Observations photométriques astronomiques par imagerie numérique

Observatoire de Lyon Formation continue Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique

Observer des amas ouverts Choix d’objets à étudier : - intérêt astronomique : mesurer des étoiles en différentes couleurs pour avoir une idée de leur brillance et leur température. • Quels étoiles : • objets pas trop faibles • comparables Observations CCD - Obs. de Lyon

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 Observations CCD - Obs. de Lyon

Observer des amas ouverts Catalogue d’amas ouverts • Les plus brillants • catalogue de Messier - plus d’amas Catalogue NGC Recherche par le web http://atunivers.free.fr/openclus.html CDS : http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR Observations CCD - Obs. de Lyon

Observation d’amas ouverts • Choisir un ou des amas (catalogues) • - position (coordonnées) • - liste des étoiles • - cartes • - époque de l’année • - champ de l’instrument • - appareil d’observation • Observations individuelles d’étoiles • -choisir les étoiles à observer : • magnitudes • filtres (ou couleurs) • - position dans l’amas (coordonnées) Observations CCD - Obs. de Lyon

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. Echelle raccordée à l'échelle des anciens = loi de Pogson La différence de magnitude permet de comparer les éclats de deux objets. Observations CCD - Obs. de Lyon

Magnitudes La magnitude d’un objet dépend du domaine de longueur d’onde observé : visible, bleu, ultraviolet, infrarouge, radio… Observation des étoiles en plusieurs couleurs : magnitudes mB, mV, mR Pour un même objet, la différence de magnitude correspond à mesurer le rapport des intensités en deux couleurs C’est un indice de couleurs : B-V ou U-B, I-R etc L'indice B-V est un repère de température Observations CCD - Obs. de Lyon

Systèmes photométriques On mesure le rayonnement dans des bandes spectrales au moyen de filtres. Un ensemble de filtres choisis forme un système photométrique. Il existe de nombreux systèmes photométriques Caractéristique des filtres : - centre de la bande passante, - largeur de la bande (largeur à mi-hauteur 90% du flux). 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 Observations CCD - Obs. de Lyon

Le corps noir - corps en équilibre thermique - absorbe tout rayonnement reçu - émet un rayonnement propre à sa température Observations CCD - Obs. de Lyon

Indice de Couleurs Couleur de l’étoile donnée par l’indice de couleur : filtres U, B, V indices : U-B, B-V Indépendant de la distance Directement relié à la Température. En passant en magnitude, l'inégalité s'inverse : Observations CCD - Obs. de Lyon

Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique Champ de l’instrument - chercheurs Pointage - coordonnées équatoriales - temps sidéral Observer à un moment précis Magnitudes Filtres et indices de couleurs Observation - masse d’air Observation - objets à observer Observation - base de données Observation - protocole Observation - cartes La caméra CCD – programme d’acquisition La caméra CCD – filtres BVR Observations CCD - Obs. de Lyon

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. Observations CCD - Obs. de Lyon

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. Observations CCD - Obs. de Lyon

Grandeur du champ Observations CCD - Obs. de Lyon

Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique Champ de l’instrument - chercheurs Pointage - coordonnées équatoriales - temps sidéral Observer à un moment précis Magnitudes Filtres et indices de couleurs Observation - masse d’air Observation - objets à observer Observation - base de données Observation - protocole Observation - cartes La caméra CCD – programme d’acquisition La caméra CCD – filtres BVR Observations CCD - Obs. de Lyon

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. 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. 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. Observations CCD - Obs. de Lyon

La sphère céleste Pour un observateur terrestre, la direction d’un astre de la sphère céleste est repérée par • 1) l’angle direction objet, plan méridien • d : la déclinaison • (en degrés -90 à +90) • 2) l’angle direction objet , plan méridien • H : angle horaire • (en heures d’angle) La sphère céleste tourne par rapport à l’axe des pôles. L’objet décrit un petit cercle parallèle à l’équateur. L’angle horaire de l’objet croit constamment de 0 à 24 heures. Observations CCD - Obs. de Lyon

La sphère céleste Pour se repérer sur la sphère céleste, on a : • l’axe des pôles • le cercle équateur • un point origine sur l’équateur : • le point g direction du Soleil à l’équinoxe de printemps g Observations CCD - Obs. de Lyon

La sphère céleste Pour se repérer sur la sphère céleste, on a : • l’axe des pôles • le cercle équateur • un point origine sur l’équateur : le point g direction du Soleil à l’équinoxe de printemps Coordonnées équatoriales : a : ascension droite (heures d’angles) d : déclinaison Coordonnées des catalogues. Observations CCD - Obs. de Lyon

La sphère céleste Pour se repérer sur la sphère céleste, on a : • l’axe des pôles • le cercle équateur • un point origine sur l’équateur : le point g direction du Soleil à l’équinoxe de printemps Coordonnées équatoriales : a : ascension droite (heures d’angles) d : déclinaison (degrés) Coordonnées des catalogues. Observations CCD - Obs. de Lyon

Temps Le temps solaire est l’angle horaire du Soleil. Le temps sidéral est l’angle horaire du point g. Ayant a et d d’un objet (catalogue) la direction de visée instrumentale est : d (déclinaison) H = TS – a (angle horaire) • La visibilité et l’observation d’un astre dépendra • de ses coordonnéesa et d sur la sphère céleste • du temps sidéral du lieu Observations CCD - Obs. de Lyon

Temps sidéral Le temps sidéral d’un lieu, l’angle horaire du point g, est fonction de la longitude comme le temps solaire. 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. (*) UT Temps Universel, est le temps solaire moyen de Greenwich origine des longitudes décalé de 12 heures. Observations CCD - Obs. de Lyon

Temps sidéral – Temps solaire Le temps sidéral s’affiche dans toute les coupoles. Il peut se calculer au moyen de formules un peu complexes, à partir du TU 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 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) Observations CCD - Obs. de Lyon

Temps sidéral – Temps solaire Pour avoir une idée approximative du temps sidéral, il faut savoir que : • Le jour de l’équinoxe de printemps, le Soleil est au point g. • 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 ? Observations CCD - Obs. de Lyon

Temps sidéral – Temps solaire 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 Observations CCD - Obs. de Lyon

Pointage Pour pouvoir viser toute direction de la demi-sphère céleste, un instrument doit posséder deux axes de rotation disposés perpendiculairement. 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 (d). Le pointage d'un astre à partir de ses coordonnées a et d : est d'une simplicité biblique. Ayant le temps sidéral du lieu, on applique la formule magique : H = TS - a. Orientation de l'instrument : H et d Observations CCD - Obs. de Lyon

Observations – position de l’astre Pour observer dans de bonnes conditions, il faut que les objets ou le champ d’objets soient : • au dessus de l’horizon • visible assez longtemps pour faire les observations • la dégradation due à l’atmosphère minimisée Observations CCD - Obs. de Lyon

Observations – position de l’astre Pour observer dans de bonnes conditions, il faut que les objets ou le champ d’objets soient : • au dessus de l’horizon • visible assez longtemps pour faire les observations • la dégradation due à l’atmosphère minimisée L’angle horaire de l’astre doit être le plus petit possible (modulo 24) Observations CCD - Obs. de Lyon

Absorption et agitation atmosphérique • L’atmosphère n’est pas neutre au passage des rayons lumineux. • Deux actions • 1) - déformations des trajets avec la non homogénéité des couches • donnent 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. Au passage au méridien d’un astre : H = TS - a son ascension droite = le temps sidéral Il faut donc choisir des objets dont l’ascension droite est proche du Temps Sidéral au moment de l’observation Observations CCD - Obs. de Lyon

Epaisseur d ’atmosphère traversée OZ = h , épaisseur de l’atmosphère, supposée constante au cours des mesures OM = x , longueur parcourue par les rayons solaires dans l’atmosphère  , distance zénithale : angle que fait la ligne de visée avec le zénith x = h . sec  avec sec  (sécante ) : fonction inverse du cosinus Observations CCD - Obs. de Lyon

Loi générale de l’absorption :  x : épaisseur d ’une couche élémentaire du milieu absorbant Io : intensité du faisceau d ’entrée I : intensité du faisceau au niveau de l ’élément  x IS : intensité du faisceau à la sortie intensité absorbée dans l’épaisseur x : I = - k . I .  x (k : caractéristique du milieu absorbant) Observations CCD - Obs. de Lyon

( ) ln = - k . x à l’entrée, x = 0 et I = Io ln Io = cte ln I = - k . x + ln Io ln I est une fonction affine de x I = I0. e- k x Observations CCD - Obs. de Lyon

Observations photométriques astronomiquespar imagerie numérique Recherche d’amas ouverts observables Observations CCD - Obs. de Lyon

Recherche d’amas ouvert Catalogue Messier http://www.obspm.fr/messier/Messier_f.html http://perso.wanadoo.fr/jacques.cazenove/Messier/Catalog.htm http://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 Observations CCD - Obs. de Lyon

Base de données Centre de données stellaires CDS – Strasbourg http://cdsweb.u-strasbg.fr/ Simbad The 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 Aladin Aladin 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 Observations CCD - Obs. de Lyon

Observations avec la Caméra CCD Comar sur T1m Photométrie d'amas Observations : amas NGC 2420 en B et V (bleu et Visible) Observations CCD - Obs. de Lyon

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. Observations CCD - Obs. de Lyon

Carte de champ à l’IMCCE (http://lychnis.imcce.fr/Starfield.html) Entrée des données : • Types de catalogues : • GSC et USNO stellaires • identiques • BS : 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 Ne pas prendre trop grand sinon le fichier est énorme. 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. Observations CCD - Obs. de Lyon

Carte de champ à l’IMCCE (http://lychnis.imcce.fr/Starfield.html) Exemple de carte de l’amas ouvert NGC 581 Observations CCD - Obs. de Lyon

Carte de champ à l’IMCCE (http://lychnis.imcce.fr/Starfield.html) Exemple de carte de l’amas ouvert NGC 581 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. Observations CCD - Obs. de Lyon

Observations Prise d'images centrées sur le champ avec différents filtres B (bleu) – V (visible) – R (rouge) Obtention d'images "obscurité" pour compenser l'offset électronique Temps de pose 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. Journal des observations du 16 mars 2004 sur NGC 2420 Observations CCD - Obs. de Lyon

Journal des observations : obs040316.wpd • Observations COMAR du 16 mars 2004 • Foyer oculaire : 2341 • fichier sauvegarde : obs040316.zip 81 837 911 octets • Total : 174 398 872 octets • foyer : savfocus.txt • f040316_221636.fit F2 5.00 * f=2355 \ Temp. CCD : 3.0 • f040316_221717.fit “ ” “ f=2350 | • f040316_221804.fit “ ” “ f=2345 | • f040316_221841.fit “ ” “ f=2340 > foyer 2341 • f040316_221917.fit “ ” “ f=2335 | • f040316_221952.fit “ ” “ f=2330 / • f040316_222416.fit “ ” “ f=2341 • f040316_223238.fit offfset • f040316_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 absorbé • f040316_230926.fit “ ” “ pupitre +9s Ouest • f040316_231418.fit “ ” “ pupitre +35s Ouest • f040316_231807.fit “ 20.0 “ • etc Observations CCD - Obs. de Lyon

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 absorbé • f040316_230926.fit “ ” “ pupitre +9s Ouest • f040316_231418.fit “ ” “ pupitre +35s Ouest • f040316_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 Ouest • f040316_232806.fit “ ” “ pupitre + 40s Ouest • f040316_232905.fit F3 ” “ • Erreur DMA • f040316_233247.fit F3 ” “ offset ? • f040316_233345.fit “ ” “ • f040316_233434.fit F2 ” “ • f040316_233522.fit “ ” “ • f040316_233622.fit “ 00 offset • f040316_233642.fit “ ” “ • f040316_233725.fit “ ” “ • f040316_233748.fit “ ” “ • f040316_233859.fit “ ” “ • f040316_234020.fit “ 20.0 obscurité • f040316_234109.fit “ ” “ • f040316_234154.fit “ ” “ • f040316_234500.fit F2 20.0 NGC pupitre +56s • f040316_234709.fit “ ” “ • f040316_234801.fit F3 20.0 NGC image ? • f040316_234910.fit “ ” “ • Erreur DMA • f040316_235339.fit F4 20.0 NGC • f040316_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 transmission • f040317_000350.fit “ ” “ Observations CCD - Obs. de Lyon

Cartes du ciel Recherche Google : « sky » « atlas » « software » http://www.imcce.fr/ephem/aster/HTML/french/c2a.html http://aladin.u-strasbg.fr/aladin.gml Observations CCD - Obs. de Lyon

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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. 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). http://www.anaconda-2.net/n_p/N003.html Observations CCD - Obs. de Lyon

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