Demande d'aide technique - propriétés de la lumière (pour Mars)

[Christophe Pellier 8 855]

JN à tous !
Je poste un message pour voir si par hasard certains d'entre vous ne pourraient pas m'aider à comprendre avec exactitude le texte suivant, paru dans un rapport d'observation de Mars en 2003 au Japon (pas dispo sur le web il me semble). Il est question de l'utilité du filtre vert pour détecter les tempêtes de poussière :
" for more convincing detection, it is empirically known that one should use green-filtered images together. The imaginary part of dust refractive index reaches the minimum at 700 nm and the lights around the wavelenght are scarcely absorbed, while the sunlight incident becomes strongest around 500 nm. In shorter wavelenghts, the surface albedo becomes smaller. These are the reasons why it is said that dust clouds (...) usually appear distinctive in green".

Alors voilà, je sais ce que le texte veut dire dans sa globalité : les nuages de poussières apparaissent plus contrastés dans le vert (500 nm) en raison du faible albédo de la surface dans cette couleur (effet de contraste) alors que c'est pourtant à la limite du proche IR (700 nm) que l'albédo de la poussière est au max. Mais j'aimerais pouvoir expliquer avec des mots plus abordables les expressions en gras ci-dessus ? Qui peut m'aider ?
Merci d'avance, et ne vous goinfrez pas trop ce soir
Christophe
PS c'est pour le "rapport Mars 2005", en cours de rédaction

[Ce message a été modifié par Christophe Pellier (Édité le 24-12-2006).]

[Christophe Pellier 8 855]

Je retente ma chance maintenant que les astrosurfeurs ont digéré la dinde...

[scopemania 0]

je crois que déjà il y a un loupé dans la traduction du Japonais à l'Anglais...

[Christophe Pellier 8 855]

Je crois que les auteurs ont écrit directement en anglais. Mais effectivement, même quand on lit bien l'anglais ça semble un peu pas trop clair...

[PascalS 0]

Une explication peut - être ici (voir la partie dispersion/absorption):
http://en.wikipedia.org/wiki/Refractive_index

Un peu tard pour être sûr d'avoir bien compris, les nombres complexes cela commence à dater

Pascal

[Ce message a été modifié par PascalS (Édité le 28-12-2006).]

[François Emond 3]

Salut Christophe,

Au départ j'ai tenté de comprendre ce qui est raconté dans l'article en anglais... sans succès car ce n'est vraiment pas clair (ok, je ne suis pas bilingue, mais quand même...).
Bon, ensuite, comme je connais la théorie j'ai essayé de recoler les morceaux... mais, franchement ce n'est pas la peine de se donner ce mal, car, finalement, cela ne me semble pas bien compliquer à expliquer : je vais essayer faire simple.

Bon, avant, histoire de t'embeter un peu (ou pour te préciser les choses) un peu de théorie quand même :

Ce qu'il faut savoir, et qui est rappelé vite fait dans le lien donné, c'est que l'indice de réfraction d'un milieu matériel diélectrique (en première approximation dans les milieux "simples" - l'air, l'eau, le vide, etc - c'est un nombre ordinaire que l'on peut relier à la vitesse de propagation des ondes électromagnétiques) peut être représenté, d'un point de vue phénomènologique, par une nombre complexe : n = no + i* k (mais non, tu ne vas pas devoir te replonger dans tes cours de maths ; i est ici le nombre imaginaire tel que i² = -1 ) ; no, l'indice de réfraction "habituel", jouant le même rôle que celui cité précédemment (donc relatif à la vitesse de propagation), tandis que k (indice d'extinction) décrit l'absorption de l'onde (no et k dépendent, de manière générale de la fréquence de l'onde ; le premier terme décrit alors le phénomène de dispersion responsable de la décomposition de la lumière blanche en ses couleurs constitutives, le second, comme dit plus haut, montre que l'amplitude de l'onde décroît au fur et à mesure de la propagation : c'est l'absorption).

Interessons nous au deuxième terme puisque c'est celui auquel l'article se réfère :

Plus k est grand (plus le matériau est polarisable pour une fréquence donnée) plus l'onde est absorbée (décroissance exponentielle), évidemment, si k est petit l'absorption est faible, voire négligeable (fenêtre de transparence).

En général, les choses ne sont pas simples et la courbe décrivant la dépendance de k en fct. de la longueur d'onde est une fonction définie par morceaux (un matériau un absorbe en général plusieurs longueurs d'onde), chaque partie présentant un minimum relatif (et un maximum) pour une certaine fréquence, caractéristique du milieu traversé.

Voilà, j'en ai fini avec la théorie... c'était juste pour situer les choses.

Ici on te raconte que k, pour les poussières susceptibles d'être projeté dans l'atmosphère de Mars, admet un minimum pour ~ 700 nm, soit dans le proche infrarouge. Ce qui veut dire, concrêtement, que la lumière solaire diffusée par la surface de Mars n'est que peu absorbé pour cette longueur d'onde. De plus, Mars réémettant globalement dans le rouge et l'IR plus que dans les autres longueurs d'onde il est clair que les poussières ne peuvent pas être détectées facilement (contraste très faible) dans le proche infrarouge... tu le sais bien, l'observation dans l'infrarouge permet de "percer" les nuages de poussières.

Maintenant, en dehors de cette "fenêtre de transparence" des poussières dispersées dans l'atmosphère, l'absorption est beaucoup plus grande... en particulier dans le vert, vers 500 nm (mais pas forcément plus à cette longueur d'onde qu'à une autre, je n'en sais rien il faut rechercher des infos précises à ce sujet pour en dire plus).
La surface de Mars est "aveuglante" dans le rouge et le proche IR... qu'à cela ne tienne, on prend un filtre vert.

Pourquoi cette couleur ? Et bien parceque cela correspond, globalement, à la couleur complémentaire de celle de la surface de Mars (rappel : si Mars apparaît rouge pour l'observateur c'est que les matériaux de surface absorbent principalement dans le vert, cette couleur est donc faiblement réémise vers nous). Du coup, avec ce filtre la surface de Mars est passablement "éteinte", et comme la poussière absorbe bien cette longueur d'onde l'effet de contraste est optimal (tout ceci, bien sûr est essentiellement "théorique"... reste à voir ce que cela donne en pratique car j'imagine que les choses sont loin d'être aussi simple).
Bon, voilà... je suppose que tu connais tout cela aussi bien que moi. Je n'ai pas répondu directement à ta question mais tu devrais trouver dans ma réponse des éléments (essentiellement du vocabulaire) qui devraient te permettre d'y trouver ton bonheur (enfin ce n'est pas certain... puisque tu cherchais un moyen simple de dire les choses : bref, la vulgarisation n'est pas une chose facile).
Et puis cela pourra peut-être servir à qqu'un d'autre... un peu curieux et qui voudra comprendre le pourquoi du comment.

Amicalement,

François

[Ce message a été modifié par François Emond (Édité le 28-12-2006).]

[Christophe Pellier 8 855]

Pascal et François, merci pour votre aide - ceci dit au niveau de la théorie, je percute que dalle, malheureusement les amis je suis un littéraire à l'orgine
Quant aux interprétations que tu en tire François, elles sont bel et bien vérifiées en pratique (là je peux déblatérer un peu plus )
Par contre je ne peux toujours pas vulgariser les deux expressions en gras de la citation...
Ceci dit je pourrais faire sans !! Mais comme je suis parti pour reprendre la citation dans mon rapport Mars 2005, c'était histoire de pas trop me la jouer physicien sans savoir ce que je raconte...

[PascalS 0]

La première partie me semble assez claire, la seconde beaucoup moins, je me demande s'il ne manque pas quelque chose... Si je tente une traduction, à la lumière de ce qui est écrit plus haut par François (content de le lire à nouveau ) :

"la partie imaginaire de l'indice de réfration de la poussière (c'est à dire le coeff d'extinction si l'on se reporte à Wikipedia) atteint un minimum à 700 nm, et les longueurs d'onde autour de cette valeur sont faiblement absorbées"

on a donc un albedo de la poussière élevé à 700 nm, puisqu'il y a peu d'absorbtion...

"alors que (l'absorbtion) des rayons solaires devient plus forte autour de 500 nm" et en dessous...

Quant à l'utilité du filtre vert, qui absorbe le bleu et le rouge, peut - être laisse - t -il passer malgré tout suffisamment des longueurs d'onde autour de 700 nm pour permettre de visualiser les nuages de poussière ?

Bon, j'aimerais aussi savoir le fin mot de l'histoire...

Pascal

[Christophe Pellier 8 855]

Bon désolé de ne répondre que maintenant, gros problèmes de connexion internet pendant plusieurs jours
Pascal : merci, je pense que tu as trouvé ! Ta formulation de la première partie est claire. Et la deuxième aussi : c'est parce que l'absorption de la lumière solaire (par la surface de Mars) devient forte dans le vert, que par un effet de contraste, les nuages de poussières sont soulignés, la poussière en suspension absorbant beaucoup moins la lumière que la surface (nul besoin de faire intervenir les IR ici)
En résumé ça donne :
Dans le rouge/IR : poussière réfléchissante mais surface aussi : contraste relativement modéré
Dans le vert : poussière moins réfléchissante, mais surface relativement sombre : effet de contraste favorable
Dans le bleu : surface absorbante et poussière absorbante : faible contraste