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Guide à l'usage de l'observateur
d'occultations stellaires par les astéroïdes

Eric Frappa (mise à jour : 2004 décembre 18)

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Toute méthode d'observation est précédée d'une phase préparatoire commune.

- Plusieurs jours avant l'occultation :
1) produire les cartes de champ nécessaires au repérage de l'étoile cible,
2) définir les lieux d'observation possibles en fonction de la trajectoire annoncée (station mobile),
3) suivre l'évolution des prévisions météo pour les zones concernées,
4) vérifier le bon fonctionnement de l'ensemble du matériel.

- Le jour de l'occultation, suffisamment à l'avance :
1) repérer le site d'observation effectif (station mobile),
2) installer le matériel (station mobile),
3) reconnaître le champ et centrer l'étoile cible.

La méthode visuelle

La méthode visuelle peut se diviser en 2 techniques principales : celle du chronométrage et celle de l'enregistrement sonore. La première consiste à insérer les événements et des références temps sur un chronomètre à mémoires, la seconde à énoncer des tops vocaux sur un enregistreur audio (magnétophone, camescope, ordinateur...) calibré par des signaux issus d'une base de temps. Ces 2 techniques sont d'ailleurs parfois combinées par les observateurs pour plus de sécurité.

Nous décrivons ici en détail la méthode avec chronomètre que chacun devrait pouvoir mettre en place, soit sciemment comme méthode principale, soit à l'improviste comme méthode de secours en cas de défaillance matérielle ou de manque de temps.
On utilise donc un chronomètre à mémoires (au moins une trentaine) sur lequel on va enregistrer tous les événements et les références de temps.
Une fois le chrono démarré en début de manip, celui-ci tourne en permanence jusqu'à la fin de l'observation.

Voici une procédure type. Si vous êtes sceptique sur les mesures d'occultations parce que vous les trouvez trop compliquées, concentrez-vous uniquement sur les 6 points ci-dessous et laissez tomber tout le reste dans l'immédiat. L'aide que vous apporterez sera déjà très appréciable, et l'envie de perfectionnement viendra naturellement par la suite si vous avez pris du plaisir dans la manip.

Nous supposerons ici que l'observateur a accès à une cabine téléphonique non loin de son lieu d'observation (si ce n'est pas le cas, il utilisera une autre des bases de temps listées au chapitre précédent).

Pour une étoile brillante, une simple paire de jumelles, un chronomètre et une pendulette radiopilotée suffisent à produire une mesure de l'astéroïde 50 fois plus précise qu'un télescope de 8m en imagerie directe.

1) démarrage du chrono sur un 4ème top de l'horloge parlante (noter l'heure), le chrono tourne...
2) temps intermédiaire sur le début de l'observation (5 min avant l'heure prévue), on ne quitte plus l'étoile des yeux...
3) temps intermédiaire sur la disparition de l'étoile...
4) temps intermédiaire sur la réapparition de l'étoile...
5) temps intermédiaire sur la fin de l'observation (5 min après l'heure prévue)...
6) temps intermédiaire ou arrêt du chrono sur un 4ème top de l'horloge parlante (noter l'heure).

A la fin de l'observation, noter tous les temps obtenus sur une feuille de papier.

Quelques remarques :
- Les calages 1) et 6) peuvent être doublés ou triplés pour plus de précision.
- On remarque qu'il peut se passer un long moment entre les temps 1) et 2) et les temps 5) et 6) si les références temporelles se prennent à distance du site d'observation. Il est alors utile de mesurer la dérive du chronomètre pour appliquer une correction aux temps relevés. Cette mesure se fait très simplement, en prenant régulièrement sur le chronomètre des temps intermédiaires sur des 4ème tops d'horloge parlante (en notant les heures) sur une période de 24h.
- Si, quelle qu'en soit la raison, on est obligé de suspendre l'observation (nuage, problème technique...), on doit prendre des temps intermédiaires de début et fin d'interruption, pour pouvoir donner par la suite le ou les intervalles durant lesquels on n'a pas observé l'étoile.

Les méthodes CCD

Nous décrivons ici sous le nom de méthodes CCD, les techniques utilisant une caméra CCD noir et blanc à vocation astronomique.

Le filé CCD
Il s'agit de la méthode la plus simple à mettre en oeuvre : on positionne l'étoile cible au bord du champ du CCD (du bon côté), on coupe l'entraînement et on lance une acquisition le temps que l'étoile traverse le champ. On aura veillé auparavant à ce que l'instant prévu de l'occultation se produise lorsque l'étoile est au milieu du champ.
Inconvénients : selon la focale, soit le temps de surveillance est court, soit la résolution temporelle est faible. Une datation directe de la trace (occultations manuelles) peut s'avérer difficile par manque de temps et une datation utilisant uniquement l'heure système peut être hasardeuse selon l'OS utilisé.

L'acquisition rapide en mode fenêtré
On n'utilise ici qu'une partie du CCD de manière à accélérer les temps de lecture. C'est une sorte de mode "vidéo" pour les caméras CCD astro. L'inconvénient est que la résolution temporelle reste généralement assez faible et que le temps de lecture, même s'il est réduit, produit des instants aveugles entre les poses. Le "mode vidéo" peut cependant être cadencé de manière fiable et rapide grâce à une interface type Ethernaude permettant l'utilisation d'un port éthernet. On peut alors atteindre une cadence de l'ordre de 10 à 20 i/s.
On démarre l'acquisition 5 minutes avant l'événement jusque 5 minutes après.

Le drift scan
La méthode du drift scan, appliquée aux occultations, nécessite un suivi motorisé sur l'étoile cible qui est placée au centre du CCD. On produit ensuite un filé de l'étoile par décalage des lignes du CCD vers le registre de sortie où elles sont lues une par une. L'avantage est évident : la trace obtenue peut être aussi longue que voulu.
La cadence de décalage des lignes est fixée par l'utilisateur de manière à obtenir la meilleure résolution temporelle, en fonction de la magnitude de l'étoile cible. Cette méthode, pour être fiable, nécessite un décalage très régulier (ce qu'est incapable de fournir Windows) et un suivi de bonne qualité. On s'orientera de préférence là encore vers un pilotage système fiable (Linux) ou un pilotage externe (Ethernaude).

Caméra Audine et boîtier Ethernaude permettant un pilotage fiable en mode fenêtré ("vidéo") ou en drift scan.
Liens:
Association Aude
Site Ethernaude

Important : un boîtier Eventaude, destiné à une datation GPS précise des événements pour caméra Audine ou compatible est en cours de finition.

Dans le cas d'une acquisition simple sous Windows (sans pilotage type Ethernaude et datation type Eventaude), il est absolument indispensable de produire des interruptions datées:
1) directement sur la trace,
2) en plusieurs endroits,
3) de part et d'autre de l'occultation.

Rappelons qu'il y a effectivement 2 problèmes distincts:
1) le décalage des lignes piloté par l'horloge système n'est pas suffisamment régulier (c'est ce que résoud Ethernaude). Un point correctement daté sur la trace n'est pas le garant d'une datation correcte des autres points.
2) la mise à l'heure sous Windows n'est pas fiable (c'est ce que résoud Eventaude). On ne peut pas utiliser une datation issue du système. Il faut utiliser une base de temps indépendante.

Ces interruptions datées, même effectuées manuellement, apporteront un gain important dans la précision de la datation. Un ajustement linéaire passant par les points de calibration permettra de compenser les petites erreurs de synchronisation de l'observateur lors des interruptions. Pour celà, il est important d'avoir au moins 5 interruptions datées avant l'occultation et 5 interruptions datées après l'occultation.

Le début du drift scan se caractérise par une rampe durant laquelle le fond de ciel monte dans l'image. Cette rampe correspond au temps qu'il faut pour balayer toute la hauteur du CCD (au bout de ce temps, chaque ligne du drift scan est la somme d'une colonne complète de pixels).
A noter que l'heure de la trace en fin de scan correspond à l'heure de fin de pose diminuée du temps de transfert de l'étoile cible jusqu'au registre de sortie du CCD. Avant d'arrêter la pose, il faut donc attendre une durée de rampe après le dernier événement voulu (occultation manuelle par ex.), pour être certain que celui-ci soit bien sur le scan.

On démarre le drift au moins 5 minutes avant l'heure prévue jusque 5 minutes après. Il faut veiller à avoir le temps de faire les datations de la trace sans empiéter sur l'intervalle de surveillance de l'étoile.

La méthode vidéo

Il s'agit probablement de la méthode la plus immédiate lorsqu'elle est couplée à un système de datation performant. Les caméras européennes fournissent 25 images par seconde. Une datation individuelle de chaque trame permet alors d'atteindre une résolution de 20ms (1/50s).

On trouve dans le commerce des caméras de surveillance noir et blanc basse lumière, équipées de petits CCD ultrasensibles. Des caméras comme la PC164C (US) ou la Watec 902H (Europe) atteignent typiquement la magnitude 12 en vidéo avec un télescope de 200mm. Pour quelques centaines d'euros, on acquiert ainsi un système qui se rapproche des performances des caméras intensifiées (à photomultiplicateurs) beaucoup plus onéreuses. Pour un diamètre donné, l'expérience montre qu'on gagne en détection en diminuant le rapport focal. Ainsi, on aura intérêt à équiper les schmidt-cassegrains d'un réducteur 6.3 voire 3.3.

L'enregistrement du signal vidéo peut se faire sur un magnétoscope de salon ou un camescope. On privilégiera les formats numériques pour faciliter le transfert vers un ordinateur. On peut également enregistrer directement sur ordinateur via une carte de numérisation (attention cependant à la taille des fichiers et à la complexité de mise en oeuvre sur le terrain).

Pour la datation, il est possible d'enregistrer des signaux horaires radio sur la piste son ou, mieux encore, d'utiliser un incrustateur vidéo qui va dater chaque image (voire chaque trame). La société BlackBoxCamera a ainsi développé un incrustateur utilisant la référence temps d'un GPS 1PPS et datant chaque trame de l'enregistrement vidéo à 0.1 ms près [cet inscrustateur n'est plus produit actuellement].

Autres méthodes

Les méthodes décrites ci-dessus recouvrent la plupart des techniques utilisées par les observateurs réguliers. Une autre méthode possible consiste à utiliser une webcam, technique intéressante dans la mesure où beaucoup d'amateurs sont équipés de ces caméras.
Pour l'observation des occultations, la webcam a l'inconvénient d'être assez peu sensible. Son usage sera donc souvent limité aux étoiles brillantes. Une amélioration possible consiste à remplacer le chip couleur par un chip noir et blanc plus sensible.
Inversement, l'utilisation d'une webcam modifiée longue pose n'est pas foncièrement intéressante. Le problème du manque de détection sera en effet décalé vers celui d'une perte de résolution temporelle.
Un autre inconvénient est l'emploi obligatoire de l'ordinateur pour l'insertion du temps. On retombe alors dans le problème de la mauvaise qualité de l'heure système sous Windows.
Pour obtenir des résultats fiables, les paramètres suivants devront être parfaitement maîtrisés :
- la qualité de la base de temps utilisée,
- la qualité de l'OS quant à la mise à l'heure du système,
- l'exactitude de la datation des images individuelles
par le logiciel d'acquisition.
Peut-être plus qu'ailleurs, l'observateur devra tester l'ensemble de la chaîne d'acquisition pour vérifier que les résultats qu'il obtient ont un sens.

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