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Cette earthcache ne traite pas de l'astronomie mais de la répercussion que les rayons cosmiques et les ondes électromagnétiques ont sur notre planète. Le support est l'observatoire de Nançay.
Présentation du site :
La station de radioastronomie de Nançay est située dans le départment du Cher à environ 30km de Bourges en plein coeur de la Sologne. Elle est plus connue sous le nom de "Pôle des Etoiles".La visiteguidée est ouverte au public de 09h30 à12h30 et de13h30 à 17h30 mais l'accès extérieur au site est permanent et gratuit. Des soirées thématiques d'observation sont proposées. Vous renseigner sur le site : http://poledesetoiles.fr/fr/calendrier-ouverture/?datepicker&jour=18&mois=11&annee=2016
Ce pôle technologique exploite parmi les plus grands instruments de radioastronomie au monde pour l'observation de l'univers entre 3cm et 10m de longueur d'onde. Il reçoit des ondes électromagnétiques en provenace de l'univers :
- le radiotélescope est le quatrième plus important, de par sa surface collectrice, au monde. Il reçoit des ondes électromagnétiques en provenance de l'univers.
- le radiohéliographe, constitué de deux alignements de détecteurs radio paraboliques, pointés sur le soleil et fonctionnant par interférométrie ;
- le réseau décamétrique, ensemble de 144 antennes consacrées à l'étude des phénomènes électromagnétiques solaires et de Jupiter.
- Une station du réseau LOFAR.
- le réseau CODALEMA, qui cherche à identifier les émissions radios des rayonnements cosmiques arrêtées par la haute atmosphère.
- L'antenne de surveillance, qui est conçue pour surveiller la qualité radio du site et enregistrer les interférences de nature à perturber le fonctionnement des autres instruments.
Le radiohéliographe :
Branche nord-sud Branche ouest branche est branche nord-sud vue du sud
Il comprend 48 antennes paraboliques orientables, réparties sur deux alignements perpendiculaires sous forme de T et pointées sur le soleil. La branche est-ouest comprend 19 antennes couvrant 3 200 mètres. La branche nord-sud comporte 25 antennes sur une distance de 2 400 mètres. Elles fonctionnent par interférométrie.
Le réseau décamétrique RDN :
Antennes du réseau décamétrique
Il s'agit d'un réseau de 144 antennes de formes hélicoïdales de près de 9 m de haut, installées à la fin des années 1970, sur une surface de 8000 m2. Elles captent les émissions basse fréquence issues des champs électromagnétiques essentiellement du soleil et de Jupiter. Elles fonctionnent également par interférométrie
Instrument CODALEMA :
CODALEMA est un instrument dédié à la détection des impulsions radio émises par les gerbes atmosphériques. Etendu sur toute la surface de al station de Nançay, il est constitué de 3 réseaux de détecteurs.
Station LOFAR :
La station FR606 du grand réseau d'antennes basses fréquences LOFAR (LOw Frequency ARray) installée su le site de nançay a été inaugurée en Mai 2011. Premier spectro-imageur basses fréquences sensible et précis, elle dispose de 10 miroirs mobiles tournant sur un axe horizontal, de 1600 antennes élémentaires et de 96 récepteurs et un chariot focal se déplaçant d'ouest en est sur une voie de 100m de longeur. Elle permet des observations avec une meilleure sensibilité dans divers domaines de l’astrophysique, notamment les rayons cosmiques impactant l'atmosphère terrestre.
Les rayonnements cosmiques
On appelle rayonnement cosmique un flux de particules (principalement des protons) dotées d’une énergie très élevée, de l’ordre du gigaélectron-volt (GeV). Il est d'origine solaire ou galactique. Ces protons de haute énergie entrent en collision avec les noyaux des atomes de l'atmosphère et créent des fragments eux-mêmes dotés d’une énergie élevée (protons, neutrons, muons, neutrinos, mésons, etc...)
Le débit d'équivalent de dose dû aux rayonnements cosmiques est en moyenne de 0,3 mSv·an au niveau de la mer.. Mais il varie considérablement en fonction de l’altitude et de la latitude (voir le tableau ci-dessous).
Variation du débit d'équivalent de doseabsorbée (mSv//an) en fonction de l’altitude et de la latitude
Altitude
(km) |
0°
(équateur) |
30° |
50° |
| 0 |
0,35 |
0,4 |
0,5 |
| 1 |
0,60 |
0,7 |
0,9 |
| 2 |
1,0 |
1,3 |
1,7 |
| 3 |
1,7 |
2,2 |
3,0 |
| 4 |
2,6 |
3,6 |
5,0 |
| 5 |
4,0 |
5,8 |
8,0 |
| 10 |
14,0 |
23,0 |
45,0 |
| 15 |
30,0 |
50,0 |
110,0 |
| 20 |
35,0 |
60,0 |
140,0 |
Cela a pour conséquence que la terre et donc certaines populations subissent une exposition plus importante que la moyenne. Le tableau ci-dessous donne les équivalents de dose reçus par les populations de villes situées en altitude.
Débit d’équivalent de dose des rayonnements cosmiques
dans des régions de haute altitude
| Ville |
Altitude
(m) |
Latitude
(°) |
DDDE
(mSv/an) |
Population
(hab) |
| La Paz (Bolivie) |
3 630 |
16° S |
2,7 |
1 800 000 |
| Quito (Equateur) |
2 850 |
0°S |
1,6 |
2 600 000 |
| Bogota (Colombie) |
2 640 |
4° N |
1,5 |
8 800 000 |
| Cerro de la Pasco (Pérou) |
4 259 |
10° S |
3,3 |
70 000 |
| Lhassa (Tibet) |
3 684 |
30° N |
3,1 |
200 000 |
Les éléments radioactifs contenus dans l'atmosphère et dans le sol
Notre planète (et sa population) est exposée aux rayonnements dus aux radioélements présents dans la croûte terrestre. Il existe une cinquantaine de radioéléments naturels dont la plupart font partie des trois familles naturelles du thorium, de l'uranium et de l'actinum. Elle est bombardée en permanence par des rayons cosmiques qui sont en majeure partie filtrés par notre atmosphère.
Le tableau suivant résume la contribution des diverses composantes de la radioactivité naturelle. Il faut toutefois se souvenir que ce sont des valeurs moyennes susceptibles de variations importantes en fonction de l’altitude, de la latitude et de la composition du sous-sol.
| Source naturelle |
Exposition (mSv/an) |
| Rayonnement cosmique |
0,3
|
| Rayonnement tellurique |
0,32
|
| Isotopes cosmiques |
0,01
|
| 40K |
0,17
|
| 222Rn + descendants |
0,55
|
| 220Rn + descendants |
0,15
|
| Divers |
0,06
|
| Total |
1,56
|
Les effets des rayons cosmiques sur le vivant
La vie sur terre a été rendue possible grâce à l'atmosphère et au champ magnétique terrestre, en effet, sans ces deux élements le sol terrestre seait bombardé d'une énorme quantité de particules et de rayons rendant toute forme de vie impossible.
Les doses d'irradiation reçues sont plus importantes plus on monte en altitude et elles sont également plus importantes sous des latitudes élevées (près des pôles)
En dehors du champ magnétique terrestre, le taux de fluence des rayons cosmiques au maximum est approximativement :
- 4 protons cm2/seconde
- 0.4 particule alpha cm2/seconde
- 0.04 particule de haute énergie cm2/seconde
L'exposition à des doses élevées de radiation est un danger pour la vie de tous organismes vivants par effets aigus (fortes doses sur une courte durée) ou stochastiques (différés dans le temps)
L'énergie des ondes électromagnétiques (plus précisément des photons qui les composent) augmente avec leur fréquence. Les ultraviolets, les rayons X et gamma sont des rayons ionisants, c'est-à-dire qu'ils modifient la matière qu'ils traversent et peuvent se révéler dangereux pour le vivant par de longues expositions.
Le rayonnement cosmique solaire est un flux continu d'énergie radiante comprenant différentes sortes de rayonnements électromagnétiques et corpusculaires.
Les rayonnements électromagnétiques solaires comprennent outre la bande optique, un rayonnement dans la bande radio avec des longueurs d'onde allant de 100m à quelques millimètres, un rayonnement X et un rayonnement gamma.
Le rayonnement corpusculaire solaire consiste en particules diverses se déplaçant à grande vitesse, parfois proche de celle de la lumière. Il a deux sources, soit la couronne solaire (il constitue alors le vent solaire, celui-ci composé de proton [95%], d'électrons et de particules alpha en petite quantité) ou bien la région des taches (rayonnement accompagnant les éruptions solaires)
Le rayonnement galactique est constitué surtout de noyaux atomiques dépouillés de leurs électrons, se déplaçant à des vitesses voisines de la lumière. En atteignant l'atmosphère terrestre, les particules du rayonnement cosmique (primaire) entrent en collision des atomes des gaz atmosphériques, les détruisent et donnent naissance à des rayons cosmiques dits secondaires. Il comprend des protons et des neutrons secondaires, des mésons, des électrons et des photons. L'intensité de ce rayonnement décroit à mesure que l'on se rapproche du niveau de la mer.
Les rayons cosmiques participent à la formation des ceintures de Van Allen qui sont des ceintures magnétiques et électriquement chargées qui piègent les particules à haute énergie issues du soleil. Elles piègent donc les radiations et protègent ainsi la Terre. la radioactivité y est donc très élevée.
Le climat de la Terre
Il résulte principalement de trois facteurs : l'énergie solaire, l'effet de serre et les circulations atmosphériques et océaniques
L'énergie solaire arrive sur Terre sous forme d'un rayonnement électromagnétqiue dont la lumière visible fait partie. Il se décompose en ondes radio, millimétriques, en émissions dans l'infrarouge, le visible et l'ultraviolet et, au-delà, en rayons X et gamma. Une partie de ce rayonnement est absorbée par l'atmosphère.
La surface de la Terre réémet une partie de l'énergie solaire qui peut être absorbée par l'atmosphère (gaz à effet de serre) et les nuages. Le principal gaz à effet de serre naturel est la vapeur d'eau..
Pour valider cette earthcache :
1. Vous trouverez dans cette description, les réponses aux questions A et B
2. Vous vous rendrez au Pôle des Etoiles et vous dirigerez vers les coordonnées N 47°22.203 E 002°11.726 pour répondre aux question C, D, E et F.
Dans cette clairière, d'où vous pourrez voir l'antenne géante du radiotélescope et deux antennes paraboliques du radiohéliographe, vous observerez les grands panneaux d'information richement documentés pour choisir les bonnes réponses aux questions posées ci-dessous qui vous serviront à reconstituer les coordonnées fictives suivantes :
N 47° 22. A B C - E 002° 11. D E F
Une fois ces coordonnées reconstituées, loguez cette cache "Found it" et envoyez les moi soit via mon profil, soit via la messagerie geocaching.com (Message Center), et je vous contacterai en cas de problème
A : Les rayonnements cosmiques : Le débit d'équivalent de dose dû aux rayonnements cosmiques au niveau de la mer est en moyenne de : réponse 0 : 0,3 mSv·an ; réponse 1: 0,55 mSv·an
B : Les effets des rayons cosmiques sur le vivant : Les doses d'irradiation reçues sont plus importantes plus on monte en altitude et elles sont également plus importantes sous des latitudes : réponse 6 : faibles ; réponse 7 : élévées
C : Le radiohéliographe : reçoit des ondes dont la fréquence sont comprises entre 150 MHz et : réponse 8 : 450 MHz ; réponse 9 : 550 MHz
D : Le réseau décamétrique RDN : fonctionne aux longueurs d'ondes allant de moins de 10 MHz à : réponse 6 : 100 MHz ; réponse 5 : 200 MHz
E : Instrument CODALEMA, le signal radio des gerbes : l'impulsion générée ne dure que quelques milliardièmes de secondes de 10ns à : réponse 7 : 50 ns, réponse 9 : 100 ns
F : Station LOFAR , radiotélescope : conçu à l'origine pour permetrre l'observation de l'hydrogène atomique, qui est un composant principal de l'univers et qui émet un rayonnement radio à : réponse 8 : 21 cm de longeuur d'onde, réponse 4 : 31 cm de longueur d'onde.
Et pour finir, une fois les coordonnées reconstituées, vous vous rendrez à celles-ci pour m'indiquer quelle est la distance de la Terre à Proxima du Centaure.
Une photo (optionnelle) de vous et/ou de votre GPS ou smartphone, sera appréciée pour lever tout doute éventuel.
Bonne découverte de ce site exceptionnel et profitez-en pour faire la visite très instructive du Pôle des Etoiles.
A quick translation is provided on the attached four Word worksheets that you can open and where you will find all necessary information to answer the questions to this earthcache.
