Projet MASCOT Mini All-Sky Cloud Observation Tool Cahier des charges

Le projet

Ce travail s'est déroulé sur six mois à l'Observatoire du Cerro Paranal, au Chili. J'ai été chargé du dévelopement d'un système d'imagerie du ciel entier, sous la responsabilité de Jean-Gabriel Cuby et de Pedro Mardones.
Le but de l'instrument est de fournir aux astronomes une évaluation de la qualité du ciel et des nébulosités, afin de compléter le système de surveillance météo déjà en place.
L'idée était de mettre au point un système donnant une image actualisée du ciel, avec la meilleure couverture angulaire possible et un rythme de prise de vues rapide.

Méthodes de détection des nuages

Il y a deux principales méthodes pour détecter les nébulosités, en utilisant un détecteur Infra-Rouge ou Visible. Le contraste des images sera basé sur:

	Emission thermique des nuages: 8-12 um (IR)
	Extinction d’émission atmosphèrique: 1-2 um (IR)
	Extinction fond du ciel et emission atmosphérique: 0.4-1um (VIS)

Détection Infra-Rouge

Les nuages sont facilement détectables en lumière Infra-Rouge. Le principal avantage étant que cette détection est "insensible" au jour ou à la nuit. En revanche, les inconvénients sont multiples:

• Les nuages de haute-altitude (froids) sont plus difficiles à détecter;
• Le système de détection est généralement complexe et coûteux (nécessite refroidissement cryogénique);
• Il est difficile d'avoir un système couvrant le ciel entier (optiques silicone chères ou miroirs dorés et système de scans);
• La pollution lumineuse ne peut pas être détectée;

Détection Visible

La détection Visible est généralement réalisée avec un détecteur CCD, et est basée sur l'extinction du fond de ciel par les nuages. Lorsque la Lune est présente, les nuages sont illuminés et apparaissent plus brillants que le fond du ciel. Par rapport à l'IR, les avantages sont les suivants:

• Prix plus abordable, tailles plus importantes;
• Résolution spatiale plus importante;
• Détection de la pollution lumineuse;
• Détection de "l'airglow" (émission atmosphérique);
• Optiques grand-angle standard disponibles;
• Pas de refroidissement cryogénique;

Spécifications

Le choix s'est finalement porté sur un système CCD; les principales contraintes étant les suivantes:

• Possibilité de fonctionner en extérieur au Paranal (chaud/froid, pluie/neige);
• Images disponibles quelle que soit la phase lunaire;
• Fonctionnement entièrement automatique;
• Vue du ciel-entier, si possible sur 180° (vue hémisphérique "horizon-à-horizon");
• Interface utilisateur: contrôle de la caméra et visualisation des images;

De plus, ce système devait être simple et facile à développer, à un coût raisonnable.

Ci-dessous, un schéma de principe du système:

Une spécificité supplémentaire exigeait que le système puisse fonctionner sur un environnement Linux/UNIX et qu'il s'intègre facilement au VLT Software, le système informatique du Paranal.

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Description technique