THz et 1 000 THz approximativement. La Fig. 1 illustre la dpendance en

25、 fonction de la frquence du pouvoir de transmission de latmosphre le long de trois trajets znithaux. La zone ombre en gris clair reprsente un site de bonne qualit caractris par un air sec et situ une altitude de 5 km au-dessus du niveau de la mer. La zone en gris fonc correspond labsorption atmosphr

26、ique supplmentaire qui se produirait pour un site situ une altitude de 2 km situ au-dessus du niveau de la mer (Kitt Peak, par exemple). Les zones noires correspondent lincidence supplmentaire de latmosphre pour un site situ au niveau de la mer. Pour tous les trajets on utilise les profils de tempra

27、ture et de pression donns dans la Recommandation UIT-R P.835. On calcule labsorption au-dessous de 1 THz laide de la Recommandation UIT-R P.676. La Figure montre clairement que latmosphre, lexception de certains sites astronomiques choisis, situs des latitudes leves, est opaque lnergie lectromagntiq

28、ue pour la quasi-totalit des frquences situes entre 1 THz et 10 THz environ. Au-dessus de 10 THz la transparence de latmosphre est favorable aux observations de lnergie cosmique depuis la surface de la Terre. Au-dessus de 1 000 THz environ, latmosphre redevient opaque. Le pouvoir de transmission de

29、la rgion spectrale situe entre 10 THz et 1 000 THz est illustr en dtail dans la Fig. 2 pour les trois mmes trajets znithaux. Il se caractrise par une srie de fentres de visibilit spares les unes des autres par des rgions troites mais dintense absorption. La transparence des diffrentes fentres de vis

30、ibilit est limite par une fine structure de nombreuses raies dabsorption faibles. Diffrentes raies dabsorption se produisent en raison de la prsence de composants gazeux dans latmosphre notamment et la liste nest pas exhaustive: NH3, CO2, CO, CH4, NO2, NO, O2, O3, SO2, H2O et divers hydrocarbures ch

31、lorofluors. Plusieurs de ces gaz, qui sont importants pour les observations astronomiques entre 10 THz et 1 000 THz ne sont pas actuellement examins dans les Recommandations UIT-R relatives la propagation. Lintensit des raies dabsorption dpend gnralement de la temprature et de la pression. Lintensit

32、 et la largeur de ces raies tant variables, les bandes prsentant un intrt pour les observations astronomiques optiques depuis la Terre couvrent tout le spectre entre environ 10 THz et 1 000 THz. 4 Rec. UIT-R RA.1630 1630-011 10 100 1 000510152025303540455030 000 3 000 300 30 3FIGURE 1Absorption (zon

33、e ombre) dune atmosphre le long dun trajet vertical 60 GHz,rgion de labsorption275 GHz,fin des attri-butions desfrquencesradiolec-triques0,01 0,1Absorption(dB)Frquence (THz)0,3Longueur donde (m)Il est possible davoir accs dautres bandes de frquences si on utilise des observatoires aroports sondes ou

34、 aronefs spcialiss pour les observations astronomiques, par exemple pour avoir un accs plus large ces frquences importantes pour la radioastronomie, on utilise des observatoires spatiaux comme le tlescope Hubble. 3 Types dobservations Certaines des observations faites entre 10 THz et 1 000 THz sont

35、analogues celles qui sont effectues dans les bandes actuellement attribues au service de radioastronomie: il sagit des mesures de la densit spectrale de puissance surfacique du continuum ou des proprits des raies spectrales (densit spectrale de puissance surfacique des raies, effet Doppler et forme

36、de leffet Doppler). Une des diffrences notables entre les observations astronomiques qui sont faites des frquences au-dessous de 275 GHz et celles qui sont faites des frquences comprises entre 10 THz et 1 000 THz est quil est beaucoup plus facile dobtenir des images directes dans la dernire gamme de

37、 frquences, quil sagisse du continuum ou des raies spectrales compte tenu de la sensibilit des rseaux de dtecteurs actuels (plusieurs millions de pixels chacun) et des camras photographiques; la technique de limagerie directe est largement utilise. Les largeurs de bande utilises sont en rgle gnrale

38、beaucoup plus importantes. Rec. UIT-R RA.1630 5 1630-02100 1 000510152025303540455030 10 3 110FIGURE 2Absorption (zone ombre) au-dessus de 10 THz dune atmosphre normalise le long dun trajet verticalAbsorption(dB)Frquence (THz)0,3Longeur donde (m)Plusieurs techniques de mesure permettent de recueilli

39、r les donnes astronomiques entre 10 THz et 1 000 THz. Chaque technique fournit des informations uniques sur le ou les objets mesurs. Les valeurs types utilises des paramtres comme la largeur de bande, la sensibilit du rcepteur, les dimensions du champ observ ou la rsolution angulaire dpendent en pra

40、tique du type de mesure effectue. Les temps dintgration gnralement utiliss varient dans des proportions importantes, de 0,001 s plusieurs heures, en fonction de la stabilit de latmosphre, du type de dtecteur utilis ainsi que des caractristiques et de lintensit de lmission observe. Les multiples mesu

41、res effectues avec de courts temps dintgration sont souvent enregistres sous forme numrique puis intgres ultrieurement pour tirer parti des avantages de sensibilit quoffre un long temps dintgration au niveau de la sensibilit. 3.1 Photomtrie La photomtrie est le pendant, dans la gamme des hautes frqu

42、ences, des observations du continuum dans les bandes attribues la radioastronomie au-dessous de 275 GHz, elle mesure la densit spectrale de puissance surfacique des sources cosmiques. Les mesures de la densit spectrale de puissance surfacique entre 10 THz et 1 000 THz concernent en gnral tous les ty

43、pes de galaxies, dtoiles, dobjets dans le systme solaire et de poussires entre ou autour des toiles dans les objets trs divers que lon trouve dans lUnivers. 6 Rec. UIT-R RA.1630 La photomtrie est une technique utilise sur lensemble de la gamme de frquences considre; les bandes de frquences standard

44、quelle utilise sont dfinies par des filtres placs sur le trajet de la lumire vers le dtecteur. Une liste des bandes dfinies par des filtres large bande couramment utilises entre 10 et 1 000 THz est donne dans le Tableau 3. Des exemples des diffrents types de dtecteur utiliss dans les diffrentes gamm

45、es de frquences sont donns dans le Tableau 2. Ces dtecteurs comprennent: des bolomtres des dtecteurs par photoconduction ou des dtecteurs photovoltaques pour les bandes N et Q, des dtecteurs InSb pour les bandes J, H, K, L et M et des dtecteurs couplage de charge (CCD, charge coupled device) pour le

46、s bandes U, B, V, R et I. On utilise galement des filtres bande troite centrs sur les raies spectrales prsentant un intrt particulier. Les observations photomtriques sont en gnral talonnes par comparaison avec des toiles bien caractrises. 3.2 Spectroscopie La spectroscopie est le pendant dans la gam

47、me des hautes frquences des mesures des raies spectrales dans les bandes attribues la radioastronomie au-dessous de 275 GHz. Labondance de raies spectrales entre 10 THz et 1 000 THz, raies dont la majorit proviennent de divers tats dlments et de molcules qui nont pas de raies aux frquences en dessous de 275 GHz, fait quil sagit l dune branche importante de lastronomie et souligne combien il est important davoir accs cette gamme de frquences. On effectue des observations des raies spectrales pour obtenir des informations sur, par exemple, la composition, la chimie, les proprits physiqu