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Travaux pratiques et stage
d’observation
Cours du Prof J. Surdej
• SPAT0037-1 (Observation du Ciel et de la Terre)
• ASTR0004-2 (Astrophysique et techniques spatiales)
Encadrants: O. Absil, M. Devogèle, O. Wertz
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Organisation du cours
• Cours théorique 50%
• Travaux pratiques (10h)
10%
– 1 après-midi au labo
– Analyse des données
– Présentation orale
• Stage d’observation (5 jours)
40%
– Préparation d’un programme scientifique
– Observations et analyse des données
– Rapport écrit
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Interférométrie stellaire au laboratoire
TRAVAUX PRATIQUES
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Objectifs
• Manipulations au labo
• Vérification expérimentale de la théorie
enseignée au cours
– Courbe de visibilité d’un disque (source circulaire)
– Courbe de visibilité d’une binaire
• Détermination des paramètres « physiques »
des sources observées
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L’interférométrie en 2 mots
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Mesure d’un diamètre stellaire
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Matériel au labo
•
•
•
•
•
Appareil photo (Canon EOS 350D)
Laptop connecté à l’appareil photo
Sources lumineuses (lampe, fibre optique,…)
Masques percés de deux trous circulaires
Logiciel « Iris »
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Montage
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Montage
• Masque
– Feuille d’aluminium percée
– Trous circulaires
– Différentes bases (~ mm)
• Canon EOS 350D/500D
– Centre de bande passante
• Bleu = 470 nm
• Vert = 530 nm
• Rouge = 630 nm
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Traitement des données
• Exemple d’acquisition:
Remarquez les franges
multicolores !
Il faut décomposer l’image !
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Traitement des données
• Utilisation du logiciel « Iris » : procédure
(résumé)
– Photo numérique > Décodage des fichiers RAW…
– Sélectionnez l’image CR2 à analyser. Cliquez et glissez le fichier dans
Iris.
– Nommez le fichier de sortie et cliquez sur -> RVB.
– Fichier > Charger : charger le fichier crée à l’étape précédente (48
bits).
– Photo numérique > Séparation RVB.
– Nommez les fichiers de sortie r, v et b.
– Visualisation > Coupe (si déjà coché, ne rien faire).
– Tracer une droite de coupe sur l’image, une fenêtre s’ouvre et affiche
une coupe en intensité.
– Mesure de Imin, Imax et du background, pour chaque couleur.
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Courbe de visibilité: disque
IMax
• Déterminer la visibilité
=
et sa barre d’erreur estimée
pour différentes bases B
• Calibrer la visibilité mesurée
grâce à une source ponctuelle
Imin
B
• Tracer la courbe de visibilité mesurée en fonction de .
• Déterminer
=2
par ajustement de la courbe théorique
à la courbe mesurée
• En déduire le diamètre linéaire via
= / .
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Exemple (non calibré)
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Courbe de visibilité: binaire
• Déterminer la visibilité et sa barre d’erreur pour
une même base orientée de différentes façons
• Tracer la courbe mesurée en fonction de
l’orientation de la base
• Calculer l’expression théorique de la visibilité
d’une binaire en fonction de ses 3 paramètres
– θ: distance angulaire
– ρ = I1/I2: rapport de flux
– α: angle de position (« azimuth »)
• Ajuster les trois paramètres de la courbe
théorique pour reproduire les mesures
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Illustration courbe théorique
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En pratique
• 6 groupes de 2 (ou 3) étudiants
• Ingénieurs (8 étudiants)
– 2 groupes de 2 pour la source circulaire (en //)
– 2 groupes de 2 pour la source binaire (en //)
• Sciences Spatiales (5 étudiants)
– 1 groupe de 2 (ou 3) pour la source circulaire
– 1 groupe de 2 (ou 3) pour la source binaire
• Préparation
– Se munir d’un PC portable par groupe, avec le logiciel
IRIS installé
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Déroulement du TP
• Phase 1
– Groupes “binaire”: mesures
– Groupes “disque”: confection des bases
• Phase 2
– Groupes “binaire”: calcul courbe théorique
– Groupes “disque”: mesures
• Phase 3 (à finir chez vous)
– Traitement des données / interprétation
• Phase 4
– Présentation orale par groupes (vers le 15 février)
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Organisation
• TP labo groupes ingés : date à définir
• TP labo groupes Sc. Spat. : date à définir
– Si possible, un vendredi pm (à confirmer)
• Vendredi 21/12 disponible
– Autre demi-journée disponible pour vous?
• Durée : 3h30 ± 0.5h
• Contacts: O. Absil, M. Devogèle et O. Wertz
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Observatoire de Calern – C2PU (Centre Pédagogique Planète et Univers)
STAGE D’OBSERVATION
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Observatoire du plateau de Calern
• Site de l’Observatoire de la Côté d’Azur
• Télémétrie laser (SLUM, MEO)
• Mesure du diamètre solaire (PICARD)
• Enseignement et recherche (C2PU)
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C2PU: Centre Pédagogique
Planètes et Univers
• Dédié aux étudiants de Master
• Quelques projets de recherche
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C2PU en quelques mots
• Une infrastructure sur le site de Calern pour l’enseignement
et la recherche en astronomie et géophysique.
• Réhabilitation des deux télescopes de 1 mètre du bâtiment
(ex-)SOIRDT → astronomie.
• Caractéristiques géologiques du Plateau de Calern et des
environs → géophysique.
• Approche participative de l’enseignement des sciences
(interconnections recherche-enseignement).
• Accessibilité à distance par internet (mode remote) →
ouverture vers l’étranger et vers les scolaires (Educosmos).
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Le bâtiment “SOIRDT”
Interféromètre à deux télescopes
de 1 mètre pour l’infrarouge,
sur montures à berceau
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De SOIRDT à C2PU
Ce que l’on garde:
• Le bâtiment et les coupoles
• Les motorisations des coupoles et trappes
• Les deux montures à berceau
• Les deux “tubes” (structure en Serrurier) des télescopes
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De SOIRDT à C2PU
Ce que l’on remplace:
• L’optique
• La mécanique de maintien des optiques (barillet, araignée, …)
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De SOIRDT à C2PU
Ce que l’on ajoute:
• L’informatique !
Carte NI 6024E (PCI)
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Les télescopes de 1m
• Télescope Ouest
• un foyer primaire F/2.88 à grand champ →
imagerie grand champ, surveys photométriques…
• un foyer secondaire Cassegrain F/12.5 → accueil
du polarimètre « CAPS »; imagerie planétaire…
• Télescope Est
• un foyer secondaire Cassegrain ou Gregory F/12.5
→ accueil du tavelographe « PISCO »
• un foyer coudé F/30 → accueil d’instruments
invités; développement d’instrumentation focale
(optique adaptative, spectrographe…)
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Le foyer primaire (pas dispo?)
Buts:
Camera
Filtres
Correcteur
de champ
Miroir
primaire
parabolique
• Imagerie grand champ
• Surveys photométriques
Caractéristiques:
• F = 2,995 m (F/2.88)
• Camera: SBIG STX16803
• Pixels: 4096×4096 pixels de
9µm
• Champ: 42’ × 42’
• Echelle: 0.62’’ / pixel
• Correcteur de Wynne
« maison » (C. Gouvret, A.
Marcotto)
TELESCOPE OUEST
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Les foyers Cassegrain / Gregory
Buts:
Miroir
secondaire
Miroir
primaire
parabolique
Camera
• Imagerie planétaire
• Polarimétrie (CAPS)
• Etoiles doubles (PISCO)
Caractéristiques:
• F = 13 m (F/12.5)
• Camera: SBIG ST8XME
• Pixels: 1530×1020 pixels de 9µm
• Champ: 3.6’×2.4’
• Echelle: 0.14’’ / pixel
TELESCOPES EST ET OUEST
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Le foyer Coudé (pas dispo)
Miroir
secondaire
Miroirs
de renvoi
Camera sur
table fixe
Buts:
• Développement instrumental
• Optique adaptative ?
• Etoiles doubles ?
Caractéristiques:
• F ≈ 30 m (≈ F/30)
• Foyer fixe sur banc optique
• Rotation de champ (prismes
de Risley ?)
Banc
optique
Miroir
primaire
parabolique
TELESCOPES EST
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Autres télescopes disponibles
• C14 (35cm) attaché à la
monture du Télescope Est +
caméra SBIG ST-402 (765 x
510 pixels)
• C14 dans coupole séparée +
caméra SBIG ST-402
• C11 sans coupole + caméra
SBIG ST-7 (765 x 510 pixels)
• (Dobson 1m?)
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Instruments spécifiques
• Spectrographe LHIRES III
– 300 traits/mm (R~1400)
– 2400 traits/mm (R~17500)
• Caméra rapide M42optic
– Lucky imaging
• Masques pour interférométrie
– Bases de 1 à 20 mm
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Déroulement du stage
• 5 groupes de 2-3 étudiants
• Préparation du programme scientifique
– Deadline: 15 mars
• Séjour à Calern
– 8 au 12 avril
• Rédaction d’un rapport
– Deadline: 15 mai
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Programme scientifique
• Document à nous soumettre pour le 15 mars
• Description en environ 3 pages de:
– L’objectif scientifique poursuivi
– La méthode proposée pour y arriver (télescope,
instrument, type d’observations, durée, etc)
– Les cibles choisies, leur coordonnées (+observabilité
en avril depuis Calern), leur magnitude, etc
• Prévoir un programme de backup “facile” au cas
où les observations échoueraient pour le
programme principal
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Exemples de projets
• Photométrie
–
–
–
–
Étoiles variable, binaires à éclipses, etc
Transits planétaires
Courbe de lumière d’un astéroïde
Âge et/ou diagramme couleur-couleur d’un amas
• Spectroscopie
–
–
–
–
–
Courbe de rotation d’une planète, d’une galaxie (pas facile)
Vitesse de rotation ou vitesse radiale d’une étoile
Binaires spectroscopiques
Profils de raie particuliers (e.g., profil P Cygni)
Identification de lignes spectrales pour étoiles,
environnements, nébuleuses, etc (+ variations)
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Exemples de projets
• Imagerie
– “Lucky imaging” (sélection d’images)
– Reconstruction d’image en trichromie
• Interférométrie
– Mesure du diamètre d’une planète (Jupiter, Saturne,
Mars, …)
– Séparation angulaire d’une étoile binaire
• Utilisation du mode TDI
• Astrométrie
– Mouvement d’un astéroïde
– Orbite d’une binaire visuelle
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Préparation du projet
• Google est votre ami
• Catalogues d’étoiles et autres objets
– Simbad: http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/
– VizieR: http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR
• Catalogues dédiés
–
–
–
–
–
Exoplanètes: http://exoplanet.eu/
Étoiles variables: http://www.aavso.org/
Étoiles doubles: http://ad.usno.navy.mil/wds/
Éclipses: http://www.as.up.krakow.pl/ephem/
…
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Préparation des observations
• Magnitude limite: V ~ 12
• Observabilité
– Ascension droite: (mois
depuis 22/9)×2h ± (durée
nuit)/2
– Déclinaison: latitude ± 60°
– Cartes du ciel
• Aladin: http://aladin.ustrasbg.fr/aladin.gml
• Stellarium, skychart, etc
• Prévoir plusieurs cibles si
possible
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Préparation des observations
• Possibilité d’utiliser
Vixen (26cm) de l’ULg à
partir de début
décembre pour
préparer votre projet si
nécessaire (caméra
d’imagerie)
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Séjour à Calern
• Trajet jusque Nice à prévoir
par vous-même
– Participation ULg: 100-150€
– Navette gratuite vers Calern
– Présence sur place du lundi 8
matin au vendredi 12 midi
• Journée typique
– 13h-18h: préparation obs /
traitement données
– 20h-6h: observations
(instruments à partager)
– Repas pris ensemble à la
cantine
– Collations disponibles
pendant la nuit
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À votre disposition sur place
• Encadrants ULg + OCA
– Description instruments et
méthodes d’observation,
visites diverses
• Accès aux instruments la
journée (calibration,
manipulations diverses)
• Mise à disposition de PC
sous linux pour préparer et
traiter les observations
– ImageJ, IDL, Matlab, python
– Familiarisation préalable
souhaitable, mais pas requise
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Travail sur place
• Majeure partie du travail
effectuée sur place
– Observations
– Traitement données
– Rédaction rapport
• En cas de mauvais temps:
– Données obtenues les années
précédentes (transit
planétaire, suivi astéroïde,
spectres de Saturne, etc)
• Selon le déroulement des
observations, possibilité
d’avoir encore un peu de
travail à domicile
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Rapport (~15-20 pages)
• À remettre pour le 15 mai
• Contenu:
– Contexte
– Objectifs scientifiques, choix des cibles
– Préparatifs (description de l’instrument, des
calibrations préalables, etc)
– Observations
– Traitement des données
– Résultats
– Interprétation / conclusion
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La note finale tient compte:
Du projet scientifique
De la préparation des observations
Du respect des échéances
Du niveau d’implication dans le projet de
chacun et du groupe
• Du rapport
•
•
•
•
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