Stage d´observation du DU de l´obs. de Paris.

Stage d´initiation à l´observation pour les étudiants du DU
"Explorer et comprendre l'univers"
Ce stage, destiné aux étudiants du DU de l´Observatoire de Paris, se déroule à l´Observatoire de HauteProvence. Il s´adresse aussi aux enseignants des lycées et collèges sous certaines conditions.
Dans le cadre du DU, ce stage fait partie intégrante du cursus. Un rapport de stage devra être rendu par les
étudiants; il sera évalué et comptera dans la note finale. Sans ce rapport de stage, le DU ne pourra pas être
validé.
1. Introduction
Dans le cadre des enseignements du Diplôme d'Université "Explorer et comprendre l'univers", l
´observatoire de Paris organise un stage à l´Observatoire de Haute-Provence d´une durée de quatre
ou cinq jours en juillet ou en août. Le but de ce stage est de permettre à des étudiants qui ont suivi
des cours d´astronomie du DU de compléter leur formation par une initiation in situ aux
techniques et méthodes d´observation actuelles utilisées par les astronomes pour leurs recherches.
Ce document donne des informations générales sur les observations qui sont réalisées, sur l
´Observatoire de Haute-Provence et sur les instruments qui sont utilisés. L'encadrement de ce
stage est assuré par des astronomes.
Pour tout renseignement complémentaire contacter:
Stage de juillet:
A. Acker, observatoire de Strasbourg
1 rue de l'université
67000 Strasbourg
e-mail: [email protected]
Stage d'août:
J.E. Arlot, IMCCE
77 ave. Denfert-Rochereau
75014 Paris
e-mail: [email protected]
2. Présentation de l'observation de Haute Provence
L´Observatoire de Haute-Provence (OHP) est situé à 2km au nord du village de Saint Michel-l
´Observatoire et à 12 km de Forcalquier (Alpes de Haute-Provence), à une altitude de 650 mètres
sur un plateau boisé de petits chênes. Sa construction, décidée en novembre 1936 par un comité
présidé par le physicien J. Perrin, débuta en 1937. Le télescope de 0,80m fut le premier instrument
installé sur le site, et c´est en 1958 qu´entra en service le télescope de 1,93m qui fut le plus grand
télescope sur le territoire national. Le développement des grands observatoires européens (l´ESO
au Chili) ou internationaux (le CFH à Hawaï), dans des sites d´altitude élevée et de bonne qualité
de transparence et de stabilité de l´atmosphère, ont transformé le rôle des observatoires nationaux
du type de l´OHP. L´OHP donne l´ accès à plusieurs instruments d´excellente qualité appuyés par
une infrastructure conséquente lui donnant un rôle de complément des grands observatoires
éloignés. C´est un site bien adapté pour mener, en particulier, des travaux d´astrométrie et de
spectroscopie. Les images sont de qualité moyenne mais le nombre de nuits utilisables est assez
élevé.
L´OHP héberge un groupe scientifique composé de Michel BOER (directeur de l´OHP), A.
Labeyrie, D. Gillet, S. Ilovaisky, Ph. Véron et M.-P. Véron-Cetty. Il est composé de services
administratifs (administration, missions, bibliothèque) et de services techniques (optique,
mécanique, électronique, récepteurs, maintenance des télescopes). L´ensemble de ces services
regroupe environ 60 personnes.
L´OHP est un observatoire de mission, il fournit donc aux astronomes en mission d´observation
plusieurs services indispensables. L´hébergement est réalisé sur le site dans les locaux de la
Maison Jean Perrin où sont disponibles des chambres doubles ou individuelles, et des locaux
communs pour les repas. Un assistant de coupole est affecté à chaque télescope utilisé par les
astronomes en mission; son rôle est en particulier de se charger de la manipulation de l´instrument
(pointage et suivi des objets) et de la mise en oeuvre du récepteur s´il s´agit de l´instrumentation
de l´OHP. Il a autorité pour contrôler la compatibilité de l´utilisation de l´instrument avec les
normes de sécurité.
3. Informations pratiques
a) Accès à l´OHP
L´OHP est situé à 2km au nord du village de Saint-Michel-L´Observatoire dans les alpes
de Haute-Provence (04), à 20km de Manosque, à 30 km d´Apt (Vaucluse), à 80km d
´Avignon et à 100km de Marseille. (voir carte 1 -région- et carte 2 -environs de l´OHP-).
La carte 1 est extraite de la carte Michelin 919 "France-Sud" au 1/1000 000 et la carte 2 est
extraite de la carte IGN au 1/100 000.
Carte 1: la région
Plan de l'OHP: l'accueil a lieu au bâtiment n°2 "Maison Jean-Perrin"
4.
Accès par route:
Depuis la vallée du Rhône: nationale 7 ou autoroute A7 puis D22 près d´Avignon
(direction Apt), puis N100. 30km après Apt, prendre la direction Saint-Michel-l
´Observatoire sur la gauche.
Depuis Marseille:
Prendre la direction d´Aix-en-Provence puis la N96 ou l´autoroute A51 vers Sisteron. A
Manosque prendre la direction d´Apt par la D907. A 10km de Manosque, prendre la D105
sur la droite vers Saint-Michel l´Observatoire.
Accès par train:
L´OHP est proche des gares d´Avignon (80km), Aix-en-Provence TGV (80 km) et
Manosque (20km). Nous vous recommandons, pour les stagiaires venant de Paris, de
prendre le TGV jusqu´à Marseille ou Aix TGV, puis le train ou le car jusqu´à Manosque.
Nous vous attendrons à la gare de Manosque pour vous conduire à l´observatoire.
Les horaires sont disponibles sur le serveur de la DB
http://reiseauskunft.bahn.de/bin/query.exe/fn?rt=1&
ou celui de la SNCF: http://www.voyages-sncf.com/
b) Déroulement du stage
Le stage a lieu du lundi soir jusqu´au vendredi ou samedi matin. les stagiaires sont
hébergés sur place et les séances d´observation se déroulent chaque nuit du coucher du
Soleil... jusqu´à l´aube si le temps le permet. Nous disposons de 3 télescopes différents
équipés de récepteurs CCD. Les stagiaires sont répartis chaque nuit par groupes de 4 ou 5
par télescope et sont amenés à participer à différents types d´acquisition d´images. L´aprèsmidi, des conférences seront données éventuellement et le traitement des données pourra
être effectué. Un rapport est demandé à l´issue du stage.
Les observateurs disposent de laboratoires annexes aux coupoles équipés d'ordinateurs PC
sous Linux à partir desquels on effectue l´acquisition des données. La manipulation des
récepteurs et des télescopes est sous la responsabilité d´un assistant de coupole. Cependant
les télescopes eux-mêmes sont à la température extérieure et il est utile de prévoir des
vêtements chauds. D´autre part, toute lumière extérieure est bannie de l´observatoire et il
est prudent de prévoir une lampe de poche non éblouissante pour pouvoir circuler d´un
bâtiment à l´autre durant la nuit (accès aux coupoles, à la bibliothèque, au restaurant et aux
chambres).
c) Télécommunications
L´OHP est équipé d´un réseau informatique de stations UNIX et de PC, que les astronomes
en mission peuvent utiliser pour communiquer et travailler. Les stagiaires disposent d´un
accès à ce réseau ainsi qu´à Internet.
Les principaux numéros de téléphone utiles sont:
Standard: 04 92 70 64 00
Coupole T80:
64 19
Coupole T120:
64 20
Coupole T152:
64 69
Bibliothèque:
64 86
Maison Jean Perrin: 64 47
Fax:
04 92 76 62 95
Carte 2: les environs de l'OHP
3. L´instrumentation du stage
Trois télescopes sont utilisés: le télescope de 0.80m, celui de 152cm et celui de 1.20m. Ces trois
télescopes sont équipés d´un récepteur CCD (Coupled Charge Device) et d´un ordinateur associé.
Ce type de récepteur s´est révélé être un récepteur d´un grand intérêt pour l´astrométrie, la
photométrie et l'imagerie, en raison de sa grande sensibilité et de sa stabilité géométrique. Il
permet d´acquérir des images sous forme numérique que l´on peut donc manipuler avec un micro
ordinateur (PC) grâce à des logiciels spécialisés. Pour ces traitements nous utilisons soit un
logiciel spécifique Prism ou Astrometrica, soit le logiciel Midas sous Unix, dont une
documentation détaillée est disponible.
le télescope de 80 cm
le télescope de 152 cm
le télescope de 120 cm
4. Le programme d´observation
Plusieurs types d´observations sont effectuées selon le télescope utilisé. L´acquisition des données
(identification de l´objet, manipulation du télescope, paramétrage du récepteur, acquisition) mais
aussi leur prétraitement sont réalisés.
Le télescope de 120 cm est plus particulièrement dédié à l'imagerie et l'astrométrie. Il est équipé
d'un récepteur CCD de 12 minutes de degré de champ.
Le télescope de 80 cm est bien conçu pour une exploration du ciel et pour apprendre à pointer les
objets "à la main" et comprendre le principe de l'observation astronomique. Un CCD associé
permet toutefois d'acquérir des images ou de faire de la photométrie. C'est le seul télescope qui
permet de "voir" en direct les objets du ciel à l'aide d'un oculaire.
Le télescope de 152 cm est dédié à la spectroscopie: on n'acquiert pas d'image mais un réseau
éparpille la lumière sur le CCD selon ses longueurs d'onde pour fournir un spectre de l'objet
observé.
Les observations effectuées:
La pratique de l´observation nécessite la connaissance de quelques opérations fondamentales de l
´astronomie observationelle: savoir pointer le télescope, savoir identifier un champ et trouver l
´objet recherché même si sa magnitude est faible. Avant toute chose, il faut procéder à ce type de
manipulation en observant des champs caractéristiques (amas stellaires, galaxies,...) et en
recherchant certains objets du système solaire (planètes, comètes, astéroïdes) visibles à l'époque
du stage. Les stagiaires pourront proposer des objets à observer.
Petits corps du système solaire: astéroïdes et satellites naturels des planètes:
Les petits corps du système solaire sont des objets nombreux qui intéressent beaucoup les
astronomes en raison de leur variété, de leurs caractéristiques dynamiques et physiques et qui
peuvent donner des informations essentielles concernant l´origine et l´évolution du système
solaire. Durant le stage, des observations astrométriques de ces corps (astéroïdes, satellites
naturels des planètes,...) seront effectuées en utilisant des logiciels simples de réduction
astrométrique ou photométrique.
Phénomènes d'occultations:
Les petits corps du système solaire, souvent de vitesse apparente élevée, présentent des
phénomènes particuliers donnant accès à des précisions astrométriques très grandes: les
phénomènes d'occultation: occultations stellaires et occultations mutuelles. Ces deux types d
´observation seront pratiquées durant le stage dans la mesure où de tels phénomènes seront
observables.
Dans le cas des occultations stellaires, il s´agira de chercher à observer une variation rapide de
flux lumineux lorsqu´un petit corps passe devant une étoile. En cas de réussite ces observations
donnent accès à des mesures astrométriques d´une précision relative de l´ordre de 0.001 seconde
de degré et à la forme de ces objets.
Observations cométaires:
Si l´observation d´une comète très brillante est rare, de nombreuses comètes sont cependant
observables chaque année et la recherche et l´observation du mouvement de ces comètes par
rapport au champ d´étoiles sera effectuée.
Amas d'étoiles, nébuleuses, galaxies:
Des images d'objets étendus seront effectuées (au télescope de 120 cm) dans différents filtres.
Certaines observations se feront simultanément sur les trois télescopes. La reconstitution d'images
en couleur sera effectuée.
Mesures spectroscopiques:
Le télescope de 152cm permet de faire des mesures spectroscopiques avec le récepteur "Aurélie"
équipé d´un nouveau CCD depuis peu. Outre des mesures classiques, on peut pratiquer la mesure
de vitesses radiales pour, par exemple, identifier les étoiles d´un amas ou détecter une planète
extra-solaire. Des essais sur les objets du système solaire seront menés. On verra ainsi que la
spectroscopie peut donner des informations non seulement sur la composition des corps mais aussi
sur leur position et leur mouvement.
5. Bibliographie pour la préparation aux observations
Plusieurs ouvrages ou articles permettent d´obtenir des informations générales sur les objets du
système solaire, sur l´astrométrie, ou sur les techniques d´observation et d´analyse CCD:
- Buil, Ch.: 1990, CCD Astronomy, William-Bell Inc.
- Chiu, H.Y, Warasila, R.L., Remo, J.L.: Stellar astronomy,Vol. 1,
Gordon and Breach
- Encrenaz, Th., Bibring, J.P.: 1989, Le système solaire,
Inter Editions, Edition du CNRS.
- Gordon Walker: 1987, Astronomical Observations, Cambridge University Press.
- Green, R.M.: Spherical astronomy, Cambridge Univ. Press
- Kovalevsky, J.: Astrométrie moderne, Lectures notes in physics,
Springer Verlag
- Léna, P.: 1986, Méthodes physiques de l´observation,
Inter Editions, Edition du CNRS.
- Levallois, J.-J.: Géodésie générale
Tome 1, Eyrolles.
- Van de Kamp, P.: Principle of Astrometry, Freeman and Co., San Francisco