Bruit de fond thermique

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En astronomie infrarouge, le bruit de fond thermique, ou simplement fond thermique, est un bruit de fond dû au rayonnement de corps noir des éléments optiques de l'instrument astronomique, ce qui perturbe les observations dans l'infrarouge.

Un corps porté à une certaine température réémet un rayonnement dit de corps noir, dont le profil et l'intensité dépendent de ladite température. Pour un corps porté à la température T, la loi de Wien indique que la longueur d'onde pour laquelle le rayonnement est maximal est égale à environ 2898/T (exprimée en micromètres). Aux températures ambiantes (aux alentours de 300 K), cela concerne donc des longueurs d'onde situées aux environs de 10 µm. De plus, l'intensité de la brillance monochromatique pour une longueur d'onde donnée dépend elle aussi de la température.

Dans le cas d'un interféromètre ou plus généralement d'un instrument d'optique, et dans les gammes de longueurs d'onde correspondant à l'infrarouge thermique (4–20 µm), les miroirs du train optique ne sont pas rigoureusement des corps noirs. Le propre d'un miroir est en effet de réfléchir ; en raison de la conservation de l'énergie, il ne peut à la fois réfléchir parfaitement et avoir une émissivité de 1 (correspondant à un corps noir parfait).

Tout détecteur placé derrière le train optique d'un télescope ou d'un interféromètre voit donc en permanence l'émission thermique de l'atmosphère, ainsi que celle de tous les miroirs qui s'intercalent entre l'étoile et lui-même. Cette émission devient importante, voire prépondérante par rapport au signal stellaire, dans l'infrarouge thermique et en particulier en bande N aux alentours de 10 µm.

Il existe des solutions pour soustraire ce fond thermique du signal observé, notamment deux parades classiquement utilisées en astronomie mono-télescope : le chopping et le nodding.

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• Pierre Léna, Astrophysique : Méthodes physiques de l'observation, Paris, Interéditions/CNRS Éditions, 1996, 515 p. (ISBN 2-7296-0428-6), p. 270 et 292-294
• (en) Alexander G. M. Pietrow et Bernhard Brandl (dir.), « Introduction », dans Mid-IR background calibrations for the E-ELT’s METIS instrument (Master of Science in Astronomy and Instrumentation), Leyde, 2016, 66 p. (lire en ligne [PDF])

• Chopping
• Nodding

• (en) « Chopping and Nodding », sur Gemini Observatory : présentation des observations dans l'infrarouge moyen sur les télescopes de l'observatoire Gemini
• (en) S. Gulkis, « Thermal Background Noise Limitations », The Telecommunications and Data Acquisition Progress Report, Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology,‎ juillet-septembre 1982, p. 53-59 (lire en ligne [PDF])

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