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Theo1

La lumière nous parvenant du ciel est un mélange d’ondes de diverses fréquences et d’intensités différentes. Par exemple, les étoiles émettent un rayonnement électromagnétique continu étant donné qu’elles agissent comme des corps noirs. La lumière des étoiles n’est cependant pas le seul rayonnement qui nous parvient la nuit. Ainsi, certains phénomènes naturels provoquent une émission de lumière à des longueurs d’onde précises. Par exemple, la lumière zodiacale est produite par la réflexion de la lumière du Soleil par les particules de poussière dans le système solaire. Ces poussières, essentiellement des grains de matière éjectés par des commettes, sont agglomérées en forme de lentille centrée sur le Soleil et s'étendant bien au-delà de l'orbite de la Terre. L’interaction de la lumière solaire avec ces particules provoque une émission spectrale caractéristique. Aussi, le ciel émet naturellement une lumière nocturne. Elle est causée par divers phénomènes physiques se produisant dans la haute atmosphère. L’origine de cette lumière est complexe, mais on peut l’attribuer à la chimiluminescence qui résulte de réactions chimiques entre diverses molécules dans la thermosphère. Le Soleil casse certaines de ces molécules pendant le jour et leur recombinaison nocturne est accompagnée d'une émission lumineuse. Bref, quelques phénomènes optiques naturels produisent une émission lumineuse particulièrement intense à certaines longueurs d’onde durant la nuit. La pollution lumineuse, quant à elle, est causée par les émissions lumineuses de nos villes. Ainsi, quand de nombreux rayons de lumière sont dirigés vers le ciel, ceux-ci sont en partie réfléchis par l’atmosphère en direction du sol. Cette diffusion est explicable grâce aux modèles de diffusion de Mie et de Rayleigh. En effet, la lumière provenant du sol percute des particules de l’atmosphère telles des molécules de gaz ou des particules d’aérosol. Lorsque les ondes électromagnétiques frappent les molécules, elles sont diffusées de façon élastique. De complexes processus d’interférence peuvent alors survenir entre les ondes. Nous faisons l’hypothèse qu’une loi empirique (équation 1) permet de modéliser un tel processus de diffusion. Ainsi, si on envoie un faisceau de lumière de luminance énergétique LE et de longueur d’onde λ vers le ciel, la luminance LE’ diffusée vers le sol satisfera l’égalité suivante :

{#LE’(\lambda) = LE(\lambda) c \lambda^{\alpha} #} (1)

où c et α sont des constantes dépendant de l’atmosphère et de la direction observée. Nous croyons que cette égalité est valable, car les diffusions de Rayleigh et de Mie suivent une loi exponentielle en λ. Puisque les faisceaux diffusés masquent la lumière nous parvenant des étoiles. La pollution lumineuse réduit donc grandement les capacités instrumentales en astronomie. En plus de toutes ces ondes électromagnétiques, un rayonnement cosmique heurte la Terre à tous les instants. En effet, le rayonnement cosmique est un déplacement de noyaux atomiques et de particules à haute énergie dans le vide de l'espace. Ce flux contient à la fois des particules chargées et des particules neutres. On y retrouve donc des protons (entre 85 et 90%), des noyaux d'hélium (de 9 à 14%), des électrons, des nucléons et de petites quantités d'antimatière. On y trouve aussi des rayons gamma et des neutrinos. Les rayons cosmiques primaires ont une énergie pouvant atteindre 10²⁰ eV. Lorsqu'elles entrent dans l'atmosphère, ces particules à très haute énergie peuvent percuter des molécules et entraîner une cascade atmosphérique. Au cours de cette réaction en chaîne, les particules ayant beaucoup d'énergie peuvent en percuter des centaines d'autres. Au final, une quantité importante d'électrons, de muons et d’hadrons atteint donc le sol. Ces particules, ainsi que les neutrinos du flux cosmique primaire, peuvent avoir une énergie assez grande pour traverser nos appareils (même quand les caméras ont leur obturateur fermé) et frapper nos capteurs CCD. Lorsqu'un tel phénomène se produit, les capteurs enregistrent une intensité lumineuse anormalement élevée et ces données aberrantes doivent être exclues. En somme, durant la nuit, un spectre d’émission continu dû aux étoiles ainsi que des raies spectrales naturelles sont captées par nos récepteurs. Nous enregistrons également des raies de pollution lumineuse et de l’interférence due aux rayons cosmiques.