Le radiotélescope est un instrument qui repose sur l’utilisation de matériels et de logiciels qui sont passés en revue dans les chapitres correspondants.
Le radiotélescope situé dans le parc de la Villette procède à l’écoute permanente des signaux en provenance de l’espace, de notre propre galaxie ou de sources radio extragalactiques. C’est pourquoi le projet de l’association Dimension Parabole se nomme ‘Le chant des Etoiles’.
Cependant vous n’entendrez le plus souvent aucun son si ce n’est du bruit si vous ouvrez les récepteurs radio connecté sur l’antenne en forme de paraboloïde du radio télescope.
L’explication est simple : les signaux radio envoyés par la Voie Lactée (notre Galaxie) et les radio sources sont surtout du bruit qui ressemble au souffle d’une radio FM quand on se trouve en dehors de la fréquence d’une station radio. Il existe une exception, les pulsars qui envoient des impulsions qui peuvent se traduire par des notes de différentes hauteurs selon leur fréquence.
Comme vous pourrez le comprendre à la lecture du chapitre suivant et des différentes pages du site, ces bruits peuvent être analysés avec de procédés de filtrage et de calculs numériques qui servent à en extraire des informations scientifiques.
Toutefois il est possible de générer des sons qui représentent la traduction sonore des spectrogrammes quotidiens. Ceci est une expérimentation destinée à traduire musicalement les signaux en provenance de l’hydrogène neutre galactique. Ainsi nous espérons répondre de manière un peu moins décevante à la question fréquemment posée : qu’est-ce que vous entendez ? En effet les signaux capturés par les récepteurs du radiotélescope sont d’une manière ou d’une autre du bruit à plus ou moins large bande. L’attribution d’une note en fonction de la fréquence du spectre apportera une nouvelle dimension au projet le « Chant des Etoiles ». Cliquez sur ce lien pour écouter la mise en musique expérimentale du spectrogramme du 17 juillet 2021. Une minute sur le spectrogramme se traduit par six secondes de « musique » et les fréquences spectrales qui correspondent aux vitesses de -100 à +100 Km/s son traduites en tonalités de 500 à 2500 Hz. L’intensité des raies spectrales module les sons en amplitude.
Voici quelques explications sur la méthodologie mise au point ces trois dernières années par l’équipe du projet le ‘Chant des Etoiles’ pour réaliser nos observations radio astronomiques. Avant tout nous avons eu la chance de pouvoir alimenter le préamplificateur situé sur la source en tête donc inaccessible en appliquant une tension continue via le câble coaxial. Ensuite il a fallu réparer le moto-réducteur de déclinaison. Ensuite dépanner le codeur optique de déclinaison. Enfin sécuriser l’attache rompue d’un des quatre haubans. Le radiotélescope ayant été précisément calibré en effectuant des mesures de niveaux de réception sur le Soleil et d’autres radiosources, la précision angulaire actuelle de l’alignement est meilleur que 0,5 degrés. Très simplement, la position des ‘objets célestes’ est repérée par leurs coordonnées suivant deux directions, l’ascension droite et la déclinaison. L’antenne à monture équatoriale est commandée à distance par logiciel en temps réel ou en différé. Dans le premier cas, avec l’aide de l’application d’astronomie Cartes du Ciel (SkyChart), le client pointe avec sa souris sur un objet et commande un ‘Goto’. La requête est transmise au logiciel serveur sur le site du radiotélescope (ou sur le simulateur du radiotélescope). Le serveur transmet la requête au pilote logiciel qui commande la mise en route des moteurs dans les directions calculées par le programme. L’utilisation de l’API INDI dédiée au pilotage des télescopes a grandement simplifié le développement de tous les logiciels du projet (Une API est un ensemble de définitions et de protocoles qui facilite la création et l’intégration de logiciels d’applications. API est un acronyme anglais qui signifie « Application Programming Interface », que l’on traduit par interface de programmation d’application.). Une fois arrivé en position, le pilote logiciel qui connaît en permanence l’orientation de l’antenne grâce aux codeur optiques fixés sur les deux axes de la monture équatoriale, provoque l’arrêt des moteurs d’ascension droite et de déclinaison et enclenche le moteur de poursuite de manière à ce que l’antenne reste sur l’objet visé malgré le mouvement lent de rotation de la Terre.
Lorsqu’une série d’observations est programmée, un logiciel spécifique est utilisé qui provoque les différents déplacements aux heures, dans les directions et pendant la durée choisies. Dans sa dernière version l’application écrite en Python positionne l’antenne du radiotélescope et attend que l’objet visé arrive dans le domaine d’observation du radiotélescope. Ainsi il est possible d’effectuer jusqu’à 6 heures d’observations de nuit sans avoir à veiller tard pour lancer le programme. Plusieurs récepteurs sont actifs en parallèle. La réception dans une gamme de fréquence de 6 MHz centrées sur la raie spectrale de l’hydrogène neutre HI à 1420,4 MHz est permanente 24/24h. L’enregistrement des signaux débute à la minute entière et se poursuit pendant 40 secondes. Au cours des quelques secondes suivantes, le calcul des puissances spectrales sur 6 MHz est effectué et les spectres résultants sauvegardés sur disque. Au moment des observations spécifiques, le logiciel de pilotage de l’antenne écrit un fichier journal dans lequel sont notés les heures et les positions observées minutes après minutes. La stratégie choisie pour les observations est la suivante. Une grille de X sur Y points espacés de Z degrés est parcourue selon deux directions centrées sur la direction de l’objet astronomique visé. Voici un exemple de début et de fin fichier journal lors de l’observation de M1 le 29-01-2021. Ici la cible est la radiosource Taurus A dans la nébuleuse du Crabe M1. La grille parcourue comporte 19 x 19 régions espacées de 0,2 degrés. La durée choisie pour chaque observation est d’une minute. La campagne d’observation a commencée à duré 6 heures, commencée à 17h29 elle s’est terminée à 23h29.
2021-01-29T23:29:00+00:00,0,5.47667,23.82750
Connaissant les heures et les directions d’observation, une série d’applications peut récupérer les données spectrales brutes sauvegardées et effectuer les différents filtrages et calculs des cartes RA/DEC qui traduisent la puissance du signal en provenance de Taurus A rapportée ici.
Que le radiotélescope soit arrêté ou en mouvement, des spectrogrammes quotidiens sont calculés en parallèle, filtrés, normalisés et traduits sous formes d’images colorées à côté de graphiques montrant la température de différents points de la chaîne de réception et les positions angulaires RA/DEC.
Description par Patrick F1EBK / W6NE des processus d’orientation du radiotélescope
29 décembre 2022
Pour la réception de radiosources
- Mode transit (réalisé par un client PyIndi) :
Ce mode est particulièrement simple, car il consiste à viser (avec une certaine avance) un objet, on coupe tout déplacement, et on laisse la terre faire le reste…
Ce mode très prisé des radio-astronomes est limité par la vitesse de rotation de la terre (0.25°/mn). Avec un angle d’ouverture de 1.5°, cela signifie qu’un objet traverse le lobe de l’antenne en 6mn.
- Mode Tracking (mode poursuite natif) :
Une fois arrivé dans la position souhaitée, on active le moteur de poursuite, et la monture compense la rotation de la terre.
Ceci permet des mesures sur de grandes durée (théoriquement jusqu’à 8h).
- Mode matrice (réalisé par des clients PyIndi) :
Ce mode est utilisé pour réaliser des ‘images’ en très faible résolution. L’utilisation de ce mode est bien adapté pour la cartographie de sources étendues.
Le principal inconvénient de cette technique est le temps pris pour parcourir la matrice. Nous avons tenté de parcourir des matrices plus grandes sur plusieurs jours.
Pour d’autres applications
- EME (Earth – Moon – Earth). Pour pouvoir effectuer des communications radio par réflexion sur la Lune il faut orienter le télescope vers le satellite naturel de la Terre et le suivre en tenant compte non seulement de la rotation de la Terre mais également du mouvement propre de la Lune qui fait le tour de la Terre en un peu plus de 27 jours (27,321). Cela nécessite des calculs spécifiques, comme pour les planètes et il existe pour ces cibles une application dédiée en Python. La chaîne de réception EME est dérivée en parallèle par rapport aux voies radioastronomie afin d’éviter le filtrage de la fréquence 1296 MHz.
- Satellites. Le radiotélescope n’est pas vraiment pratique pour le suivi de satellites malgré le gain important de l’antenne qui procure un bon avantage. Les vitesses de déplacement des satellites défilants à orbites basses sont trop rapides sauf lors de passages quasiment à l’horizon. Les satellites à orbites moyennes, moins rapides, sont à la portée du radiotélescope. Gpredict est une application spécialement écrite pour suivre les satellites et peu s’interfacer avec le logiciel d’orientation du radiotélescope. Certains satellites géostationnaires peuvent être visés par le radiotélescope et ne se déplacent pas dans le ciel. Le moteur de poursuite est utile une fois l’antenne dirigée vers le satellite. Pour tous les satellites il n’est possible de les écouter que si leur fréquence d’émission n’est pas trop éloignée de la bande pour laquelle le radiotélescope et la chaîne de réception ont été prévus. De ce fait, les chaînes de réception décrites plus loin ne peuvent servir du fait de la présence d’un filtre a cavité centré sur 1420MHz et d’un filtre de bande de 50MHz dans la chaîne. Il faut utiliser soit le Bureau Windows 10 de eme.f4klo soit le websdr qui reçoivent sur une voie différente des chaînes radioastronomie.
Description par Rémi F6CNB / N5CNB des chaînes et processus de réception des voies radioastronomiques et de leurs avenir
Mise à jour le 28 décembre 2022
Il y a deux chaînes d’acquisition RA. La partie analogique est identique sur les deux chaînes (préamplificateurss, filtre à cavité…).
Le signal sur les deux chaînes est digitalisé via un SDR Pluto asservi GPS.
Les PC sdr5.f4klo et acq.f4klo sont des machines puissantes EXCLUSIVEMENT réservées pour les mesures RA (Pas de développement sur ces machines).
SDR5.F4KLO fournit de façon permanente les acquisitions, les courbes et les spectrogrammes pour la page temps réel de f4klo.ampr.org.
Une acquisition de 40s@6Msps et centrée sur 1419.35MHz est faite au début de chaque minute. Une FFT moyenne de 8192points est faites sur cette acquisition.
Chaque FFT est stockée dans un fichier au format CSV. Elle correspond au temps hh:mm:20. Ces fichiers sont archives une fois par jour
Le spectre sauvegardé est brut (pas de filtrage, d’élimination de fréquences parasites…)
La FFT est ensuite traitée en octave pour l’affichage des spectres, transits et spectrogramme.
L’application principale est la mesure du H1.
Ce système présente un certain nombre de désavantages :
- Le Pluto est réinitialisé à chaque acquisition et il recalcule les coefficients d’élimination de la raie parasites centrales. Ceci peut entraîner de faible variation de gain.
- L’acquisition n’est pas continue ce qui limite ou complique les applications (par exemple pulsar ou matrice (même si je ne vois pas l’intérêt de la matrice)).
- Les paramètres d’acquisitions ne peuvent pas facilement être changes.
- La fréquence 6MHz est légèrement au-dessus de la limite du système. Heureusement les buffers d’acquisition limitent les problèmes.
ACQ.F4KLO est encore en cours de développement. Elle permet aux utilisateurs de programmer les paramètres d’acquisition via une page web ce qui évite les accès ssh via tunnel…….
Pour le moment il y a trois options :
- Normal (accueil) permet à l’utilisateur de programmer une acquisition avec les paramètres de son choix et vérifier la qualité de la mesure (offset, max, min et spectre) puis de télécharger les résultats (données brutes ou FFT moyenne toutes les 10s pour un traitement ultérieur. (ATTENTION les deux premières colonnes du jour et de l’heure sont remplacées par une colonne avec le temps UNIX (secondes depuis 1970)).
- Transit est similaire à Normal mais fait un traitement du transit et affiche le résultat à la fin de l’acquisition. A plus long terme la parabole sera positionnée automatiquement pour le transit en fonction de la source choisie. Cela évitera l’utilisation directe par l’utilisateur de ctrldish.f4klo, des tunnels et autres… Les paramètres par défaut sont optimisés pour un transit.
- Pulsar est optimisé pour la détection d’un pulsar. A la fin de l’acquisition un pré traitement est effectue pour limiter la taille des données. Les données brutes ne sont pas disponibles pour les utilisateurs (fichiers > 100Go). Le traitement complet devrait être disponible prochainement. De même à long terme, la parabole sera contrôlée par cette page web.
Les données de acq.f4klo ne sont pas archivées et sont effacées le surlendemain de jour d’acquisition à 1h00 UTC.
Les pages web de acq.f4klo peuvent être contrôlée par un script depuis une autre machine (voir les essais de FXH)
Bibliographie
Radiotélescope du Parc de La Villette 