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GTEP (Groupe de travail sur les éphémérides planétaires)

GTEP (Groupe de travail sur les éphémérides planétaires). Réduction des données laser-Lune. Jeudi 9 Mars 2006 Observatoire de Paris Département SYRTE Equipe Lune. Plan de l'exposé :. Les observations laser-Lune. Le calcul des résidus. Les résidus et les résultats.

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GTEP (Groupe de travail sur les éphémérides planétaires)

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Presentation Transcript

  1. GTEP (Groupe de travail sur les éphémérides planétaires) Réduction des données laser-Lune Jeudi 9 Mars 2006 Observatoire de Paris Département SYRTE Equipe Lune

  2. Plan de l'exposé : Les observations laser-Lune. Le calcul des résidus. Les résidus et les résultats.

  3. Observation laser-Lune • Une « observation laser-Lune » est, à une date donnée t0, • la durée t (moyennée sur une dizaine de minutes) entre : • l'émission d'une impulsion laser depuis une station terrestre • vers des rétro-réflecteurs à la surface lunaire et • sa détection au retour sur terre par la même station • (ou une station voisine).

  4. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre Station de Calerne (Grasse, France)

  5. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre • Un laser

  6. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre • Une impulsion laser • Un rétro-réflecteur sur la Lune • 45 cm x 45 cm

  7. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre Wettzell Grasse (1984-2004) 10210 Shanghai Matera (2003-2004) 15 Mac Donald (1972-...) 5261 Apollo (Oct. 2005-... ) Haleakala (1987-1990) 448 Canberra

  8. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre

  9. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre • Une impulsion laser Sur la distance aller-retour Terre-Lune 1 ns 15 cm 0.2 ns temps t0 18 10 Photons par impulsion = 532 nm (vert)

  10. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre • Une impulsion laser 0.2 ns 0.2 ns 0.2 ns 0.2 ns 2.9 ns temps t0 t0 Train d'impulsions = 10 impulsions successives Un train d'impulsions chaque seconde durant une dizaine de minutes

  11. Emission d'une impulsion laser à l'instant t0 daté sur une horloge atomique

  12. Diamètre spatial de l'émission 1.5 m (= D. Télescope) • 1.5 m • 1.5 m

  13. Diamètre spatial de l'émission 1.5 m (= D. Télescope) • Divergence du laser 0.64 " d'arc • 0.64 " • 1.5 m

  14. Diamètre spatial de l'émission 1.5 m (= D. Télescope) • Divergence du laser 0.64 " d'arc • Diamètre de la tâche d'Airy due à la diffraction du télescope 0.16 " d'arc • 0.64 " • 0.16 " • 1.5 m

  15. Diamètre de la tâche d'Airy à la surface de la Lune • 320 m • 1.3 km • 1.5 m • 360 000 km

  16. Diamètre de la tâche d'Airy à la surface de la Lune SANS ATMOSPHERE • 320 m • 1.3 km • 1.5 m • 360 000 km

  17. AVEC ATMOSPHERE • 320 m • 10 km • 1.5 m • 360 000 km

  18. Observation laser-Lune • Un télescope sur Terre • Une impulsion laser • Un rétro-réflecteur sur la Lune • 45 cm x 45 cm

  19. Lunakhod 1 (lost) Lunakhod 2

  20. Observation laser-Lune Rendement de l'instrument

  21. Observation laser-Lune Rendement de l'instrument -9 Surface Réf. / Surface Imp. = 10

  22. Observation laser-Lune Rendement de l'instrument -9 Surface Réf. / Surface Imp. = 10 18 9  sur les 10 photons d'une impulsion , 10 repartent vers la Terre

  23. Observation laser-Lune Rendement de l'instrument -9 Surface Réf. / Surface Imp. = 10 18 9  sur les 10 photons d'une impulsion , 10 repartent vers la Terre Imperfection des coins de cube et de l'atmosphère

  24. Observation laser-Lune Rendement de l'instrument -9 Surface Réf. / Surface Imp. = 10 18 9  sur les 10 photons d'une impulsion , 10 repartent vers la Terre Imperfection des coins de cube et de l'atmosphère diamètre de la tâche de l'impulsion au retour sur Terre = 25 km

  25. Observation laser-Lune Rendement de l'instrument -9 Surface Réf. / Surface Imp. = 10 18 9 sur les 10 photons d'une impulsion , 10 repartent vers la Terre Imperfection des coins de cube et de l'atmosphère diamètre de la tâche de l'impulsion au retour sur Terre = 25 km -11 Surface Tél. / Surface Imp. = 10

  26. Observation laser-Lune Rendement de l'instrument -9 Surface Réf. / Surface Imp. = 10 18 9 sur les 10 photons d'une impulsion , 10 repartent vers la Terre Imperfection des coins de cube et de l'atmosphère diamètre de la tâche de l'impulsion au retour sur Terre = 25 km -11 Surface Tél. / Surface Imp. = 10 18 sur les 10 photons d'une impulsion , 0,01 sont détectés sur Terre

  27. Observation laser-Lune Précision d'un écho

  28. Observation laser-Lune Précision d'un écho • précision du détecteur de départ : d = 6 ps • précision du détecteur de retour : r = 40 ps • imprécision due à la largeur d'impulsion : i = 60 ps • précision des dateurs : dat = 10 ps

  29. Observation laser-Lune Précision d'un écho • précision du détecteur de départ : d = 6 ps • précision du détecteur de retour : r = 40 ps • imprécision due à la largeur d'impulsion : i = 60 ps • précision des dateurs : dat = 10 ps • imprécision due à la traversé de l'atmosphère : atm = 0 à 150 ps

  30. Observation laser-Lune Précision d'un écho • précision du détecteur de départ : d = 6 ps • précision du détecteur de retour : r = 40 ps • imprécision due à la largeur d'impulsion : i = 60 ps • précision des dateurs : dat = 10 ps • imprécision due à la traversé de l'atmosphère : atm = 0 à 150 ps • imprécision due à l'orientation des rétro-réflecteurs : ref = 135 ps ( = 8°) Direction de la Terre 

  31. Observation laser-Lune Précision d'un écho • précision du détecteur de départ : d = 6 ps • précision du détecteur de retour : r = 40 ps • imprécision due à la largeur d'impulsion : i = 60 ps • précision des dateurs : dat = 10 ps • imprécision due à la traversé de l'atmosphère : atm = 0 à 150 ps • imprécision due à l'orientation des rétro-réflecteurs : ref = 135 ps ( = 8°) Total = 220 ps Soit 3 cm

  32. Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes

  33. Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes

  34. Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes

  35. Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes

  36. Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes Précision théorique d'un point normal (60 échos) PN = Total /√Nechos = 220 / √60 = 28 ps Soit 4 mm

  37. Observation laser-Lune Point normal sur 10 minutes Précision théorique d'un point normal (60 échos) PN = Total /√Nechos = 220 / √60 = 28 ps Soit 4 mm Précision observée d'un point normal (60 échos) PN(obs) = 170 ps Soit 2.5 cm

  38. Observation laser-Lune

  39. Observation laser-Lune

  40. Observation laser-Lune

  41. Observation laser-Lune

  42. Observation laser-Lune

  43. Observation laser-Lune

  44. Le calcul des Résidus

  45. Le calcul des Résidus L(t1) R(t1) B G(t1) T(t1) O(t1) • Calculs • t1 : Instant de l’émission (TDB) • Observations • t1’ : Instant de l’émission (UTC) • DT : Temps de lumière (aller-retour) (TAI)

  46. Le calcul des Résidus L(t2) R(t2) R(t0) B G(t2) G(t0) T(t2) O(t2) O(t0) • Calculs • t1 : Instant de l’émission (TDB) • t2 : Instant de la réflexion (TDB) • Observations • t1’ : Instant de l’émission (UTC) • DT : Temps de lumière (aller-retour) (TAI)

  47. Le calcul des Résidus L(t3) R(t3) R(t1) R(t0) G(t3) B B G(t0) T(t3) O(t3) O(t1) O(t0) • Calculs • t1 : Instant de l’émission (TDB) • t2 : Instant de la réflexion (TDB) • t3 : Instant de la réception (TDB) •  DTC : Temps de lumière calculé (TAI) • Observations • t1’ : Instant de l’émission (UTC) • DT : Temps de lumière (aller-retour) (TAI)

  48. Les étapes du calcul des Résidus Première étape : Passage de la date d'émission observée t1' en Temps Universel Coordonné (UTC) à t1 en Temps Dynamique Barycentrique (TDB) Les changements d'échelle de temps DT0 = TT-UTC = (TAI +32.184s) -UTC (TAI-UTC publié par l'IERS) DT1 = TDB-TT (fourni par les théories planétaires)

  49. Les étapes du calcul des Résidus Deuxième étape : Calculs de l'instant t2 de réflexion de l'impulsion par le rétro-réflecteur en Temps Dynamique Barycentrique (TDB) Les Corrections du temps de lumière DT3 = Correction relativiste (déviation gravitationnelle des rayons lumineux) DT4 = Correction de réfraction (troposphère)

  50. Les étapes du calcul des Résidus Deuxième étape : les composantes des vecteurs BG(t) Coordonnées barycentriques du Barycentre Terre-Lune (JPL, ou VSOP2000 ou INPOP) GT(t) =( mL/(mT+mL) TL ) (solution ELP MPP 02 ou INPOP) TL(t) Coordonnées géocentriques de la Lune (solution ELP MPP 02 ou INPOP) LR(t) Coordonnées sélénocentriques des réflecteurs (libration de la Lune MOONS +comp. analytiques ou INPOP) TO(t) Coordonnées géocentriques des stations LLR calculées à partir des éléments suivants : Coordonnées des stations dans un repère terrestre Cordonnées du pôle obtenues à partir des valeurs de l'IERS Temps sidéral (Aoki) corrigé de la constante de la précession Nutation (Herring, convention IERS 1996) Précession (Williams 1994) corrigée avec les dérivées (Simon et al. 1994) Corrections relativistes pour le passage d'un KGRS à un BRS Corrections dues aux marées terrestres Corrections dues aux marées océaniques Corrections dues à la pression atmosphérique

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