Observations photom

1
Observations photométriques astronomiquespar
imagerie numérique
Observatoire de Lyon Formation continue
2
Observer des amas ouverts
Choix dobjets 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

3
Observer des amas ouverts

• Amas ouverts
• - ensemble de quelques centaines détoiles,
  originaires dune même formation détoiles et
  situés en général dans le disque des galaxies
  spirales.
• liées gravitationnellement.
• dimension de lordre de 100 pc
• ensemble jeunes quelques 100 millions dannées

• originaires dune même formation détoiles,
  liées gravitationnellement.
• se dispersent assez rapidement donc étoiles
  jeunes

http//www.cosmovisions.com/amou.htm
4
Observer des amas ouverts
Catalogue damas ouverts

• Les plus brillants
• catalogue de Messier

- plus damas Catalogue NGC
Recherche par le web http//atunivers.free.fr/ope
nclus.html CDS http//vizier.u-strasbg.fr/viz-b
in/VizieR
5
Observation damas ouverts
Choisir un ou des amas (catalogues) - position
(coordonnées) - liste des étoiles - cartes -
époque de lannée - champ de linstrument -
appareil dobservation
Observations individuelles détoiles -choisir les
étoiles à observer magnitudes filtres (ou
couleurs) - position dans lamas (coordonnées)
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 loeil.
Maintenant on mesure léclat 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.
7
Magnitudes
La magnitude dun objet dépend du domaine de
longueur donde 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
Cest un indice de couleurs B-V ou U-B, I-R etc
L'indice B-V est un repère de température
8
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 linfrarouge
IJKLMN
9
Le corps noir
- corps en équilibre thermique
- absorbe tout rayonnement reçu
- émet un rayonnement propre à sa température
10
Indice de Couleurs
Couleur de létoile donnée par lindice 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
11
Observations photométriques astronomiquespar
imagerie numérique
Champ de linstrument - chercheurs
Pointage - coordonnées équatoriales - temps
sidéral
Observer à un moment précis
Magnitudes
Filtres et indices de couleurs
Observation - masse dair
Observation - objets à observer
Observation - base de données
Observation - protocole
Observation - cartes
La caméra CCD programme dacquisition
La caméra CCD filtres BVR
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Champ d'un instrument
Champ de linstrument portion du ciel que lon
peut voir simultanément dans loculaire ou sur
lappareil de prise dimage. Il se mesure suivant
linstrument, en degrés, minutes ou secondes
darc.
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.
14
Grandeur du champ
15
Grandeur du champ
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Observations photométriques astronomiquespar
imagerie numérique
Champ de linstrument - chercheurs
Pointage - coordonnées équatoriales - temps
sidéral
Observer à un moment précis
Magnitudes
Filtres et indices de couleurs
Observation - masse dair
Observation - objets à observer
Observation - base de données
Observation - protocole
Observation - cartes
La caméra CCD programme dacquisition
La caméra CCD filtres BVR
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La sphère céleste
De la sphère céleste, centrée sur lobservateur,
sphère imaginaire où semble être accrochées les
étoiles, on nen voit que la moitié, limitée par
lhorizon.
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 dun axe qui passe par les pôles
célestes PN et PS.
Le grand cercle perpendiculaire à laxe PNPS est
léquateur 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 léquateur les
pôles sont sur lhorizon.
La hauteur dun astre étant langle de la
direction de lastre avec le plan horizon, la
latitude dun lieu est la hauteur du Pôle au
dessus de lhorizon.
18
La sphère céleste
Pour un observateur terrestre, la direction dun
astre de la sphère céleste est repérée par
1) langle direction objet, plan méridien d la
déclinaison (en degrés -90 à 90)
2) langle direction objet , plan méridien H
angle horaire (en heures dangle)
La sphère céleste tourne par rapport à laxe des
pôles.
Lobjet décrit un petit cercle parallèle à
léquateur.
Langle horaire de lobjet croit constamment de 0
à 24 heures.
19
La sphère céleste
Pour se repérer sur la sphère céleste, on a

• laxe des pôles
• le cercle équateur
• un point origine sur léquateur
• le point g

direction du Soleil à léquinoxe de printemps
g
20
La sphère céleste
Pour se repérer sur la sphère céleste, on a

• laxe des pôles
• le cercle équateur
• un point origine sur léquateur le point g

direction du Soleil à léquinoxe de printemps
Coordonnées équatoriales
a ascension droite (heures dangles) d
déclinaison
Coordonnées des catalogues.
21
La sphère céleste
Pour se repérer sur la sphère céleste, on a

• laxe des pôles
• le cercle équateur
• un point origine sur léquateur le point g

direction du Soleil à léquinoxe de printemps
Coordonnées équatoriales
a ascension droite (heures dangles) d
déclinaison (degrés)
Coordonnées des catalogues.
22
Temps
Le temps solaire est langle horaire du Soleil.
Le temps sidéral est langle horaire du point g.
Ayant a et d dun objet (catalogue) la direction
de visée instrumentale est
d (déclinaison) H TS a (angle horaire)

• La visibilité et lobservation dun astre
  dépendra
• de ses coordonnées a et d sur la sphère céleste
• du temps sidéral du lieu

23
Temps sidéral
Le temps sidéral dun lieu, langle 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 lEst et
négativement à lOuest.
() UT Temps Universel, est le temps solaire
moyen de Greenwich origine des longitudes décalé
de 12 heures.
24
Temps sidéral Temps solaire
Le temps sidéral saffiche 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.548418640184
s.812866 T0s.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)
25
Temps sidéral Temps solaire
Pour avoir une idée approximative du temps
sidéral, il faut savoir que

• Le jour de léquinoxe 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 ?
26
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
27
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 laxe
principal de rotation est orienté parallèle à
laxe de rotation de la Terre.
Ses repères sont alors le plan méridien (H) et
la distance par rapport à léquateur 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
28
Observations position de lastre
Pour observer dans de bonnes conditions, il faut
que les objets ou le champ dobjets soient

• au dessus de lhorizon

• visible assez longtemps pour faire les
  observations

• la dégradation due à latmosphère minimisée

29
Observations position de lastre
Pour observer dans de bonnes conditions, il faut
que les objets ou le champ dobjets soient

• au dessus de lhorizon

• visible assez longtemps pour faire les
  observations

• la dégradation due à latmosphère minimisée

Langle horaire de lastre doit être le plus
petit possible (modulo 24)
30
Absorption et agitation atmosphérique
Latmosphère nest 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 dAiry ou tache de
diffraction et non stables. 2) - absorption
dune partie de la lumière, dautant plus
importante que la couche est plus épaisse. Cette
absorption est fonction de la longueur donde
(couleur) de la lumière.
Au passage au méridien dun astre H TS -
a son ascension droite le temps sidéral
Il faut donc choisir des objets dont lascension
droite est proche du Temps Sidéral au moment de
lobservation
31
Epaisseur d atmosphère traversée
OZ h , épaisseur de latmosphère, supposée
constante au cours des mesures
OM x , longueur parcourue par les rayons
solaires dans latmosphère
? , distance zénithale angle que
fait la ligne de visée avec le zénith
x h . sec ?
avec sec ?  (sécante ?) fonction inverse du
cosinus
32
Loi générale de labsorption 
? 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 lépaisseur ? x ?I -
k . I . ? x (k caractéristique du
milieu absorbant)
33
à lentrée, 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
34
Observations photométriques astronomiquespar
imagerie numérique
Recherche damas ouverts observables
35
Recherche damas ouvert
Catalogue Messier
http//www.obspm.fr/messier/Messier_f.html
http//perso.wanadoo.fr/jacques.cazenove/Messier/C
atalog.htm http//www.astroweb2000.net/le_cosmos/c
ataloguemessier.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
36
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
37
Observations avec la Caméra CCD Comar sur T1m
Photométrie d'amas
Observations amas NGC 2420 en B et V (bleu et
Visible)
38
Catalogue détoiles
Site web de lIMCCE pour des cartes page
provisoire http//lychnis.imcce.fr/Starfield.htm
l
A partir du CDS à expérimenter.
39
Carte de champ à lIMCCE (http//lychnis.imcce.fr
/Starfield.html)
Entrée des données
Types de catalogues GSC et USNO
stellaires identiques BS Bright Star
Catalogue sarrête à la magnitude 7
Les autres catalogues nont pas dintérêt.
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
lon ramène. A imprimer (si imprimante PS) ou à
transformer en PDF avec Acrobat Reader.
40
Carte de champ à lIMCCE (http//lychnis.imcce.fr
/Starfield.html)
Exemple de carte de lamas ouvert NGC 581
41
Carte de champ à lIMCCE (http//lychnis.imcce.fr
/Starfield.html)
Exemple de carte de lamas ouvert NGC 581
Même que précédemment avec un champ de 0,5 degrés.
Remarque
Dans un chercheur ou à loculaire du télescope,
les images sont renversées. Sil y a un renvoi,
limage peut être symétrisée.
42
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 lon moyennera au traitement.
Journal des observations du 16 mars 2004 sur NGC
2420
43
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.fi
t F2 5.00 f2355 \ Temp. CCD
3.0 f040316_221717.fit f2350
f040316_221804.fit f2345
f040316_221841.fit f2340 gt foyer
2341 f040316_221917.fit f2335
f040316_221952.fit f2330 / f040316_2224
16.fit f2341 f040316_223238.fit offfs
et f040316_223319.fit f2341 NGC
2420 f040316_230116.fit F3 NGC pupitre
7h38'40" et 2118' 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
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 2118' 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_2
33642.fit f040316_233725.fit
f040316_233748.fit f040316_233859.fit
f040316_234020.fit 20.0 obscurité f0403
16_234109.fit f040316_234154.fit
f040316_234500.fit F2 20.0 NGC pupitre
56s f040316_234709.fit f040316_234801.fi
t F3 20.0 NGC image ? f040316_234910.fit
Erreur DMA f040316_235339.fit F4 20.0 NGC f04031
6_235507.fit f040316_235913.fit
f040317_000003.fit F3 f040317_000100.fit
f040317_000142.fit F2
f040317_000233.fit 0.0 Obsc. f040317_000258.f
it erreur transmission f040317_000350.fit

45
Cartes du ciel
Recherche Google sky atlas software
http//www.imcce.fr/ephem/aster/HTML/french/c2a.ht
ml http//aladin.u-strasbg.fr/aladin.gml
46
(No Transcript)
47
(No Transcript)
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. Dabord
uniquement sous des numéros dordre 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, lastronome danois Johan Ludvig Emil
Dreyer a édité en 1895 lIndex 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
dordre, 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