Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique
Observatoire de LyonFormation continue
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 2
Choix d’objets à étudier :
- intérêt astronomique : mesurer des étoiles en différentes couleurs pour avoir une idée de leur brillance et leur température.
Observer des amas ouverts
Quels étoiles :
- objets pas trop faibles- comparables
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 3
Observer des amas ouverts
Amas ouverts : - ensemble de quelques centaines d’étoiles, originaires d’une même formation d’étoiles et situés en général dans le disque des galaxies spirales.-liées gravitationnellement.- dimension de l’ordre de 100 pc- ensemble jeunes quelques 100 millions d’années
- originaires d’une même formation d’étoiles, liées gravitationnellement.- se dispersent assez rapidement donc étoiles jeunes
http://www.cosmovisions.com/amou.htm
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 4
Observer des amas ouverts
Catalogue d’amas ouverts
- Les plus brillantscatalogue de Messier
- plus d’amasCatalogue NGC
Recherche par le webhttp://atunivers.free.fr/openclus.htmlCDS : http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 5
Observation d’amas ouverts
Observations individuelles d’étoiles-choisir les étoiles à observer :
magnitudesfiltres (ou couleurs)- position dans l’amas (coordonnées)
Choisir un ou des amas (catalogues)- position (coordonnées)- liste des étoiles- cartes- époque de l’année- champ de l’instrument- appareil d’observation
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 6
Magnitudes
Les anciens répartissaient les étoiles en 6 grandeurs :- grandeur 1, les plus brillantes,- grandeur 2 un peu moins brillantes,...- grandeur 6, à peine visibles à l’oeil.
Maintenant on mesure l’éclat des étoiles dans une échelle logarithmique : la magnitude.
m E C
m mE
E
te
2 5
2 5
1 0
2 1 1 02
1
, lo g
, lo g
Echelle raccordée à l'échelle des anciens = loi de Pogson
La différence de magnitude permet de comparer les éclats de deux objets.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 7
Magnitudes
m mE
EB VB
V
2 5 1 0, lo g
magnitudes mB, mV, mR
L'indice B-V est un repère de température
C’est un indice de couleurs : B-V ou U-B, I-R etc
Observation des étoiles en plusieurs couleurs :
La magnitude d’un objet dépend du domaine de longueur d’onde observé :visible, bleu, ultraviolet, infrarouge, radio…
Pour un même objet, la différence de magnitude correspond à mesurer le rapport des intensités en deux couleurs
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 8
Systèmes photométriques
On mesure le rayonnement dans des bandes spectrales au moyen de filtres.
600
0.5
300 400 500
U
1.0
B
700 (nm)
V
Le plus simple et plus répandu est le système UBV
- l'ultraviolet (U), le bleu (B) et le visible (V).
Et extension à l’infrarouge : IJKLMN
Un ensemble de filtres choisis forme un système photométrique.
Il existe de nombreux systèmes photométriques
Caractéristique des filtres :
- largeur de la bande (largeur à mi-hauteur 90% du flux).
- centre de la bande passante,
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 9
Le corps noir
- émet un rayonnement propre à sa température
Observationdu
rayonnement
Enceinte à température T B( ,T)
T = 6000 K
3000 K
0.5 1
4000 K
5000 K
2
visible
ultraviolet infrarouge
domaine observable
du sol
- corps en équilibre thermique
- absorbe tout rayonnement reçu
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 10
Indice de Couleurs
Bleu Visible lambda
Lum
inos
ité
E B1
E V2
E B2
E V1
T 2
T 1 Couleur de l’étoile donnée par l’indice de couleur :
filtres U, B, Vindices : U-B, B-V
T T
E
E
E
EB
V
B
V
1 2
1
1
2
2
En passant en magnitude, l'inégalité s'inverse :m m m m
B V B V
B V B V1 1 2 2
1 1 2 2
Indépendant de la distance
Directement relié à la Température.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 11
Observation - cartes
La caméra CCD – filtres BVR
Observer à un moment précis
Pointage - coordonnées équatoriales - temps sidéral
Champ de l’instrument - chercheurs
Observation - base de données
Filtres et indices de couleurs
Observation - masse d’air
Observation - objets à observer
La caméra CCD – programme d’acquisition
Magnitudes
Observation - protocole
Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 12
Champ d'un instrument
Champ de l’instrument : portion du ciel que l’on peut voir simultanément dans l’oculaire ou sur l’appareil de prise d’image.Il se mesure suivant l’instrument, en degrés, minutes ou secondes d’arc.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 13
Grandeur du champ
Calcul du champ :
la largeur du champ au foyer de l'instrument est fonction de :
- la focale du miroir ou de la lentille- du diamètre d'entrée de l'oculaire ou des dimensions du détecteur.
f
d
tan
arc tan
22
2
22
d
f
d
f
d
f
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 14
Grandeur du champtan
arc tan
22
2
22
d
f
d
f
d
f
Calcul de champs
Instrument focale (mm) largeur (mm) champ (')
Célestron 8" 1270 Oculaire 27,5Webcam largeur 3,52Webcam hauteur 2,64photo 24x36 36photo 24x36 24
Télescope 1 m 8000 Oculaire 2 pouces 48Webcam largeur 3,52Webcam hauteur 2,64CCD largeur 13,8CCD hauteur 9,2photo 24x36 36photo 24x36 24
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 15
Grandeur du champ
Calcul de champs
Instrument focale (mm) largeur (mm) champ (')
Célestron 8" 1270 Oculaire 27,5 74,44Webcam largeur 3,52 9,53Webcam hauteur 2,64 7,15photo 24x36 36 97,44photo 24x36 24 64,96
Télescope 1 m 8000 Oculaire 2 pouces 48 20,63Webcam largeur 3,52 1,51Webcam hauteur 2,64 1,13CCD largeur 13,8 11,86CCD hauteur 9,2 7,91photo 24x36 36 15,47photo 24x36 24 10,31
tan
arc tan
22
2
22
d
f
d
f
d
f
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 16
Observation - cartes
La caméra CCD – filtres BVR
Observer à un moment précis
Pointage - coordonnées équatoriales - temps sidéral
Champ de l’instrument - chercheurs
Observation - base de données
Filtres et indices de couleurs
Observation - masse d’air
Observation - objets à observer
La caméra CCD – programme d’acquisition
Magnitudes
Observation - protocole
Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 17
La sphère céleste
De la sphère céleste, centrée sur l’observateur, sphère imaginaire où semble être accrochées les étoiles, on n’en voit que la moitié, limitée par l’horizon.
Le plan qui passe par le zénith et les pôles est le plan méridien du lieu. Il indique les directions Nord, Sud.
La position des pôles et du plan équateur est fonction de la latitude du lieu.Au pôle nord, Pôle et zénith sont confondus, à l’équateur les pôles sont sur l’horizon.
La hauteur d’un astre étant l’angle de la direction de l’astre avec le plan horizon,la latitude d’un lieu est la hauteur du Pôle au dessus de l’horizon.
A la verticale est le zénith.
A cause de la rotation de la Terre, la sphère céleste et les étoiles qui y sont fixées semblent tourner autour d’un axe qui passe par les pôles célestes PN et PS.
Le grand cercle perpendiculaire à l’axe PNPS est l’équateur céleste.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 18
La sphère céleste tourne par rapport à l’axe des pôles.
Pour un observateur terrestre, la direction d’un astre de la sphère céleste est repérée par
L’angle horaire de l’objet croit constamment de 0 à 24 heures.
1) l’angle direction objet, plan méridien : la déclinaison (en degrés -90 à +90)
2) l’angle direction objet , plan méridien H : angle horaire(en heures d’angle)
La sphère céleste
L’objet décrit un petit cercle parallèle à l’équateur.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 19
Pour se repérer sur la sphère céleste, on a :
• l’axe des pôles• le cercle équateur• un point origine sur l’équateur :
le point
La sphère céleste
direction du Soleil à l’équinoxe de printemps
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 20
Coordonnées équatoriales :
Coordonnées des catalogues.
Pour se repérer sur la sphère céleste, on a :
• l’axe des pôles• le cercle équateur• un point origine sur l’équateur : le point
La sphère céleste
direction du Soleil à l’équinoxe de printemps
: ascension droite (heures d’angles) : déclinaison
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 21
Coordonnées équatoriales :
Coordonnées des catalogues.
Pour se repérer sur la sphère céleste, on a :
• l’axe des pôles• le cercle équateur• un point origine sur l’équateur : le point
La sphère céleste
direction du Soleil à l’équinoxe de printemps
: ascension droite (heures d’angles) : déclinaison (degrés)
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 22
Le temps solaire est l’angle horaire du Soleil.
Le temps sidéral est l’angle horaire du point
Ayant et d’un objet (catalogue)
la direction de visée instrumentale est :
La visibilité et l’observation d’un astre dépendra• de ses coordonnées et sur la sphère céleste• du temps sidéral du lieu
Temps
(déclinaison)
H = TS – (angle horaire)
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 23
Temps sidéral
Dans les éphémérides, on trouve le temps sidéral à 0h TU (*) pour Greenwich.
temps sidéral local = temps sidéral de Greenwich + longitude du lieu.
La longitude est comptée positivement à l’Est et négativement à l’Ouest.
Le temps sidéral d’un lieu, l’angle horaire du point est fonction de la longitude comme le temps solaire.
(*) UT Temps Universel, est le temps solaire moyen de Greenwich origine des longitudes décalé de 12 heures.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 24
Le temps sidéral s’affiche dans toute les coupoles.
Il peut se calculer au moyen de formules un peu complexes, à partir du TU
T intervalle de temps entre la date qui nous intéresse et le 1 janvier 2000 à 12h, en siècles juliens
JJ est le jour julien (voir Jour Julien)
Le temps sidéral moyen de Greenwich à 0h TU se calcule par :
GMST à 0h TU = 24110s.54841+8640184s.812866 T+0s.093104 T2-6s.2x10-6 T3
avec T = (JJ - 2451545.0) / 36525
Temps sidéral – Temps solaire
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 25
Pour avoir une idée approximative du temps sidéral, il faut savoir que :
- Le jour de l’équinoxe de printemps, le Soleil est au point . donc le temps solaire (approximativement TU décalé de 12h) égale le temps sidéral.
- Le temps sidéral avance de 2 heures sur le temps universel chaque mois.12 mois à 2 heures = 24 heures (le compte est bon)
Exercice : temps sidéral à 20h Temps civil le 7 février ?
Temps sidéral – Temps solaire
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 26
Exercice : temps sidéral à Lyon à 20h Temps civil le 7 février ?
Du 21 mars au 7 février, il y a 10 mois et 15 jours environ.
Avance du temps sidéral : 10,5 * 2 = 21 heures
TS = 20h – 1h (décalage horaire) + 21 heures + 20 min (longitude) = 40h20 = 16h20 min
Temps sidéral – Temps solaire
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 27
Pointage
Le pointage d'un astre à partir de ses coordonnées et :
Ayant le temps sidéral du lieu,
est d'une simplicité biblique.
Orientation de l'instrument : H et
on applique la formule magique : H = TS - .
Instrument équatorial : instrument dont l’axe principal de rotation est orienté parallèle à l’axe de rotation de la Terre.
Ses repères sont alors : le plan méridien (H) et la distance par rapport à l’équateur céleste ().
Pour pouvoir viser toute direction de la demi-sphère céleste, un instrument doit posséder deux axes de rotation disposés perpendiculairement.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 28
Pour observer dans de bonnes conditions, il faut que les objets ou le champ d’objets soient :
Observations – position de l’astre
• visible assez longtemps pour faire les observations
• la dégradation due à l’atmosphère minimisée
• au dessus de l’horizon
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 29
Pour observer dans de bonnes conditions, il faut que les objets ou le champ d’objets soient :
Observations – position de l’astre
• visible assez longtemps pour faire les observations
• la dégradation due à l’atmosphère minimisée
• au dessus de l’horizon
L’angle horaire de l’astre doit être le plus petit possible (modulo 24)
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 30
Absorption et agitation atmosphérique
Au passage au méridien d’un astre :
H = TS - son ascension droite = le temps sidéral
L’atmosphère n’est pas neutre au passage des rayons lumineux.
Deux actions
1) - déformations des trajets avec la non homogénéité des couchesdonnent agitation atmosphérique et turbulence et les images des étoiles sont plus grandes que la tache d’Airy ou tache de diffraction et non stables.
2) - absorption d’une partie de la lumière, d’autant plus importante que la couche est plus épaisse.
Cette absorption est fonction de la longueur d’onde (couleur) de la lumière.
Il faut donc choisir des objets dont l’ascension droite est proche du Temps Sidéral au moment de l’observation
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 31
OZ = h , épaisseur de l’atmosphère, supposée constante au cours des mesures
avec sec (sécante ) : fonction inverse du cosinus
x = h . sec x = h . sec
, distance zénithale : angle que faitla ligne de visée avec le zénith
Epaisseur d ’atmosphère traverséeEpaisseur d ’atmosphère traversée
OM = x , longueur parcourue par les rayons solaires dans l’atmosphèrehatmosphère
O
Z
zénith
x
M
E0
O MO Z
co s
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 32
Loi générale de l’absorptionLoi générale de l’absorption : :
oI
sI > I > Io
I sI
x
absorbantmilieu
x : épaisseur d ’une couche élémentaire du milieu absorbant
IS : intensité du faisceau à la sortie
Io : intensité du faisceau d ’entrée
I : intensité du faisceau au niveau de l ’élément x
intensité absorbée dans l’épaisseur x : I = - k . I . x
(k : caractéristique du milieu absorbant)
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 33
x d . I
dIk -
à l’entrée, x = 0 et I = Io ln Io = cte
ln I = - k . x + ln Io
( )0I
I= - k . xln
I = I0 . e- k x
ln I est une fonction affine de x
tex0
0
cxkln II
dIx
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 34
Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique
Recherche d’amas ouverts observables
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 35
Catalogue Messier
http://www.obspm.fr/messier/Messier_f.html
http://perso.wanadoo.fr/jacques.cazenove/Messier/Catalog.htmhttp://www.astroweb2000.net/le_cosmos/cataloguemessier.html
Amas ouverts du catalogue Messier :
M103, M34, M45, M38, M36, M37, M35, M41, M50, M47, M93, M48, M44, M67, M6, M7, M23, M21, M16, M18, M25, M11, M39, M52
Recherche d’amas ouvert
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 36
Base de données
Centre de données stellaires CDS – Strasbourg
http://cdsweb.u-strasbg.fr/
AladinAladin is an interactive software sky atlas allowing the user to visualize digitized images of any part of the sky, to superimpose entries from astronomical catalogs http://aladin.u-strasbg.fr/aladin.gml
SimbadThe SIMBAD astronomical database provides basic data, cross-identifications and bibliography for astronomical objects outside the solar system.http://simbad.u-strasbg.fr/Simbad
VizieR catalogue service
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 37
Photométrie d'amas
Observations avec la Caméra CCD Comar sur T1m
Observations : amas NGC 2420 en B et V (bleu et Visible)
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 38
Catalogue d’étoiles
Site web de l’IMCCE pour des cartes
page provisoire :
http://lychnis.imcce.fr/Starfield.html
A partir du CDS à expérimenter.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 39
Carte de champà l’IMCCE
(http://lychnis.imcce.fr/Starfield.html)
Entrée des données :
Types de catalogues :GSC et USNO stellaires
identiquesBS : Bright Star Catalogue
s’arrête à la magnitude 7 Les autres catalogues n’ont pas d’intérêt.
Les ascensions droites et déclinaisons du centre en heures et degrés décimaux.Idem largeur du champ
Magnitudes : prendre toutes les étoiles
Request Chart : crée un fichier PostScript que l’on ramène.A imprimer (si imprimante PS) ou à transformer en PDF avec Acrobat Reader.
Ne pas prendre trop grand sinon le fichier est énorme.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 40
Exemple de carte de l’amas ouvert NGC 581
Carte de champà l’IMCCE
(http://lychnis.imcce.fr/Starfield.html)
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 41
Exemple de carte de l’amas ouvert NGC 581
Carte de champà l’IMCCE
(http://lychnis.imcce.fr/Starfield.html)
Même que précédemment avec un champ de 0,5 degrés.
Remarque :
Dans un chercheur ou à l’oculaire du télescope, les images sont renversées.S’il y a un renvoi, l’image peut être symétrisée.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 42
Observations
Prise d'images centrées sur le champ avec différents filtresB (bleu) – V (visible) – R (rouge)
Temps de pose
Obtention d'images "obscurité" pour compenser l'offset électronique
Journal des observations du 16 mars 2004 sur NGC 2420
Le type de détecteur et la clarté du ciel de Lyon impose des temps de pose relativement couts.Pour augmenter la qualité des images et la précision des mesures, il faut donc faire des séries dacquisition que l’on moyennera au traitement.
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 43
Journal des observations : obs040316.wpd
Observations COMAR du 16 mars 2004
Foyer oculaire : 2341
fichier sauvegarde : obs040316.zip 81 837 911 octetsTotal : 174 398 872 octetsfoyer : savfocus.txt
f040316_221636.fit F2 5.00 * f=2355 \ Temp. CCD : 3.0f040316_221717.fit “ ” “ f=2350 | f040316_221804.fit “ ” “ f=2345 | f040316_221841.fit “ ” “ f=2340 > foyer 2341f040316_221917.fit “ ” “ f=2335 | f040316_221952.fit “ ” “ f=2330 /f040316_222416.fit “ ” “ f=2341
f040316_223238.fit offfsetf040316_223319.fit “ ” * f=2341
NGC 2420
f040316_230116.fit F3 “ NGC pupitre 7h38'40" et 21°18'f040316_230726.fit F3 10.0 “ pupitre +15' N très absorbéf040316_230926.fit “ ” “ pupitre +9s Ouestf040316_231418.fit “ ” “ pupitre +35s Ouestf040316_231807.fit “ 20.0 “
etc
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 44
Journal des observations : obs040316.wpd
Observations COMAR du 16 mars 2004
NGC 2420
f040316_230116.fit F3 5.0 NGC pupitre 7h38'40" et 21°18'f040316_230726.fit F3 10.0 “ pupitre +15' N très absorbéf040316_230926.fit “ ” “ pupitre +9s Ouestf040316_231418.fit “ ” “ pupitre +35s Ouestf040316_231807.fit “ 20.0 “f040316_231947.fit “ ” “f040316_232105.fit F2 ” “f040316_232202.fit “ ” “f040316_232257.fit F4 ” “f040316_232416.fit “ ” “f040316_232629.fit “ ” “ pupitre + 46s Ouestf040316_232806.fit “ ” “ pupitre + 40s Ouestf040316_232905.fit F3 ” “
Erreur DMAf040316_233247.fit F3 ” “ offset ?f040316_233345.fit “ ” “f040316_233434.fit F2 ” “f040316_233522.fit “ ” “f040316_233622.fit “ 00 offsetf040316_233642.fit “ ” “f040316_233725.fit “ ” “f040316_233748.fit “ ” “f040316_233859.fit “ ” “f040316_234020.fit “ 20.0 obscuritéf040316_234109.fit “ ” “f040316_234154.fit “ ” “f040316_234500.fit F2 20.0 NGC pupitre +56sf040316_234709.fit “ ” “f040316_234801.fit F3 20.0 NGC image ?f040316_234910.fit “ ” “
Erreur DMAf040316_235339.fit F4 20.0 NGCf040316_235507.fit “ “ ”f040316_235913.fit “ ” “f040317_000003.fit F3 ” “f040317_000100.fit “ ” “f040317_000142.fit F2 ” “f040317_000233.fit “ 0.0 Obsc.f040317_000258.fit “ ” “ erreur transmissionf040317_000350.fit “ ” “
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 45
Cartes du ciel
Recherche Google : « sky » « atlas » « software »
http://www.imcce.fr/ephem/aster/HTML/french/c2a.htmlhttp://aladin.u-strasbg.fr/aladin.gml
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 46
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 47
2004/12/08 Observations CCD - Obs. de Lyon 48
New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars (NGC)Après Charles Messier qui, en 1784, a été le premier à publier une liste des objets célestes flous et le catalogue de nébulosités célestes de John Herschel, le Danois Johan Ludvig Emil Dreyer a repris la tâche pour, en 1888, sortir avec son New General Catalogue. D’abord uniquement sous des numéros d’ordre qui, plus tard, ont été complétés par le sigle NGC, il y a répertorié 7840 nébuleuses, galaxies et amas stellaires connus à son époque. Par la suite, ce travail a été suppléé par les Index Catalogues.
Après la publication de son New General Catalogue en 1888, l’astronome danois Johan Ludvig Emil Dreyer a édité en 1895 l’Index Catalogue IC I, son deuxième inventaire des nébuleuses et galaxies qui, avec le volume IC II de 1908, est considéré comme supplément de sa première oeuvre. Sous le sigle IC accompagné par un numéro d’ordre, les Index Catalogues indiquent plus de 5000 objets de différentes tailles.
http://www.anaconda-2.net/n_p/N003.html
Réf.:Dreyer, J. L. E. 1888, "Le Nouveau Catalogue Général des Nébuleuses et des Amas d'Etoiles" (New General Catalogue of Nebulae and Clusters of Stars), Mem. Roy. Astron. Soc. 49, 1ère partie (réimpression de 1953, Londres: Royal Astronomical Society).
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