Tutoriel de Résolution Astrométrique

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Tutoriel d’analyse Astrométrique
appliquée à l’astronomie amateur
Yann Duchemin :http://yann.duchemin.free.fr/ et Serge Petiot : www.sergepetiot.com
Version 2.0 13/09/2011
Exploitation :
© 2006 - 2011 Yann DUCHEMIN
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Toute reproduction intégrale ou partielle de ce document sans le consentement écrit de l'auteur, ou autres ayant droits, est illicite et constitue une contrefaçon.

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Sommaire
1. Résumé ............................................................................................................................................ 4
2. Introduction ..................................................................................................................................... 5
3. Mise en situation ............................................................................................................................. 6
4. Aspects techniques et Théoriques .................................................................................................. 6
4.1 Les Images CCD utilisées ........................................................................................................... 6
4.2 Détermination du centre d'une source ponctuelle ................................................................. 7
4.3 Réduction Astrométrique ...................................................................................................... 10
4.4 Calculs et équations de réduction d’une image CCD ............................................................ 11
5. Etudes des Catalogues ................................................................................................................... 14
5.1 UCAC2 – Catalogue USNO CCD Version 2.............................................................................. 15
5.2 UCAC3– Catalogue USNO CCD Version 23 ............................................................................ 15
5.3 USNO-B1.0 – Catalogue USNO .............................................................................................. 17
5.4 GSC-ACT ................................................................................................................................. 18
5.5 Justification du choix du catalogue ....................................................................................... 18
6. Réduction Astrométrique par logiciel ........................................................................................... 21
6.1 IRIS ......................................................................................................................................... 21
6.1.1 Etapes préliminaires .................................................................................................... 21
6.1.2 Réduction avec IRIS ..................................................................................................... 22
6.1.3 Sauvegarde de l’entête WCS ......................................................................................... 25
6.2 MaximDL ................................................................................................................................ 25
6.2.1 Etapes préliminaires .................................................................................................... 25
6.2.2 Réduction Astrométrique ............................................................................................ 26
6.3 Logiciel Aladin ........................................................................................................................ 27
6.3.1 Introduction ................................................................................................................... 27
6.3.2 Prise en mains................................................................................................................ 27
6.3.3 Serveurs d’images.......................................................................................................... 28

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6.3.4 Serveurs de tables ......................................................................................................... 30
6.3.5 Onglets « spéciaux » ...................................................................................................... 30
6.3.6 Analyse d’un cliché personnel ....................................................................................... 31
6.3.7 Réduction astrométrique d’un JPEG ou d’un FITS ......................................................... 33
6.4 Logiciel Astroart ..................................................................................................................... 34
6.5 Logiciel Astrometrica ............................................................................................................ 35
6.6 Logiciel Prism ........................................................................................................................ 37
6.6.1 Mode de réduction Automatique ou Manuel ? ............................................................ 37
6.6.2 Exemple avec PRISM en étalonnage manuel ................................................................ 38
7. Application ..................................................................................................................................... 42
7.1 Plan d’observation ................................................................................................................. 42
7.2 Démarche globale.................................................................................................................. 43
7.3 Analyse rapide ....................................................................................................................... 44
7.4 Notions de photométrie ........................................................................................................ 44
7.5 Préparation des mesures....................................................................................................... 46
7.6 Méthodologie d'archivage des résultats ............................................................................... 46
7.7 Analyses ................................................................................................................................. 47
7.7.1 Estimations des mesures ............................................................................................... 47
7.7.2 Qualification logicielle ................................................................................................... 49
7.7.3 Analyse des résultats ..................................................................................................... 50
8. Aller plus loin ................................................................................................................................. 52
8.1 Effets astrométriques faibles ................................................................................................ 52
8.1.1 Effet de parallaxe ........................................................................................................... 52
8.1.2 Effet relativiste .............................................................................................................. 53
8.1.3 Effet de marées ............................................................................................................. 54
8.1.4 Effets atmosphériques................................................................................................... 54
8.2 Astrométrie d'occultations .................................................................................................... 55
8.2.1 Occultations/éclipses .................................................................................................... 55
8.2.2 Phénomènes mutuels .................................................................................................... 55
9. Conclusion ..................................................................................................................................... 57
ANNEXE ................................................................................................................................................. 58

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NOTE : Ce document est né de la collaboration de Yann Duchemin et de Serge petiot, et reprend en
grande le premier tutoriel « Elements d’astrométrie moderne» de Yann. Serge à quant à lui contribué
en rédigeant les sections concernant Aladin, Iris et Maxim et en mettant le texte en forme.
1. Résumé
L'astrométrie est l'activité de l'astronomie dont l'objectif principal est d'étudier la position des
objets célestes, leur distance et leurs mouvements tels qu'ils sont perçus par un observateur.
L'astrométrie est une discipline très ancienne, puisque les premiers catalogues d'étoiles
remonteraient au IIème siècle. Pour les passionnés du ciel nocturne, cela permet un repérage au fil
du temps. De manière générale, ce domaine fondamental apporte de nombreuses réponses dans la
compréhension de la mécanique céleste et donc des travaux essentiels pour la dynamique stellaire.
D'un point de vue civil, la mesure du temps découle d'observations et des mesures de haute
précision qui sont faites dans un cadre de référence ordonné par l'astrométrie.
L'évolution des moyens d'observation et leur démocratisation rend désormais possible la réalisation
de travaux variés en vue d'un résultat de qualité. L'informatique apporte en ce sens un ensemble de
solutions visant à simplifier et fiabiliser un travail souvent long et délicat.
Ce document à pour principal objectif d'exposer les techniques actuellement employées pour
effectuer des réductions astrométriques, qu'importe l'objet (astéroïdes, comètes, planètes, etc.) ,
tout en ouvrant les voies d'approfondissements, pour le lecteur curieux aux problématiques
complexes qui sont rencontrées. Toutefois, l'ensemble des thèmes abordés est une synthèse que
l'astrométriste averti conservera comme référence. L'amateur pourra alors comparer ses propres
observations aux différents modèles théoriques mis au point par les principaux instituts du globe,
sans pour autant s'encombrer des considérations mathématiques. C’est à cette fin que ce tutoriel est
orienté sur l’utilisation de logiciels accessibles aux amateurs comme IRIS ou Aladin qui sont gratuits
ainsi que Maxim DL qui est payant.
L'étape suivante, sans doute plus audacieuse, permet d'envisager des observations d'un réel intérêt
scientifique en combinant, pourquoi pas astrométrie/photométrie/spectrométrie ? Pour ce faire, il
est dans un premier temps recommandé de parcourir les diverses publications scientifiques pour
prendre connaissance des différentes voies de recherches en cours et ainsi orienter ses soirées
d'observations. Une seconde étape sera de travailler en collaboration directe avec des instituts, des
observatoires, associations ou autre afin d'organiser véritablement les recherches.

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2. Introduction
Qu’est ce que la réduction astrométrique ?
La réduction astrométrique s'apparente à la mesure de précision d'objets célestes projetés sur une
sphère imaginaire : la voûte céleste. La mesure des objets connus, c'est à dire pour lesquels au moins
une théorie permet de prévoir leur position à une date donnée de manière plus ou moins précise, a
pour objectifs l'approfondissement de notre connaissance à propos de l'univers, de son
fonctionnement et de ses constituants. En France, ces études sont une des activités réalisées par
l'IMCCE (Institut de Mécanique Céleste et de Calcul des Ephémérides), en particulier le GAP (Groupe
d'Astrométrie et de Planétologie). En effet, les études des caractéristiques physiques et dynamiques
de ce type d'objets de notre système solaire sont basées sur l'observation et l'analyse à long terme.
Ainsi de part la répétition des observations, et par un recoupement méticuleux des données
acquises, les mesures sont plus précises et par conséquent il devient entre autre possible d'en
améliorer les éphémérides. Certains corps ont un mouvement assez lent, ce qui nécessite de les
observer régulièrement pendant plusieurs années, afin d'avoir une idée de la déformation au cours
du temps, de leur orbite respective. C'est un travail sur la durée qui mobilise des techniciens
d'observatoires, des observateurs et des ingénieurs/chercheurs, afin d'accumuler un grand nombre
de données et de les traiter. C'est pourquoi la communauté des astronomes amateurs peut
apporter une collaboration significative dans ce domaine.
Un autre intérêt de l’astrométrie, plus terre à terre, a trait à la précision du pointage des télescopes
avec les montures robotisées modernes. En effet, on peut imaginer demander à une monture de
pointer un objet de très faible magnitude en vu de le photographier, et de faire une courte pose CCD
photographique afin de vérifier son cadrage dans le champ. Il peut arriver que l’on ait aucune idée si
l’objet est cadré correctement, ou même qu’il ne soit pas présent suite à l’erreur de pointage de la
monture. C’est un cas ou l’astrométrie a un usage concret puisqu’elle nous permet d’analyser le
champ d’étoiles présent sur le cliché et de le situer précisément dans le ciel, afin d’effectuer
d’éventuelles correction du pointage. Un bon nombre de logiciels qui permettent de piloter nos
montures robotisées (goto) sont maintenant capable d’effectuer cette analyse et corriger le
pointage pratiquement en temps réel. Je ne citerai que quelques uns : MaximDL, CCDsoft, Iris.
De plus, les clichés astronomiques amateurs comportent des milliers d’objets, stellaires ou non, et
souvent, en plus du sujet principal photographié, ils comportent nombre d’objets d’intérêt: galaxies
de faible magnitude, quasars, céphéides etc… Malheureusement, les photos du ciel ne sont pas
annotées lors de l’acquisition! Cette annotation est exactement ce que permet l’astrométrie : en