présentation stage et tp
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Travaux pratiques et stage d’observation
Cours du Prof J. Surdej
• SPAT0037-1 (Observation du Ciel et de la Terre)
• ASTR0004-2 (Astrophysique et techniques spatiales)
Encadrants: O. Absil, M. Devogèle, O. Wertz
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Organisation du cours
• Cours théorique � 50%
• Travaux pratiques (10h) � 10%– 1 après-midi au labo
– Analyse des données
– Présentation orale
• Stage d’observation (5 jours) � 40%– Préparation d’un programme scientifique
– Observations et analyse des données
– Rapport écrit
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TRAVAUX PRATIQUES
Interférométrie stellaire au laboratoire
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• Manipulations au labo
• Vérification expérimentale de la théorie enseignée au cours
– Courbe de visibilité d’un disque (source circulaire)
– Courbe de visibilité d’une binaire
• Détermination des paramètres « physiques » des sources observées
Objectifs
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L’interférométrie en 2 mots
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Mesure d’un diamètre stellaire
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• Appareil photo (Canon EOS 350D)
• Laptop connecté à l’appareil photo
• Sources lumineuses (lampe, fibre optique,…)
• Masques percés de deux trous circulaires
• Logiciel « Iris »
Matériel au labo
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Montage
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Montage
• Masque– Feuille d’aluminium percée
– Trous circulaires
– Différentes bases (~ mm)
• Canon EOS 350D/500D– Centre de bande passante
• Bleu = 470 nm
• Vert = 530 nm
• Rouge = 630 nm
• Exemple d’acquisition:
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Traitement des données
Remarquez les franges multicolores !
Il faut décomposer l’image !
• Utilisation du logiciel « Iris » : procédure (résumé)
– Photo numérique > Décodage des fichiers RAW…
– Sélectionnez l’image CR2 à analyser. Cliquez et glissez le fichier dans Iris.
– Nommez le fichier de sortie et cliquez sur -> RVB.
– Fichier > Charger : charger le fichier crée à l’étape précédente (48 bits).
– Photo numérique > Séparation RVB.
– Nommez les fichiers de sortie r, v et b.
– Visualisation > Coupe (si déjà coché, ne rien faire).
– Tracer une droite de coupe sur l’image, une fenêtre s’ouvre et affiche une coupe en intensité.
– Mesure de Imin, Imax et du background, pour chaque couleur.
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Traitement des données
• Déterminer la visibilité� =
������ � ����
������ � ����
et sa barre d’erreur estiméepour différentes bases B
• Calibrer la visibilité mesurée grâce à une source ponctuelle
• Tracer la courbe de visibilité mesurée en fonction de �
.
• Déterminer � par ajustement de la courbe théorique
� = 2 �� ���
��
�
� à la courbe mesurée
• En déduire le diamètre linéaire via � = �/�.
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Courbe de visibilité: disque
B
IMax
Imin
Exemple (non calibré)
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Courbe de visibilité: binaire
• Déterminer la visibilité et sa barre d’erreur pour une même base orientée de différentes façons
• Tracer la courbe mesurée en fonction de l’orientation de la base
• Calculer l’expression théorique de la visibilitéd’une binaire en fonction de ses 3 paramètres– θ: distance angulaire– ρ = I1/I2: rapport de flux– α: angle de position (« azimuth »)
• Ajuster les trois paramètres de la courbethéorique pour reproduire les mesures
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Illustration courbe théorique
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• 6 groupes de 2 (ou 3) étudiants• Ingénieurs (8 étudiants)
– 2 groupes de 2 pour la source circulaire (en //)– 2 groupes de 2 pour la source binaire (en //)
• Sciences Spatiales (5 étudiants)– 1 groupe de 2 (ou 3) pour la source circulaire– 1 groupe de 2 (ou 3) pour la source binaire
• Préparation– Se munir d’un PC portable par groupe, avec le logiciel
IRIS installé
En pratique
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Déroulement du TP
• Phase 1– Groupes “binaire”: mesures– Groupes “disque”: confection des bases
• Phase 2– Groupes “binaire”: calcul courbe théorique– Groupes “disque”: mesures
• Phase 3 (à finir chez vous)– Traitement des données / interprétation
• Phase 4– Présentation orale par groupes (vers le 15 février)
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• TP labo groupes ingés : date à définir
• TP labo groupes Sc. Spat. : date à définir
– Si possible, un vendredi pm (à confirmer)
• Vendredi 21/12 disponible
– Autre demi-journée disponible pour vous?
• Durée : 3h30 ± 0.5h
• Contacts: O. Absil, M. Devogèle et O. Wertz
Organisation
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STAGE D’OBSERVATION
Observatoire de Calern – C2PU (Centre Pédagogique Planète et Univers)
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Observatoire du plateau de Calern
• Site de l’Observatoire de la Côté d’Azur
• Télémétrie laser (SLUM, MEO)• Mesure du diamètre solaire (PICARD)• Enseignement et recherche (C2PU)
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C2PU: Centre PédagogiquePlanètes et Univers
• Dédié aux étudiants de Master
• Quelques projets de recherche
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C2PU en quelques mots
• Une infrastructure sur le site de Calern pour l’enseignement et la recherche en astronomie et géophysique.
• Réhabilitation des deux télescopes de 1 mètre du bâtiment (ex-)SOIRDT → astronomie.
• Caractéristiques géologiques du Plateau de Calern et des environs → géophysique.
• Approche participative de l’enseignement des sciences (interconnections recherche-enseignement).
• Accessibilité à distance par internet (mode remote) →ouverture vers l’étranger et vers les scolaires (Educosmos).
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Le bâtiment “SOIRDT”
Interféromètre à deux télescopesde 1 mètre pour l’infrarouge,
sur montures à berceau23
De SOIRDT à C2PUCe que l’on garde:
• Le bâtiment et les coupoles• Les motorisations des coupoles et trappes• Les deux montures à berceau• Les deux “tubes” (structure en Serrurier) des télescopes
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De SOIRDT à C2PU
• L’optique • La mécanique de maintien des optiques (barillet, araignée, …)
Ce que l’on remplace:
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De SOIRDT à C2PU
• L’informatique !
Ce que l’on ajoute:
Carte NI 6024E (PCI)
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Les télescopes de 1m• Télescope Ouest
• un foyer primaire F/2.88 à grand champ →imagerie grand champ, surveys photométriques…
• un foyer secondaire Cassegrain F/12.5 → accueil du polarimètre « CAPS »; imagerie planétaire…
• Télescope Est• un foyer secondaire Cassegrain ou Gregory F/12.5
→ accueil du tavelographe « PISCO »
• un foyer coudé F/30 → accueil d’instruments invités; développement d’instrumentation focale (optique adaptative, spectrographe…)
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Le foyer primaire (pas dispo?)
� Buts:• Imagerie grand champ• Surveys photométriques
� Caractéristiques:• F = 2,995 m (F/2.88)• Camera: SBIG STX16803• Pixels: 4096×4096 pixels de 9µm• Champ: 42’ × 42’• Echelle: 0.62’’ / pixel• Correcteur de Wynne « maison » (C. Gouvret, A. Marcotto)
Camera
Filtres
Correcteurde champ
Miroirprimaireparabolique
TELESCOPE OUEST
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Les foyers Cassegrain / Gregory
� Buts:• Imagerie planétaire• Polarimétrie (CAPS)• Etoiles doubles (PISCO)
� Caractéristiques:• F = 13 m (F/12.5)• Camera: SBIG ST8XME• Pixels: 1530×1020 pixels de 9µm• Champ: 3.6’×2.4’• Echelle: 0.14’’ / pixel
TELESCOPES EST ET OUEST
Miroirprimaireparabolique
Miroirsecondaire
Camera
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Le foyer Coudé (pas dispo)
� Buts:• Développement instrumental• Optique adaptative ?• Etoiles doubles ?
� Caractéristiques:• F ≈ 30 m (≈ F/30)• Foyer fixe sur banc optique• Rotation de champ (prismes de Risley ?)
TELESCOPES ESTMiroirprimaireparabolique
Miroirsecondaire
Camera surtable fixe
Miroirsde renvoi
Bancoptique
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Autres télescopes disponibles
• C14 (35cm) attaché à la monture du Télescope Est + caméra SBIG ST-402 (765 x 510 pixels)
• C14 dans coupole séparée + caméra SBIG ST-402
• C11 sans coupole + caméraSBIG ST-7 (765 x 510 pixels)
• (Dobson 1m?)
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Instruments spécifiques
• Spectrographe LHIRES III
– 300 traits/mm (R~1400)
– 2400 traits/mm (R~17500)
• Caméra rapide M42optic
– Lucky imaging
• Masques pour interférométrie
– Bases de 1 à 20 mm
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Déroulement du stage
• 5 groupes de 2-3 étudiants
• Préparation du programme scientifique
– Deadline: 15 mars
• Séjour à Calern
– 8 au 12 avril
• Rédaction d’un rapport
– Deadline: 15 mai
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Programme scientifique
• Document à nous soumettre pour le 15 mars
• Description en environ 3 pages de: – L’objectif scientifique poursuivi
– La méthode proposée pour y arriver (télescope, instrument, type d’observations, durée, etc)
– Les cibles choisies, leur coordonnées (+observabilitéen avril depuis Calern), leur magnitude, etc
• Prévoir un programme de backup “facile” au casoù les observations échoueraient pour le programme principal
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Exemples de projets
• Photométrie– Étoiles variable, binaires à éclipses, etc– Transits planétaires– Courbe de lumière d’un astéroïde– Âge et/ou diagramme couleur-couleur d’un amas
• Spectroscopie– Courbe de rotation d’une planète, d’une galaxie (pas facile)– Vitesse de rotation ou vitesse radiale d’une étoile– Binaires spectroscopiques– Profils de raie particuliers (e.g., profil P Cygni)– Identification de lignes spectrales pour étoiles,
environnements, nébuleuses, etc (+ variations)
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Exemples de projets
• Imagerie– “Lucky imaging” (sélection d’images)– Reconstruction d’image en trichromie
• Interférométrie– Mesure du diamètre d’une planète (Jupiter, Saturne,
Mars, …)– Séparation angulaire d’une étoile binaire
• Utilisation du mode TDI• Astrométrie
– Mouvement d’un astéroïde– Orbite d’une binaire visuelle
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Préparation du projet
• Google est votre ami• Catalogues d’étoiles et autres objets
– Simbad: http://simbad.u-strasbg.fr/simbad/– VizieR: http://vizier.u-strasbg.fr/viz-bin/VizieR
• Catalogues dédiés– Exoplanètes: http://exoplanet.eu/– Étoiles variables: http://www.aavso.org/– Étoiles doubles: http://ad.usno.navy.mil/wds/– Éclipses: http://www.as.up.krakow.pl/ephem/– …
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Préparation des observations
• Magnitude limite: V ~ 12
• Observabilité– Ascension droite: (mois
depuis 22/9)×2h ± (duréenuit)/2
– Déclinaison: latitude ± 60°
– Cartes du ciel• Aladin: http://aladin.u-
strasbg.fr/aladin.gml
• Stellarium, skychart, etc
• Prévoir plusieurs cibles sipossible
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Préparation des observations
• Possibilité d’utiliserVixen (26cm) de l’ULg à partir de début décembre pour préparer votre projet sinécessaire (camérad’imagerie)
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Séjour à Calern
• Trajet jusque Nice à prévoirpar vous-même– Participation ULg: 100-150€– Navette gratuite vers Calern– Présence sur place du lundi 8
matin au vendredi 12 midi
• Journée typique– 13h-18h: préparation obs /
traitement données– 20h-6h: observations
(instruments à partager)– Repas pris ensemble à la
cantine– Collations disponibles
pendant la nuit
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À votre disposition sur place
• Encadrants ULg + OCA– Description instruments et
méthodes d’observation, visites diverses
• Accès aux instruments la journée (calibration, manipulations diverses)
• Mise à disposition de PC sous linux pour préparer et traiter les observations– ImageJ, IDL, Matlab, python
– Familiarisation préalablesouhaitable, mais pas requise
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Travail sur place
• Majeure partie du travail effectuée sur place– Observations – Traitement données– Rédaction rapport
• En cas de mauvais temps: – Données obtenues les années
précédentes (transit planétaire, suivi astéroïde, spectres de Saturne, etc)
• Selon le déroulement des observations, possibilitéd’avoir encore un peu de travail à domicile
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Rapport (~15-20 pages)
• À remettre pour le 15 mai
• Contenu:– Contexte
– Objectifs scientifiques, choix des cibles
– Préparatifs (description de l’instrument, des calibrations préalables, etc)
– Observations
– Traitement des données
– Résultats
– Interprétation / conclusion
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La note finale tient compte:
• Du projet scientifique
• De la préparation des observations
• Du respect des échéances
• Du niveau d’implication dans le projet de chacun et du groupe
• Du rapport
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