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  1. Sous les publications avec des photos de galaxies, de nébuleuses ou même des planètes de notre système solaire, il y a souvent des questions sur les couleurs réelles ou non des photos spatiales. Dans cet article on va essayer d’expliquer comment les caméras des sondes spatiales fonctionnent et si les photos correspondent ou non à des "vraies couleurs". Les couleurs des images spatiales La lumière et les caméras Parler de "vraie couleur" ne veut rien dire. La lumière que l’on perçoit est plutôt appelée lumière visible. Ce n’est qu’une petite partie du spectre électromagnétique. Les instruments qui seront cités sont des imageurs, ils transforment l'information reçue d'une onde électromagnétique en image. Schéma du spectre électromagnétique, avec la fine bande de fréquences perceptible par notre œil. Une caméra est composée d'un système optique (l'objectif sur l'appareil photo, ou un système de miroirs sur les télescopes) et d'un imageur (ou capteur). Ici nous aborderons les capteurs en eux-mêmes. L’œil La première caméra dont je vais parler est une caméra que la plupart d’entre nous avons : l’œil. L’œil dispose de deux types de capteurs : les cônes et les bâtonnets. Les bâtonnets sont sensibles à l’intensité lumineuse. Les cônes, eux, existent en trois versions, une sensible au vert, une pour le rouge et une pour le bleu. Tous ces signaux qui viennent de différents endroits de la rétine sont envoyés au cerveau qui en fait une image composée des trois couleurs primaires, qui fait donc un résultat en couleur. Dans l'obscurité, il y a trop peu de luminosité pour activer les cônes, les bâtonnets sont au contraire bien plus sensibles, nous voyons donc pas trop mal dans l'obscurité, mais en noir et blanc. Matrice de Bayer Les caméras grand public Les caméras grand public comme celles de votre smartphone, vont capter la lumière dans le spectre du visible en général. Mais le capteur seul fonctionne comme les bâtonnets : il ne voit qu’en noir et blanc. En effet les capteurs utilisés sont des capteurs CCD ou des CMOS, il sont sensible à la quantité de lumière (et la position dans l'espace), mais pas à sa fréquence (donc pas à la couleur). Si vous prenez une image avec un capteur CCD nu, l'image sera en noir et blanc. Pour réaliser une image en couleur, on ajoute un filtre infrarouge (les capteurs y sont généralement sensibles au contraire de nos yeux) et on rajoute ce qu’on appelle une matrice de Bayer sur le capteur. Cette matrice est en fait un patchwork de filtres qui ne laissent passer que certaines couleurs, les pixels sous les carrés rouges ne seront donc sensible qu'à la lumière rouge par exemple. Ainsi, avec un nombre de pixels suffisamment grand, on a en chaque endroit du capteur une information sur chacune des trois couleurs primaires, et le reste du système électronique et logiciel peut reconstituer une image en couleur identique à ce qu'on peut voir avec nos yeux. La roue à filtres de la sonde européenne Solar Orbiter Les caméras spatiales Dans le spatial ce n’est pas exactement pareil que pour les appareils photos. On utilise aussi les capteurs CCD, mais la manière d'obtenir les couleurs est souvent différente car plus adaptée. Comme on privilégie des longues poses, on va en général utiliser une roue à filtre pour faire une photo avec un filtre rouge (qui ne captera donc que la lumière rouge), puis une photo avec un filtre vert et enfin une photo avec un filtre bleu (pas forcément dans cet ordre mais l’idée c’est que les photos sont faites par filtres successivement). En superposant numériquement ces photos, le résultat donnera une photo en couleur réelle. Voyons un exemple avec la sonde Cassini sur une image de Saturne derrière sa lune Titan. De la même manière, la même image est prise plusieurs fois en filtrant différentes couleurs. Filtre Vert Filtre Bleu Filtre Rouge Filtre Clair - Ce filtre correspond à la lumière visible, non filtrée, et centrée autour de 651nm. Il permet la présence de plusieurs longueurs d’ondes contrairement aux filtres précédents. Il permet notamment d’imager des objets peu lumineux. L'image finale est obtenue en couleur en superposant les différentes images primaires Mais les besoins des scientifiques concernent également des longueurs d’ondes hors du visible. Certains télescopes (comme Spitzer ou le JWST) ont des capteurs optimisés pour l’infrarouge / les rayon X / les ultraviolets etc. Dans ces cas là, des couleurs visibles artificielles sont mises au montage pour que l’image présentée au public ne soit pas en noir et blanc. La nébuleuse de la tarentule par le télescope spatial Spitzer. Les couleurs sont artificielles. Certaines caméras peuvent également avoir plus de trois filtres et donc prendre des images en couleurs visibles + des couleurs non visibles mais qui seront incorporées à l’image finale. Dans ce cas le résultat final ne correspond donc pas totalement a une image en couleur visible. Il existe cependant des exceptions. Certaines caméras du rover Curiosity ont une matrice de Bayer. Il dispose par ailleurs d'un équipement permettant de faire la balance des blancs Dans la même idée, la sonde Juno a un filtre assez particulier. La sonde est en rotation permanente et les filtres sont à la suite les uns des autres, le traitement logiciel enregistrant les pixels, non pas d’une seule traite mais par ligne en prenant en compte la rotation de la caméra. Cela permet de maximiser le temps d'exposition, sans que la photo soit floue. C'est d'ailleurs ce qui explique les artefacts sur les bords des photos où Jupiter n’apparaît pas entièrement. Le temps de pose Même si certaines photos sont en couleurs visibles, vous ne verriez pas réellement avec votre œil ce que les caméras obtiennent. En effet, la luminosité de certains objets astronomiques est tellement faible que les temps de poses peuvent se compter en heures. Notre œil est habitué à un environnement lumineux avec le soleil assez proche et serait donc incapable de détecter des objets trop peu lumineux. De cette façon par exemple, les photos du ciels obtenues par des photographes comportent beaucoup plus d'étoiles que ce qu'on peut voir à l’œil nu. La différence entre le catalogue d’image et les images à destination du grand public Les images à destination du grand public peuvent également être retouchées dans des buts purement artistiques, comme on l'a vu avec l'image de Spitzer. Ces images et ces retouches de couleurs sont destinées à la presse grand public. Par exemple ici les Piliers de la création avant après retouche artistique. Photo originale Photo retouchée Les selfies de Curiosity Pour rester dans les caméras d’équipements spatiaux, les selfies de Curiosity suscitent régulièrement des interrogations étant donné qu’on ne voit pas de perche à selfie. Curiosity réalise en réalité plusieurs clichés à l’aide de la caméra située sur son bras robotisé. Il peut ainsi changer l’angle sans changer la position de la caméra. Il suffit ensuite d’assembler les images ou le bras n'apparaît pas pour donner ce rendu panoramique et l’impression qu’une personne a pris le rover en photo. On peut voir une vidéo du procédé sur ce lien : https://youtu.be/L_ii2GABPao Les longueurs d'ondes extrêmes Jusqu'à présent, nous avons parlé des capteurs et de la façon d'obtenir les images pour la plupart des longueurs d'ondes (Rayons X proches, UV, lumière visible, Infrarouge). Mais pour obtenir des images dans des domaines de longueurs d'ondes situés sur les extrémités du spectres, les techniques sont différentes. En effet les capteurs photos utilisés ne sont pas sensibles à ces longueurs d'ondes extrêmes que sont les rayons gamma et les ondes radio (tout ce qu'il y a à gauche des Rayons X et à droite des infrarouges sur le spectre). Les ondes radios ont une fréquence suffisamment faible pour détecter directement les variations de champ électromagnétique, autrement dit on peut directement mesurer l'onde électromagnétique en elle-même. Les capteurs mentionnés jusque là (y compris l’œil) utilisent des procédés physico-chimiques qui donnent l'information sur la quantité de lumière de façon indirecte. Les radio-télescopes peuvent alors obtenir directement l'information en intensité et en fréquence en chaque point du ciel. En mesurant cela sur chaque point d'une zone du ciel ils peuvent alors reconstituer une "image radio". Des couleurs artificielles peuvent êtres rajoutées alors selon l'intensité ou les différentes fréquences. Les rayons gamma eux sont trop énergétiques pour être captés par un capteur, ce dernier serait détruit. On utilise alors des procédés indirects avec différents matériaux qui vont selon les procédés employés permettent d'obtenir soit une information en intensité ou en énergie du rayon gamma (ce que fait le satellite Fermi), la encore des couleurs peuvent être ajoutées artificiellement à la manière des autres longueurs d'ondes non-visibles. Conclusion Parler de “vraie” et “fausse” couleur ne veut rien dire. Il faut parler de photos en couleurs visibles et de photos dans telle ou telle gamme de longueur d'onde. Nos yeux, nos appareils photo du quotidien et les caméras des sondes spatiales fonctionnent un peu de la même manière avec des capteurs sensibles à la luminosité et des capteurs/filtre selon les longueurs d’onde. Même si c’est en lumière visible, la longueur d’exposition joue sur l’image finale et n’est pas forcément représentative de ce qu’on peut avoir comme résultat avec l’œil humain. On ne peut pas faire de généralisation “toutes les photos spatiales sont en fausses couleurs” car ça dépend du télescope, des filtres utilisés, de la source (communication grand public ou banque d’image avec toutes les données non retouchées pour les besoins grand public) Amusez vous sur ce site, vous pouvez bouger les curseurs pour voir des images en couleurs visible et dans d’autres couleurs : https://www.nasa.gov/content/explore-light Sources : HiRISE | Camera Technical Specifications WWW.UAHIRISE.ORG ISS: Cassini's High Resolution Imaging Science Camera System CICLOPS.ORG Information about the Imaging Science Subsystem - the two powerful telescopic cameras onboard Cassini. https://pds-rings.seti.org/cassini/iss/COISS_0011_DOCUMENT/iss_data_user_guide_160929.pdf [Quézako?] Cette roue porte-filtres va s'approcher au plus près du Soleil SPACEGATE.CNES.FR CNES Elle est un composant du satellite européen Solar Orbiter. Lancement prévu ces jours-ci. Spitzer Space Telescope Images | NASA WWW.NASA.GOV NASA.gov brings you the latest images, videos and news from America's space agency. Get the latest updates on NASA missions, watch NASA TV... https://ssed.gsfc.nasa.gov/IPM/PDF/1073.pdf Seventeen Cameras on Curiosity | NASA WWW.NASA.GOV This graphic shows the locations of the cameras on NASA's Curiosity rover. The rover's mast features seven cameras: the Remote Micro Imager, part of... https://t.co/iBZXBnN84h?amp=1 Mast Camera (Mastcam) MSL-SCICORNER.JPL.NASA.GOV [NULL] Eagle Nebula’s Pillars of Creation in Infrared | NASA WWW.NASA.GOV In this Hubble Space Telescope image, researchers has revisited one of Hubble's most iconic and popular images: the Eagle Nebula’s Pillars of... Spitzer's View of the Tarantula Nebula | NASA WWW.NASA.GOV This image from NASA's Spitzer Space Telescope shows the Tarantula Nebula in three wavelengths of infrared light, each represented by a...
  2. Tim Todd d'Everyday Astronaut a fait une vidéo bien plus développée que mon article (pas parfait non plus tho) https://youtu.be/C4VHfmiwuv4
  3. ça me fait penser à ce petit thread ou on voit peu de diff entre optimum climatique et petit âge glaciaire à l'échelle de la planète (car c'était à priori spécifique à l'europe) Et celui là plus complet : https://threadreaderapp.com/thread/1027118054717771776.html
  4. Langues Anglais 96/120 (Toefl IBT^^) Breton 0.5/5 Connaissances Systèmes embarqués (c'est ce dans quoi je bosse) donc électronique et programmation en environnement contraint en ressources Aéronautique Astronomie (surtout des connaissances autour des lanceurs, sondes et mécaniques spatiales) Programmation (C, C++) Informatique Photographie (aéronautique mostly) Physique (à partir de là on va dans des connaissances moins poussées) Climat et énergie mécaniques de jeux vidéos Sciences naturelles
  5. Sur Twitter on a une chercheuse qui essaie de vulgariser le sujet https://twitter.com/SciTania Elle a fait une Q&A sur YT
  6. Quand une photo de fusée au décollage avec des gros plans sur les moteurs est publiée, la pollution engendrée et l'empreinte carbone associée est souvent mise sur le tapis. La notion de pollution est ici assez vague et ne veut pas dire grand chose, ce qui rend la réponse compliquée si on ne sait pas de quoi ça parle. Photo du lancement de Ariane 5 VA250 le 26 Novembre 2019 Crédits Image : Trevor Mahlmann Tout d'abord, les pollutions mentionnées peuvent être de plusieurs types : - débris spatiaux (on en parle dans cet article) - déchets dans un endroit où ils ne devraient pas être (les étages qui retombent en mer) - pollution atmosphérique Le présent article traite de ce dernier point. Les carburants Là aussi il n'y a pas de réponse unique. Les constructeurs de fusées conçoivent des moteurs utilisant des carburants différents selon les besoins, et dont les rejets sont donc difficilement comparables. Nous avons : Les fusées à Hydrogène/Oxygène qui rejettent de l'eau (vapeur d'eau) (exemple, la Delta IV Heavy). En général ce carburant est utilisé par ceux qui défendent les fusées et leur impact environnemental. Cependant, ce n'est pas le seul carburant qui existe et cet argument peut être utilisé à tort. Les fusées à RP1/Oxygène. Le RP1 est du kérosène raffiné qui est lui même du diesel raffiné (on a affaire à des molécules comprenant entre 10 et 12 atomes de carbone). Grosso modo on enlève du soufre, on optimise les moteurs bien mieux que pour une voiture (Volkswagen on vous voit). ça émet quand même du CO2 et des particules (CO, NOx, HC) mais proportionnellement moins que la voiture de Monsieur- tout- le-monde (surtout pour les particules soufrées vu qu'on en retire un maximum). Les fusées Soyuz et les Falcon 9/Heavy de SpaceX fonctionnent au RP1. Les fusées à carburant dits hypergoliques (diméthylhydrazine asymétrique (UDMH) et peroxyde d'azote pour les termes techniques). Ce sont des produits très cancérigènes. Les molécules ne contiennent pas beaucoup de carbone donc les émissions de CO2 ne sont pas très élevées. La fusée Proton ou la capsule Crew Dragon utilisent ce carburant. Les boosters à poudre (carburant solide). Ici c'est du perchlorate d'ammonium, de l'aluminium et du polybutadiène. Comme pour le cas précédent, il n'y a pas énormément de carbone dans ces molécules. Les autres produits de combustion étant de l'acide chlorhydrique et de l'alumine. La fusée Vega utilise ce type de carburant. Les futures fusées utiliseront du méthane et de l'oxygène. Ici on émet de l'eau et du CO2 (moins de CO2 que pour le RP1 cependant). Enfin, certaines fusées utilisent une combinaison de ces moteurs comme la navette spatiale ou Ariane 5 (voir image) qui ont des boosters à poudre et un étage principal à l'hydrogène. On a aussi des cas ou l'étage supérieur à un carburant différent du premier. Donc évidemment, cela reste de la combustion et donc dans la plupart des cas (quand du carbone est impliqué dans la réaction chimique) cela rejette du CO2 ; remettons donc cela en contexte. Comparaison à d'autres secteurs Maintenant que nous avons vu quels sont les carburants et leurs impacts, il faut voir l'impact du secteur dans les émissions humaines. Ici on s'intéresse au changement climatique, et donc aux émissions de CO2 (à noter que les émissions de vapeur d'eau, bien qu'un gaz à effet de serre, ne sont pas impactantes car la durée du surplus dans l'atmosphère est court). Supposons le cas le plus défavorable : toutes les fusées fonctionnent au RP1. En 2019 il y a eu 105 lancements. La majorité sont des lanceurs qui pèsent entre 300 et 500 tonnes (Soyuz, Long March 3B, Falcon 9) mais il y a également des lanceurs comme Electron qui font 12.5 tonnes (qui a été tirée 6 fois). Une fusée de 335 tonnes comme l'Atlas V emporte 284 tonnes de carburant dans son premier étage. La proportion entre l'Oxygène et le RP1 étant de 2,5:1, ça nous donne environ 80 tonnes de RP1. Pour comparaison, un avion moyen courrier type A320/737 emporte environ 18 tonnes de carburant. Pour une fusée comme Falcon 9 Block 5, on a 418,7 tonnes de carburant soit 119,6 tonnes de RP1 soit l'équivalent d'un peu moins d'une dizaine de Boeing 737 en quantité de kérosène. Si on considère donc que les 105 fusées lancées en 2019 étaient toutes des Falcon 9, cela correspond à la consommation de carburant d'à peu près 1000 vols moyen courriers. Or, il y a 6000 Boeing 737 en service, ces avions font tous plusieurs vols par jour, et cela ne représente qu'une partie du trafic aérien mondial. L'impact en CO2 des lancements de fusées annuels est alors totalement négligeable devant le bilan carbone de l'aviation en un jour ! Par ailleurs, les transports ne représentent "que" 14% des émissions totales équivalent CO2 (PRG à 100 ans). Dans lesquels il faut compter avions, camions, navires et voitures (pour rappel, le parc mondial automobile émet trois fois plus que le parc mondial de l'aviation). Exemple d'étude Aux USA, la FAA (la Federal Aviation Administration) a publié une étude (disponible ici) de 200 pages sur l'impact environnemental du test d'abandon en vol de la capsule Crew Dragon qui a eu lieu le 19 Janvier 2020 (donc RP1 comme carburant pour le premier étage et carburant hypergolique pour la capsule). Y sont abordés : l'impact sur la qualité de l'air mais également l'impact sonore, l'impact sur l'eau, sur la faune et la flore ... Concernant l'impact atmosphérique, plusieurs gaz sont étudiés (ozone, monoxyde de carbone, dioxyde de carbone). La FAA indique : Concernant l'impact sur le climat, la FAA indique : Pour conclure, oui, une seule fusée émet beaucoup plus qu'une voiture, mais il y a tellement moins de vols par an que de voitures en circulation dans le monde que les ordres de grandeur des parcs de moyens de transport dans leurs ensemble placent les fusées à un niveau insignifiant en terme de pollution. A noter que pour rappel, on a pris un cas défavorable dans l'article où toutes les fusées utilisent du RP1, ce qui n'est pas le cas dans la réalité. Sources : Pour les différents carburant Pour les fusées Atlas et Delta IV Heavy : ULA | United Launch Alliance WWW.ULALAUNCH.COM Pour les fusées Falcon : https://www.spacex.com/falcon9 La masse de carburant dans une Falcon 9 : SpaceX Falcon 9 v1.2 Data Sheet WWW.SPACELAUNCHREPORT.COM Les lancements de 2019 : Les lancements orbitaux en 2019 REVES-D-ESPACE.COM Au total : 102 lancements dont 5 échecs A mi-année, les Etats-Unis étaient en tête, de 2 lancements devant la Chine (lancements étatiques et... 2019 en astronautique — Wikipédia FR.WIKIPEDIA.ORG Répartition des gaz à effet de serre par secteur économique (p.47) : https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/SYR_AR5_FINAL_full.pdf
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