Méthode simple d'enregistrement de l'occultation d'une étoile par un astéroïde.
L'article suivant est une synthèse de mes réflexions sur le sujet début 2013, suite à l'enregistrement du passage de 2012DA14 (voir chapitre astéroïdes et étoiles filantes).
L'occultation d'une étoile par un astéroïde permet de définir avec plus de précision la trajectoire de l'astéroïde, de préciser ses dimensions, et même, par la collaboration de nombreux observateurs, sa forme.
Pour plus de détails voir le site Euraster
Les différentes techniques d'observation vont de la simple observation visuelle à des procédés élaborés d'enregistrement automatique.
J'aimerais essayer autre chose que l'observation visuelle et garder une trace de l'événement sans mise en œuvre complexe.
La technique envisagée est un filé sur les étoiles, dû au mouvement diurne, avec un instrument fixe, l'occultation s'enregistrant sous la forme d'une interruption de la trace.
Je me suis inspiré d'une observation réalisée le 15 février 2013, lors de laquelle j'avais fixé le passage de l'astéroïde géocroiseur 2012DA14.
ICI
On devrait obtenir une image comparable à l'image ci-dessous, sauf qu'il ne devrait y avoir qu'une seule interruption sur une seule étoile du champ, bien sûr:
Cette technique d’enregistrement par filé a déjà été décrite, sur Euraster, et développée ICI
Mais il s’agit principalement d’utiliser une CCD et une méthode élaborée de dépouillement.
Pour moi j’envisage les moyens les plus simples possibles, avec du matériel courant, un instrument quelconque et un reflex numérique, sans que cela empêche une évolution ultérieure de la technique.
Les différentes questions qui se posent:
- Quelle résolution temporelle peut-on espérer obtenir?
- Comment enregistrer des repères chronologiques de référence?
- Comment choisir un instrument adapté à la magnitude de l'étoile occultée?
- Quelle est la valeur minimum de la chute de magnitude enregistrable?
Résolution temporelle
Le matériel envisagé est constitué d'un reflex numérique Canon 350D monté au foyer d'un instrument de moyenne focale, en l'occurrence une lunette achromatique 120/1000.
Le déplacement apparent d'une étoile situé sur l'équateur céleste, dans le champ d'un instrument fixe par rapport à la Terre, est de 15''/s (15 seconde d'arc par seconde de temps), soit, avec une focale de 1000 mm, 0,072 mm/s. Ce qui représente 11,3 pixels sur le capteur du Canon (pixels de 6.4 microns).
Pour un astre situé en un point quelconque du ciel la vitesse de déplacement évolue comme le cosinus de la déclinaison. Il devient évident que près des pôles cela ne marche plus mais la plus grande partie du ciel peut être couverte, quitte à utiliser un instrument de plus longue focale aux déclinaisons élevées (voir tableau de correction en annexe).
Pour s'approcher de la résolution temporelle couramment attribuée à l'observation visuelle des occultations (1/10ème de s), il faudra donc mesurer les interruptions de la trace à la précision de presque 1 pixel. Par un simple pointé visuel sur l'image on est peut-être un peu en dessous mais, l'expérience aidant, on doit pouvoir s'en approcher.
Mais pour exploiter la précision atteinte il faut caler les mesures obtenues par rapport au Temps Universel, donc disposer d'une base de temps fiable et intégrer des repères de temps dans l'enregistrement, donc dans la trace.
Base de temps et repères temporels
Paragraphe modifié le 28 octobre 2014.
En ce qui concerne la base de temps, une pendulette radiopilotée, synchronisée peu de temps avant l'événement, fournit des données fiables et disponibles en permanence. D'autres outils sont possibles mais soit plus compliqués, soit à utiliser avec prudence.
Il est nécessaire de disposer sur l'enregistrement de repères temporels. Ceux-ci sont naturellement créés par les extrémités de la trace. Encore faut-il connaître précisément les instants de début et de fin de trace.
J'avais initialement opté pour la méthode de l'obturation manuelle pour inscrire des interruptions de la trace à des instants précis.
L'obturation manuelle m'apparaît finalement, à l'usage, comme modérément précise et de toute manière inapplicable aux diamètres importants.
Par contre, le bruit de l'obturateur, isolé par utilisation du relèvement préalable du miroir avec retardateur, indique précisément le début de pose. Ce début de pose sera raccordé au temps universel par inscription sur le même enregistrement de tops vocaux sur des instants fournis par une pendulette radio pilotée ou tout autre moyen.
On chronomètre ensuite l'enregistrement sur dictaphone de façon classique pour déterminer précisément l'heure de début de pose.
On mesure ensuite sur le filé la position d'une éventuelle interruption de la trace par rapport au début de celle-ci. La mesure se fait donc en 2 temps.
Par exemple, pour une occultation prévue à 22h31m25s avec une incertitude de 15s sur l'heure, la procédure se déroule suivant la séquence suivante:
22h29m15s mise sous contact APN .
22h29m30s positionnement de l'étoile dans le champ, pour que la trace soit à peu près centrée.
22h30m00s mise en marche enregistrement
22h30m30s enregistrement top vocal à partir de l'affichage d'une pendulette radiopilotée
22h30m45s enregistrement 2ème top vocal
22h30m57s déclenchement pose de l'APN avec retardateur 3s et relevage miroir
22h31m00s Bruit de l'obturateur
22h31m10s début de la marge d'erreur
22h31m25s occultation théorique
22h31m40s fin de la marge d'erreur
22h31m50s arrêt de la pose
En gras les horaires nécessitant une action réelle.
On remarquera que la séquence prévoit 10s de marge de sécurité avant et après la marge d'erreur théorique.
Les seules actions nécessitant une réelle précision sont l'enregistrement des tops vocaux. Ceux ci sont suffisamment distants pour permettre l'enregistrement d'un commentaire avant (au top il sera....), et après (indication d'un retard éventuel estimé).
L'APN pouvant être mis sous tension 2 à 3 mn avant le déclenchement réel, vérifier que l'extinction automatique ne se produira pas avant le début de la pose prévue.
L'écriture de la procédure ci-dessus et son exécution avec le papier sous les yeux me paraissent les conditions indispensables au bon déroulement de l'opération.
Remarque: les temps de pose pouvant être relativement longs, un fond de ciel pas trop pollué est souhaitable pour une meilleure définition de la trace. A défaut il est nécessaire d'utiliser les temps de pose les plus courts possibles en fonction de la marge d'erreur annoncée pour l'heure du phénomène.
Adapter le matériel à la magnitude de l'étoile occultée
Sur un objet ponctuel en mouvement apparent, la magnitude atteinte est, en première approximation, fonction de la surface de l'objectif et de la focale.
La surface de l'objectif définit la quantité de lumière collectée, laquelle évolue comme D^2, D étant le diamètre de l'optique.
L'objet se déplaçant, sa lumière impressionne d'autant moins les éléments sensibles sur lesquels son image passe que la vitesse de déplacement de cette image sur le capteur est élevée. Pour un objet donné cette vitesse est proportionnelle à la focale de l'optique. Donc la luminosité limite détectée évolue en fonction inverse de la focale, elle est proportionnelle à 1/F.
En conséquence, pour tout ensemble optique-détecteur, on peut définir en première approche un coefficient de "détectivité" K = D^2/F = F/(F/D)^2. K se rapporte à la luminosité de l'objet et doit être traduit si on veut parler en différences de magnitude, par la formule Delta M= -2.5 x log (delta I).
Avec des dimensions en mm K vaut par exemple:
| Instrument | Coefficient K |
| L150/1200 | 18,8 |
| L150/750 | 30,0 |
| L120/1000 | 14,4 |
| T200/1000 | 40,0 |
| T300/1200 | 75,0 |
Ce coefficient ne constitue qu'une première approche et néglige de nombreux autres facteurs. Il permet une comparaison des possibilités entre des instruments de catégories pas trop éloignées. Il se révèle inopérant entre un objectif photo 1.8/50mm et un télescope de 200mm f/5 par exemple.
J'ai négligé ici le réglage de sensibilité sur le boîtier qui peut permettre d'optimiser encore l'aspect de la trace obtenue.
Ici un exemple de détermination de la magnitude optimale:
On voit que l'optimum serait vers mv 8.5 avec la L120/1000 et EOS 350D au foyer.
Voir tableau et corrections suivant la déclinaison en annexes.
Valeur de la chute de magnitude enregistrable
Il faut que l'affaiblissement de la trace soit suffisant pour permettre une mesure précise de début et de fin du phénomène.
Essais à réaliser sur une étoile en employant une « raquette » trouée permettant de réduire rapidement l'ouverture de l'objectif.
La chute de magnitude simulée sera fonction du rapport des diamètres de l'instrument (D) et de l'ouverture de la raquette (d).
Rapport des intensités Delta I = (D/d)^2
Rapport des magnitudes Delta M = -2.5 log ((D/d)^2)
Pour un masque d'ouverture égale à 0,794 x D on a Delta M = 0.5
Pour un masque d'ouverture égale à 0,630 x D on a Delta M = 1.0
Pour un masque d'ouverture égale à 0,399 x D on a Delta M = 2.0
Pour un masque d'ouverture égale à 0,251 x D on a Delta M = 3.0
Essais réalisés le 27 février 2013 avec l'EOS 350D au foyer de la L120/1000 + filtre Fringe Killer.
Trois essais réalisés avec des chutes de magnitudes simulées de 0.58, 0.93 et 2.00.
Avec un delta de 0.58 et 0.93 l'affaiblissement de la trace est perceptible mais pourrait être plus ou moins confondu avec un effet de turbulence.
Avec un delta de 2.0 la baisse est bien caractérisée et semble utilisable. Mais il s'agit pour moi du minimum nécessaire pour une observation sans ambiguïté, en tout cas sous un ciel de ville comme c‘était le cas lors de l‘essai.
Il faut aussi déterminer l'occultation la plus courte évidente sur l'enregistrement.
Un essai réalisé avec la lunette 120/1000, avec deux occultation d'environ 1s:
Une mesure par pointage sur l'image me donne un temps d'occultation de 0,9s.
On voit que l'adaptation de l'instrument à la magnitude de l'étoile est fondamental pour éviter une surexposition interdisant toute mesure ou pouvant même noyer une occultation très courte.
Résumé:
- La résolution temporelle peut tendre vers 0,1s.
- La durée minimum d'une occultation enregistrable est notablement inférieure à 1 seconde.
- La chute de magnitude est bien visible à partir de 2 magnitudes
- Il est nécessaire d'adapter le diamètre instrumental à la magnitude de l'étoile occultée, ou, inversement, de ne sélectionner que les étoiles adaptées à l'instrument.
Préparation d'une observation
On aura préalablement procédé à des essais de filé avec son propre matériel, pour déterminer la magnitude limite enregistrable, la magnitude optimum et la baisse de magnitude correctement appréciable.
1 - Repérer la date de l'événement plusieurs jours à l'avance et vérifier les éventuelles mises à jour.
2 - Vérifier que la précision de la prévision sur l'heure n'entraîne pas un temps de pose trop long qui créerait une trace plus grande que le capteur.
3 - Si l'étoile est plus brillante que l'optimum, calculer et réaliser un diaphragme pour l'instrument permettant d'obtenir la meilleure trace possible.
4 - Se procurer ou réaliser avec un logiciel de cartographie la carte du champ concerné. Un repérage préalable du champ les jours précédents avec l'instrument n'est pas inutile. On doit pouvoir, le jour J, amener l'étoile sans hésitation dans le champ photographique.
On en profite pour vérifier qu’il n’y a pas à proximité de l’étoile cible une autre étoile située à la même déclinaison, et dont la trace pourrait venir brouiller l’enregistrement de l’occultation.
5 - Réunir et vérifier le matériel nécessaire (voir liste en annexe).
6 - Définir le lieu d'observation: si la zone d'ombre n'est pas trop éloignée, un déplacement peut largement se justifier pour augmenter ses chances de capter le phénomène ou pour une répartition des observateurs dans l’espace dans le cas d’une observation coordonnée.
7 - Préparer une séquence écrite telle que celle décrite dans le chapitre "Base de temps et repères temporels".
8 - Le jour J, arriver largement en avance sur le site.
9 - Montage du matériel.
10 - Repérage du champ.
11 - Essais de filés sur le champ (vérifier le sens du déplacement, comment placer l'étoile au départ pour avoir une trace la plus centrée possible en fonction du temps de pose total envisagé, mise au point la plus fine possible…)
.
12 - En position, la pendulette et la séquence écrite sous les yeux, il ne reste plus qu'à exécuter les manœuvres prévues. Un recentrage de l'étoile juste avant est évidemment nécessaire et il faut démarrer le dictaphone pour enregistrer les tops et les commentaires. Trois mains ne seraient pas de trop, peut-être un montage réunissant pendule, séquence écrite et dictaphone sur le même support ne serait pas inutile...
Remarque (13/11/2014): j'ai trouvé une solution en fixant le dictaphone sur le boitier photo, ce qui évite de le tenir et favorise l'enregistrement des bruits de l'obturateur.
Annexes:
Liste du matériel de base hors accessoires:
Tube de l'instrument
Chercheur
Monture (une azimutale suffit, si équatoriale, ne pas oublier d’arrêter l’entraînement…)
Boîtier photo et bagues d'adaptations
Pendulette radiopilotée
Lampe rouge (ne serait-ce que pour bien voir l'affichage de la pendulette et la check-liste…)
Dictaphone numérique
Magnitude optimum suivant l'instrument:
Calcul théorique à partir des essais réalisés avec la L120/1000
Pour chaque instrumentation des essais préalables restent indispensables.
| Instrument | mv optimum | Résolution temporelle(s/pixel) |
| L80/600 | 8.2 | 0,15 |
| L120/1000 | 8.5 | 0,09 |
| L150/1200 | 8.8 | 0,07 |
| L150/750 | 9.3 | 0,12 |
| T200/1000 | 9.6 | 0,09 |
| T350/1800 | 10.2 | 0,05 |
Suivant déclinaison:
- Multiplier la résolution par le coefficient suivant
- Ajouter à la magnitude optimale le coefficient suivant.
| Déclinaison : | 5° | 10° | 15° | 20° | 25° | 30° | 35° | 40° | 45° | 50° | 55° | 60° | 65° | 70° | 75° | 80° |
| Résolution X : | 1.00 | 0.98 | 0.97 | 0.94 | 0.91 | 0.87 | 0.82 | 0.77 | 0.71 | 0.64 | 0.57 | 0.50 | 0.42 | 0.34 | 0.26 | 0.17 |
| Magnitude + : | 0.00 | 0.02 | 0.04 | 0.07 | 0.11 | 0.16 | 0.22 | 0.29 | 0.38 | 0.48 | 0.60 | 0.75 | 0.94 | 1.16 | 1.47 | 1.90 |
Liens utiles ou indispensables pour les prévisions d’événement:
http://www.euraster.net/pred/index.html
http://www.asteroidoccultation.com/
http://www.hristopavlov.net/OccultWatcher/OccultWatcher.html
A télécharger, programme mis à jour en permanence à partir des sites spécialisés.
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