Phm - Observatoire de Lyon – Université Lyon 1

1. Spectrographie stellaire diurne Phm - Observatoire de Lyon – Université Lyon 1 II – Cycles des acquisitions spectrales Ateliers 2011-12

2. Observations diurnes En journée, un astre peut être vu à l’œil nu sur le fond du ciel, à condition qu’il soit suffisamment brillant. Ex. : Vénus vers son maximum de brillance (magnitude -4) avec un ciel pur (non brumeux et nuageux) Difficulté : pour trouver l’objet, il faut viser exactement sa position. Un télescope (ou lunette) n’augmente pas la brillance du ciel, car c’est un objet étendu. Par contre, une étoile, objet ponctuel, paraîtra plus brillante. L’objet sera visible, si sa magnitude devient plus grande que celle du fond de ciel. Voir article CahierClairaut no 75 Automne 1996 p. 42- Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

3. Observations diurnes Par ciel dégagé, à Lyon, on voit très bien les étoiles de magnitudes 0 et même 1 : Véga, Sirius, Arcturus, etc. • L’image peut être perdue si : • l’agitation atmosphérique devient trop forte et détruit l’image qui s’étale • le fond du ciel augmente par la formation de brumes. Recherche des étoiles brillantes : Catalogue Bright Stars Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

4. Observations diurnes Quelques étoiles brillantes facilement observables. Toutes ces étoiles sont visibles, si l’instrument est bien pointé, même avec une petite lunette de 100 mm de diamètre d’entrée. HR Name RAJ2000 DEJ2000 Vmag SpType "h:m:s" "d:m:s" mag 1457 87Alp Tau Aldebaran 04 35 55.2 +16 30 33 0.85 K5+III 1708 13Alp Aur Capella 05 16 41.4 +45 59 53 0.08 G5IIIe+G0III 1713 19Bet Ori Rigel 05 14 32.3 -08 12 06 0.12 B8Ia 2061 58Alp Ori Beltegeuse 05 55 10.3 +07 24 25 0.5 M1-2Ia-Iab 2491 9Alp CMa Sirius 06 45 08.9 -16 42 58 -1.46 A1Vm 2943 10Alp CMi Procyon 07 39 18.1 +05 13 30 0.38 F5IV-V 2990 78Bet Gem Pollux 07 45 18.9 +28 01 34 1.14 K0IIIb 3982 32Alp Leo Regulus 10 08 22.3 +11 58 02 1.35 B7V 5056 67Alp Vir Spica 13 25 11.6 -11 09 41 0.98 B1III-IV+B2V 5340 16Alp Boo Arcturus 14 15 39.7 +19 10 57 -0.04 K1.5IIIFe-0.5 6134 21Alp Sco Antares 16 29 24.4 -26 25 55 0.96 M1.5Iab-Ib+B4Ve 7001 3Alp Lyr Vega 18 36 56.3 +38 47 01 0.03 A0Va 7557 53Alp Aql Altaïr 19 50 47.0 +08 52 06 0.77 A7V 7924 50Alp Cyg Deneb 20 41 25.9 +45 16 49 1.25 A2Ia 8728 24Alp PsA Fomalhaut 22 57 39.1 -29 37 20 1.16 A3V Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

5. Obs. 29/11/2011 Observations diurnes L’étoile visible est mise sur la fente du spectrographe. Le spectre obtenu comporte le spectre de l’étoile et le spectre du ciel superposés. La largeur du spectre de l’étoile provient de l’agitation atmosphérique (ou de la focalisation). Pour ôter le spectre du ciel (soleil) il faut faire un spectre sans l’étoile, dans les mêmes conditions : - Ciel identique (juste à côté) - Même réglage, temps de pose, position réseau, etc. Remarque : entre les deux images, le ciel peut changer, ce qui est très gênant. Et pour enlever le signal d’offset et de noir, une ou des poses obturateur fermé. Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

6. Le signal enregistré avec une caméra CCD dans une image spectrale comporte trois parties qui s’additionnent : 1 – l’intensité de l’objet astronomique convertit en valeur 2 – un signal due à l’électronique de chaque pixel par suite des fuites et imperfections du matériau La valeur de ce signal - augmente linéairement avec le temps de pose - décroît rapidement avec la température du CCD 3 – une valeur de base ou offset (bias), toujours la même, due au réglage de l’électronique de conversion du signal analogique digital. Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

7. Il faudra donc mesurer ces trois parties : - l’offset seul en faisant des poses de durée nulle. - Le signal de noir avec l’offset avec des temps de pose identiques à ceux fait avec la lumière de l’objet astronomique - Le signal de l’objet auquel s’ajoute le noir et l’offset. Le traitement des images spectrales, permettra d’éliminer les parties non astronomiques des images. Sur les 4 millions de pixels du CCD, certains sont défectueux et prennent rapidement de fortes valeurs, même sous lumière faible (pixels chauds ou bruyants). Aux temps de poses important ils sont saturés. Le traitement devra aussi éliminer ces points. Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

8. Le spectre du Soleil est presque un lampe étalon de laboratoire Il n’y a pratiquement pas de vitesse radiale Terre-Soleil Au moment, où la distance radiale Terre-Soleil varie le plus vite, sa valeur absolue atteint 0.5 km/s. Ce qui en dessous de la précision obtenue avec le matériel utilisé. Mais on peut en tenir compte par une correction. Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

9. Sachant qu’avec une petite lunette, on voit les étoiles en plein jour Pourquoi ne pas en faire le spectre Il faudra aussi ne pas oublier de faire attention : - aux limites en précision et résolution - à la précision des longueurs d’onde - à l’identification des raies - au piège des raies non résolues (blend) Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

10. Séquence d’observations 1 - Installer le spectrographe-CCD réglé sur le télescope Il est conseillé d’orienter le spectrographe de façon que la fente soit parallèle au déplacement alpha. Ceci permet un léger balayage pendant la pose afin d’élargir le spectre pour faciliter le traitement ultérieur. 2 - Branchements : - Alimentation CCD - CCD – PC par câble USB Ici on ne se sert pas de la lampe néon d’étalonnage 3 - Pointage Amener l’étoile sur la fente du spectrographe et faire la mise au point 3 - Mise en route Mise en route du CCD, alimentation ON Lancement du programme d’acquisition Mise en refroidissement à partir de la fenêtre « Cooling » (15 à 20° en dessous de la température ambiante). Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

11. Séquence d’observations Choisir la zone spectrale à l’aide de l’indication du palmer L’étalonnage longueurs d’onde – position palmer, diffère un peu d’un appareil à l’autre Par exemple avec spectrographe du SDC de l’Observatoire de Lyon on peut utiliser la formule donnant approximativement la longueur d’onde au centre du spectre : l central = 324.12 xpalmer +246.8 Doublet Na I 17.42 Triplet du Mg 15.2 Doublet Ca II 11.45 Hb 14.24 Ne plus toucher au palmer durant la séquence de prise de spectres ! Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

12. Séquence d’observations Chaque spectre reconnu valable doit être sauvé par l’ordre « Save » ou « Enregistrer sous » • Faire 3 ou 4 offsets • Rechercher sur le spectre ciel le temps de pose qui ne fait pas dépasser 12000 • Avec ce temps de pose faire 4 fichiers noirs • Alterner fichier ciel –fichier ciel avec étoile (au moins 4 fois) • Faire 2 ou 4 noirs • Faire 3 ou 4 offsets Tenir un cahier de bord des observations Nomenclature possible des noms de sauvegarde : Fxxx_ttttt_PPPP_STTT_observation.FIT xxx : num observation 1, 2… ttttt : temps de pose en 100ème s PPPP : position palmer (en 100ème) STTT : temp. signe + ou – et en 10ème observation : offset, noir, ciel, ciel+etoile, etalonnage, etc Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

13. Séquence d’observations Arrêt • Arrêter le refroidissement • Lorsque la température est remontée ou presque arrêter l’alimentation du CCD • Ranger les affaires et le télescope • Passer à la phase de traitement Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

14. FIN Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)

15. Observations diurnes Quelques étoiles brillantes facilement observables. Toutes ces étoiles sont visibles, si l’on est bien pointé, avec une petite lunette de 100 mm de diamètre d’entrée. HR Name RAJ2000 DEJ2000 Vmag SpType Périodes d'observation "h:m:s" "d:m:s" mag 1457 87Alp Tau Aldebaran 04 35 55.2 +16 30 33 0.85 K5+III fin août - début sept. fin février - début mars 1708 13Alp Aur Capella 05 16 41.4 +45 59 53 0.08 G5IIIe+G0III mi septembre mi mars 1713 19Bet Ori Rigel 05 14 32.3 -08 12 06 0.12 B8Ia: 2061 58Alp Ori Beltegeuse 05 55 10.3 +07 24 25 0.5 M1-2Ia-Iab 2ème part. sept. mi mars 2491 9Alp CMa Sirius 06 45 08.9 -16 42 58 -1.46 A1Vm début octobre début avril 2943 10Alp CMi Procyon 07 39 18.1 +05 13 30 0.38 F5IV-V début novembre mi avril 2990 78Bet Gem Pollux 07 45 18.9 +28 01 34 1.14 K0IIIb début novembre mi avril 3982 32Alp Leo Regulus 10 08 22.3 +11 58 02 1.35 B7V mi décembre mi mai 5056 67Alp Vir Spica 13 25 11.6 -11 09 41 0.98 B1III-IV+B2V mi janvier mi juillet 5340 16Alp Boo Arcturus 14 15 39.7 +19 10 57 -0.04 K1.5IIIFe-0.5 mi janvier mi juillet 6134 21Alp Sco Antares 16 29 24.4 -26 25 55 0.96 M1.5Iab-Ib+B4Ve fin fév.r - début mars fin août - début sept. 7001 3Alp Lyr Vega 18 36 56.3 +38 47 01 0.03 A0Va 7557 53Alp Aql Altaïr 19 50 47.0 +08 52 06 0.77 A7V 2ème part. avril mi octobre 7924 50Alp Cyg Deneb 20 41 25.9 +45 16 49 1.25 A2Ia 8728 24Alp PsA Fomalhaut 22 57 39.1 -29 37 20 1.16 A3V 2ème part. mai 2ème part. nov. Spectrographie diurne des étoiles - (2011/12/16)