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Séminaire Aude Genève - Mai 2002 Spectrographie

Séminaire Aude Genève - Mai 2002 Spectrographie. Christian Buil. La décomposition de la lumière. Dispersion avec un prisme. La dispersion des couleurs. Faible dispersion. Forte dispersion. La résolution spectrale. Mauvaise séparation des couleurs. Bonne séparation des couleurs.

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Presentation Transcript

  1. Séminaire AudeGenève - Mai 2002Spectrographie Christian Buil

  2. La décomposition de la lumière Dispersion avec un prisme

  3. La dispersion des couleurs Faible dispersion Forte dispersion

  4. La résolution spectrale Mauvaise séparation des couleurs Bonne séparation des couleurs

  5. La notion de longueur d ’onde 570 nm = 0,000570 mm = 7500 angströms

  6. Les raies spectrales Structure de l’atome et mécanique quantique

  7. Spectres de raies Continu Hélium Sodium Argon

  8. Un disperseur : le réseau à diffraction Réflexion Transmission Formule du réseau sin 1 + sin 2 = kn k = order de diffraction (…, -3, -2, -1, 0 , 1, 2, …)n = nombre de traits au millimètre (100 à 2400 t/mm typ.) = longueur d’onde (en mm)

  9. Ordres de diffraction Blaze : profil particulier des traits permettant de concentrer la majorité du flux dans un ordre (ici l’ordre 1)

  10. Spectrographe à réseau Schéma type...

  11. Paramètres d’un spectrographe Utilisation d’objectifs photographiques Epure optique : Tracer le contour des optiqueset des faisceaux pour compacter au mieux le dispositif

  12. Résolution spectrale (1/2) avec s = la largeur angulaire de la fente sur le ciel (en radians) D = le diamère du télescope. D1 = le diamètre du faisceau à la sorte du collimateur Configuration Littrow (1 = 2) : • Un grand télescope nécessite un grand spectrographe (D1) pour une même résolution. • La résolution augmente lorsque la largeur de la fente diminue. • Gain en résolution pour des ordres élevées ou lorque le réseau à un un grand nombre de traits au millimètre.

  13. Résolution spectrale (2/2) Profondeur du réseau = D1 . tan  D1  , Dans une combinaison Littrow ( = ) : Soit :

  14. Réseau dans le faisceau convergeant Pour : simplicité Contre : aberrations optiques importantes (perte de résolution)

  15. Réseau dans le faisceau convergeant Adaptation (réseau à transmission)

  16. Réseau dans le faisceau convergeant Image caractéristiqueavec une étoile… Spectrométrie de champ (pas de fente)

  17. Spectroscopie multi-objets Réseau dans le faisceauConvergeant du télescope Simplicité, mais mauvaiseséparation entre l’informationspectrale et l’informationspatiale Présence du fond de ciel« sous » le spectre (diminutiondu rapport signal/bruit) Attention : danger de voir lespectre ce projeté accidentellement sur une étoile du champ (prévoir de pouvoir « tourner » le spectro).

  18. Réseau dans le faisceau convergeant Champ de la nébuleuse NGC2392

  19. La spectro express… Réseau à diffraction dans le faisceau convergeant Distance réseau/CCD : 20 à 40 mm typ. Réseau Jeulin (30 Eu)

  20. Focalisation

  21. L’étalonnage spectral Associer une longueur d’onde à un pixel Identification des raies... Mesure des positions (par rapport à l’ordre zéro)

  22. L’étalonnage spectral : exemple Exemple : raie rouge de l’hydrogène à 6563 Atrouvée à X=2,340 mm (réseau 100 traits/mm)…

  23. Identification des raies spectrales (1/5) Attention au recouvrement d’ordres... (le bleu de l’ordre 2 se superpose au rouge de l’ordre 1) Parade : utilisation d’un filtre rouge pour voir la partie IR (filtre d’ordre)

  24. Identification des raies spectrales (2/5) Raies H-alpha en émission de certaines étoiles Be (Zeta Tau, Gamma Cas, Kappa Dra, …)

  25. Identification des raies spectrales (3/5) Utilisation de l’éclairage urbain… spectres de lampadaires Webcam :images couleurs…

  26. Identification des raies spectrales (4/5) Spectre d’émission de la nébuleuse Messier 57 Spectro-imagerie (pas de fente)

  27. Identification des raies spectrales (5/5) Utilisation des raies de l’atmosphère terrestre (tellurique)Ici les raies de la valeur d’eau au voisinage de la raie H-alpha… Etalonnage spectral très précis autour de la raie de la raie rouge de l’hydrogène

  28. Le prétraitement Exploitation…utilisation de Visual Spec (V. Desnoux)

  29. Autre montage : utilisation d’un collimateur Montage avec une lentille de Barlow : amélioration de la qualité du spectre

  30. Utilisation d’un collimateur

  31. Utilisation d’une Barlow : montage pratique

  32. Utilisation d’une Barlow : résultat

  33. Montage traditionnel L’étoile Delta Scorpionavec une webcam Ensemble plus encombrant qu’avec une barlow

  34. La compacité… enjeu important sur les instruments amateur Utilisation d’un réseau par réflexion

  35. Utilisation d’une fente… extension du domaine d'application • Fente longue… pourquoi ? • Isoler un objet • Limiter le fond de ciel • Faciliter l’étalonnage

  36. Utilisation d’une fente La nébuleuse Messier 8 Fente large Fente étroite Lunette de FSQ-106 – Spectro R=800

  37. Utilisation d’une fente Observation d’objets à surface étendue

  38. Utilisation d’une fente Etalonnage spectral avec un spectre de référence Le spectre de la galaxie M81 Spectre du Soleil et du gaz néon

  39. Vers plus de compacité... Configuration Littrow Objectif de 50 mm – Réseau 600 t/mm Dispersion : 2,9 A/pixel - Résolution R=1000

  40. Configuration Littrow Réseau Edmond 600 t/mm + objectif photo Nikon de 50 mm + caméra Audine

  41. Un spectrographe compact http://www.astrosurf.com/buil

  42. Un spectrographe compact : performances L’étoile Procyon

  43. Un spectrographe compact : performances

  44. Rendement du spectrographe (throughput) Dépend de la transmission optique, du rendement quantique du CCD, …

  45. Spectrographe R=1000 sur "petite" monture Utilisation sur une monture GD-DX et une lunette de 100 mm

  46. La mise en oeuvre Attention au chromatisme(ici une lunette fluorite) Attention à la focalisation

  47. Une version haute-résolution R=7000 Objectif Nikon de 180 mm de focale

  48. Programmes d’observationsen fonction de la résolution Résolution R : rapport de la longueur par le plus petit élément spectral séparable à cette longueur d’onde Avec un télescope de 200 mm… Très basse résolution (R=100) : Mag. Limite 15 - Supernovae, Novae, comètes lointaines, quasars… Basse résolution (R=1000) : Mag. Limite 11 -> novae - Etoiles variables - Etoiles Be (photométrie) - Novae - Comètes brillantes - Nébuleuses - Satellites planétaires… Moyenne réolution (R=6000) : Mag. Limite 8 -> Profil de raies sur Be, variables, quelques novae, binaires eclipses… Haute résolution (R=20000) : Mag. Limite 3 -> exoplanètes...

  49. Qu'elle configuration optique ? (1/4) Spectro R=1000 - fente large

  50. Qu'elle configuration optique ? (2/4) Barlow Tele Vue 1.8x (F=-124 mm) + objectif F=55 mmCollimateur F=135 mm + objectif F=55 mm

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