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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TRAVAUX PRATIQUES

Interférométrie stellaire au laboratoire

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• 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

Objectifs

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L’interférométrie en 2 mots

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Mesure d’un diamètre stellaire

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• Appareil photo (Canon EOS 350D)

• Laptop connecté à l’appareil photo

• Sources lumineuses (lampe, fibre optique,…)

• Masques percés de deux trous circulaires

• Logiciel « Iris »

Matériel au labo

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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

• Exemple d’acquisition:

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Traitement des données

Remarquez les franges multicolores !

Il faut décomposer l’image !

• 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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Traitement des données

• Déterminer la visibilité� =

������ � ����

������ � ����

et sa barre d’erreur estiméepour différentes bases B

• Calibrer la visibilité mesurée grâce à une source ponctuelle

• Tracer la courbe de visibilité mesurée en fonction de �

.

• Déterminer � par ajustement de la courbe théorique

� = 2 �� ���

��

�

� à la courbe mesurée

• En déduire le diamètre linéaire via � = �/�.

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Courbe de visibilité: disque

B

IMax

Imin

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 visibilitéd’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 courbethéorique pour reproduire les mesures

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Illustration courbe théorique

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• 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

En pratique

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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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• 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

Organisation

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STAGE D’OBSERVATION

Observatoire de Calern – C2PU (Centre Pédagogique Planète et Univers)

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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 PédagogiquePlanètes 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 télescopesde 1 mètre pour l’infrarouge,

sur montures à berceau23

De SOIRDT à C2PUCe 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

• L’optique • La mécanique de maintien des optiques (barillet, araignée, …)

Ce que l’on remplace:

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De SOIRDT à C2PU

• L’informatique !

Ce que l’on ajoute:

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:• 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)

Camera

Filtres

Correcteurde champ

Miroirprimaireparabolique

TELESCOPE OUEST

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Les foyers Cassegrain / Gregory

� Buts:• 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

Miroirprimaireparabolique

Miroirsecondaire

Camera

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Le foyer Coudé (pas dispo)

� Buts:• Développement instrumental• Optique adaptative ?• Etoiles doubles ?

� Caractéristiques:• F ≈ 30 m (≈ F/30)• Foyer fixe sur banc optique• Rotation de champ (prismes de Risley ?)

TELESCOPES ESTMiroirprimaireparabolique

Miroirsecondaire

Camera surtable fixe

Miroirsde renvoi

Bancoptique

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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 + caméraSBIG 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 (+observabilitéen avril depuis Calern), leur magnitude, etc

• Prévoir un programme de backup “facile” au casoù 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 ± (duréenuit)/2

– Déclinaison: latitude ± 60°

– Cartes du ciel• Aladin: http://aladin.u-

strasbg.fr/aladin.gml

• Stellarium, skychart, etc

• Prévoir plusieurs cibles sipossible

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Préparation des observations

• Possibilité d’utiliserVixen (26cm) de l’ULg à partir de début décembre pour préparer votre projet sinécessaire (camérad’imagerie)

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Séjour à Calern

• Trajet jusque Nice à prévoirpar 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 préalablesouhaitable, 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, possibilitéd’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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