Avancées dans les observations VLBI grâce à VGOS

La communauté de l'Interférométrie à très longue base (VLBI) bosse pour améliorer la façon dont elle observe les mouvements de la Terre et les objets célestes. Une des missions principales implique un nouveau système appelé le Système d'Observation Global VLBI (VGOS). Ce système vise à augmenter le nombre d'Observations effectuées chaque heure, ce qui aide à récolter de meilleures données sur les mesures géodésiques et astrométriques.

#Défis Actuels avec VGOS

Actuellement, la stratégie d'observation utilisée ne permet pas d'avoir autant de scans ou d'observations que prévu. En 2022, il y a eu six sessions de 24 heures appelées sessions de Recherche et Développement (R&D) VGOS. Ces sessions avaient pour but de trouver des moyens d'améliorer l'efficacité du système actuel. Le but était d'utiliser une approche de planification basée sur les rapports signal-bruit (SNR) pour obtenir plus d'observations en moins de temps, tout en réduisant le temps d'attente entre les observations.

#Nouvelles Stratégies d'Observation

Lors des sessions R&D, deux approches de planification ont été testées. La première impliquait l'utilisation de modèles existants qui prédisent la brillance des sources radio, et la seconde se basait sur un nouveau catalogue créé spécifiquement pour les fréquences VGOS. Les deux méthodes ont bien fonctionné et ont conduit à une augmentation significative du nombre d'observations faites par station, tout en maintenant un taux de succès élevé pour les données exploitables.

Cette nouvelle stratégie de planification pourrait facilement être appliquée aux observations VGOS régulières à l'avenir. En plus de discuter de ces méthodes de planification, les résultats ont montré des améliorations non seulement dans le nombre d'observations, mais aussi dans la précision des paramètres mesurés.

#Résultats des Tests

Les tests ont indiqué une augmentation potentielle d'environ 50% de précision pour les mesures géodésiques par rapport aux sessions VGOS régulières. On a aussi constaté que les erreurs dans les positions calculées des stations d'observation avaient été réduites de manière significative, avec des améliorations dans les paramètres d'orientation de la Terre.

#C'est Quoi VLBI ?

La VLBI est une technique avancée utilisée en géodésie spatiale. Elle utilise plusieurs télescopes radio placés autour du monde pour faire des observations synchronisées. Cela permet aux scientifiques de mesurer la rotation de la Terre et de suivre de petits changements dans son orientation. Elle joue aussi un rôle clé dans la création de systèmes de référence pour la navigation terrestre et céleste.

Le Service International VLBI pour la Géodésie et l'Astrométrie supervise ces observations géodésiques VLBI. Ce service organise diverses sessions VLBI, y compris des observations mondiales de 24 heures qui se déroulent régulièrement.

#Limitations Existantes

L'ancien réseau de télescopes S/X a des contraintes à cause d'une infrastructure vieillissante et des capacités variées des différents télescopes. En raison de ces problèmes, il a été difficile d'obtenir autant d'observations que nécessaire. Le système VGOS est en cours de développement pour remplacer le système S/X afin de mieux répondre aux demandes croissantes de la géodésie mondiale.

En développant VGOS, un des gros soucis identifiés est l'impact de la turbulence atmosphérique sur les observations. Pour y remédier, il a été décidé que les observations devaient être plus fréquentes, permettant une meilleure compréhension des conditions atmosphériques sous différents angles.

#Transition vers VGOS

Le système VGOS est conçu pour être plus rapide, utilisant de nouveaux télescopes capables de se déplacer plus vite vers les sources cibles. Bien que cette rapidité ait un coût en sensibilité, de nouvelles stratégies ont été mises au point pour compenser cela. Une approche consiste à observer en utilisant plusieurs bandes de fréquence en même temps, ce qui aide à récolter plus de données.

Depuis 2020, VGOS est opérationnel et mène des sessions. Les premières tentatives ont montré que même si VGOS peut observer environ 40 scans par heure, ce n'est pas encore suffisant pour atteindre l'objectif initialement prévu de 120 scans par heure.

#Identification des Lacunes

Une des raisons pour lesquelles le nombre cible de scans n'est pas atteint est que la stratégie d'observation actuelle nécessite du temps pour recueillir des données de chaque source. Chaque scan prend généralement environ 30 secondes à compléter, ce qui va à l'encontre du plan initial pour des temps d'observation beaucoup plus courts. Ces périodes d'observation prolongées, avec d'autres délais techniques, ont conduit à des intervalles plus longs entre les mesures.

Pour contrer ces problèmes, l'IVS a organisé des sessions R&D dédiées spécifiquement à l'élaboration de meilleures méthodes de planification des observations. L'accent était mis sur le test de la stratégie de planification basée sur le SNR et sur des moyens de réduire les délais inutiles dans le processus.

#Planification Basée sur le SNR Expliquée

La planification basée sur le SNR est une méthode qui calcule le temps d'observation nécessaire en fonction de la brillance de la source radio cible et de la sensibilité de la station d'observation. Les facteurs clés incluent la brillance de la source, la sensibilité de la station, le niveau SNR souhaité et le taux d'enregistrement. Cette approche permet d'optimiser le temps consacré à l'observation pour la source et la station impliquées.

Comme il n'y avait pas de modèles adaptés pour prédire la brillance des sources à des fréquences VGOS, de nouvelles méthodes ont dû être développées. La première méthode consistait à utiliser des données des anciennes fréquences S/X et à les extrapoler aux nouvelles fréquences VGOS. La seconde méthode a créé un nouveau catalogue de niveaux de brillance spécifiquement pour VGOS.

#Réalisation des Tests

Les sessions R&D VGOS ont été menées tous les deux mois en 2022. Chaque session a été conçue sur la base de discussions et d'approbation d'un comité technique, mais à cause d'un arriéré dans le traitement des données, les résultats des sessions précédentes n'ont pas pu informer les ajustements pour les sessions suivantes.

Différentes stations ont été utilisées lors des sessions, et certaines n'étaient pas totalement fiables lors des tests précédents. Certaines observations ont été réalisées en utilisant une approche de "tagalong", signifiant que de nouvelles stations moins fiables ont été ajoutées au planning sans affecter les stations principales. Cette technique a aidé à gérer les risques liés à l'équipement non testé.

#Procédures d'Observation

Les sessions R&D ont incorporé des scans de calibration dédiés toutes les 1-2 heures pour garantir une collecte de données fiable. Ces scans de calibration étaient importants pour comprendre la performance des nouvelles stations moins testées. L'objectif principal était de tester l'efficacité des méthodes de planification basées sur le SNR et leurs variations.

Le temps d'observation a été réduit entre 7 et 20 secondes par scan, menant à une moyenne d'environ 10 secondes par observation. Les données recueillies lors de ces sessions ont ensuite été analysées pour voir comment différents facteurs ont impacté le taux de succès global des observations.

#Résultats des Sessions R&D

Les sessions R&D ont produit des résultats impressionnants. Il y a eu une augmentation significative tant du nombre de scans par heure que du nombre d'observations, les sessions enregistrant 2,3 fois plus de scans et 2,6 fois plus d'observations qu'auparavant.

Les résultats ont indiqué que les nouvelles méthodes étaient efficaces, le pourcentage d'observations réussies atteignant plus de 90%, démontrant qu'en dépit des défis techniques, la nouvelle approche de planification était performante.

#Comparaison de Performance

En comparant les résultats des R&D VGOS aux sessions traditionnelles, il est devenu clair que l'approche de planification basée sur le SNR non seulement délivrait plus d'observations mais aussi des résultats efficaces. Les simulations menées pendant les tests ont montré une amélioration globale d'environ 50% en termes de précision géodésique.

#Implications Futures

À l'avenir, les techniques testées lors des sessions R&D pourraient facilement être appliquées aux observations VGOS en cours. En enregistrant plus de sessions tout en utilisant la nouvelle approche de planification, une analyse plus détaillée de l'exactitude des mesures géodésiques pourrait être entreprise.

Le succès de la nouvelle approche de planification basée sur le SNR indique qu'il est possible de rationaliser le processus d'observation et de réduire le besoin de temps d'observation prolongés. Des améliorations dans la surveillance et la modélisation des sources radio pourraient mener à des gains d'efficacité encore plus importants à l'avenir.

#Conclusion

Les sessions R&D VGOS de 2022 ont prouvé que des améliorations significatives peuvent être réalisées tant dans le nombre d'observations effectuées que dans la qualité des données collectées. En appliquant un nouveau système de planification basé sur le SNR, les chercheurs ont réussi à obtenir une augmentation substantielle des données pouvant être analysées pour les mesures géodésiques.

Ces progrès montrent un bon potentiel pour les efforts d'observation futurs, avec la possibilité d'améliorer considérablement notre compréhension des mouvements de la Terre et de l'univers qui nous entoure. Les résultats des sessions R&D soulignent l'importance des innovations continues dans le domaine de la VLBI et la valeur de l'adaptation à de nouvelles technologies et stratégies pour atteindre des objectifs scientifiques.