25 mai 2018

Débuter en spectroscopie astronomique


La spectroscopie a fait passer les observations humaines de l’astronomie à l’astrophysique, c’est-à-dire de la contemplation à la compréhension physique.

L’astronome amateur François Cochard a publié un Guide pratique pour (bien) débuter en spectroscopie astronomique aux Éditions EDP Sciences.

Introduction

L’introduction présente le regroupement des chapitres selon le triptyque de la spectroscopie astronomique: l’astrophysique (la lumière messagère des étoiles), le spectroscope (principes et paramètres), les observations (pratiques).

Premier volet / Astrophysique

Le chapitre initial aborde plusieurs sujets: la nature du spectre, l’historique de la spectroscopie astronomique, l’actualité de la spectroscopie amateur, le matériel requis et les conditions d’une pratique efficace.

Le chapitre 2 porte sur la lumière et les types de spectres: la nature à la fois ondulatoire et corpusculaire de la lumière, les deux manières de fabriquer de la lumière (chauffage d’un matériau et excitation d’un atome), l’effet Doppler, les raies moléculaires.

Le chapitre 3 décrit les caractéristiques des étoiles: la lumière stellaire, les différents types spectraux et le classement des étoiles, l’observation à différentes résolutions, la magnitude et le mouvement des étoiles, les phénomènes périodiques et aléatoires, les autres objets astronomiques observables. Plusieurs profils spectraux illustrent les explications.

Deuxième volet / Spectroscope

Le chapitre 4 traite de l’adéquation entre l’instrument et les conditions d’observations: les questions de base (magnitude, résolution, domaine spectral, temps de pose et contraintes propres), les types d’observations (isolées, de longue durée, de campagnes, de suivi, d’événements, aléatoires), les recommandations (sélectionner un phénomène à observer, commencer avec la basse résolution, orienter ses observations vers différents types spectraux, préparer minutieusement ses séances d’observations).

Le chapitre 5, le plus long du volume, explique les principes optiques d’un spectroscope. Les règles de base sont présentées: réflexion, réfraction, diffraction (prisme et réseau, ordres, angle de blaze). Les rappels d’optique géométrique sont abordés (lentille et éléments afférents; lunettes et télescopes). L’architecture d’un spectroscope est décrite, avec deux exemples (Alpy 600 et Lhires III). Le chapitre est complété par les points suivants: l’étage de guidage, la lumière d’étalonnage, les spectroscopes échelle et la fibre optique.

Le chapitre 6 présente les paramètres principaux d’un spectroscope: la résolution et l’ouverture, puis les autres paramètres: grandissement et échantillonnage, étendue spectral, tirage mécanique et fixation, taille de la fente. Dans tous les cas, compte tenu de son matériel, l’utilisateur aura à faire des choix, à évaluer les différents compromis possibles.

Le chapitre 7 traite des caméras CCD et des logiciels d’acquisition. Trois caméras sont fortement recommandées pour la spectroscopie: une pour l’acquisition des spectres, une pour le guidage et une autre pour le pointage du télescope. Les caractéristiques les plus importantes sont signalées pour chacun des types de caméras. Les capteurs noirs et blancs sont à privilégier pour les application scientifiques. La seconde partie du chapitre porte sur les logiciels d’astronomie. L’auteur utilise le gratuiciel Audela pour ses observations personnelles et pour les illustrations de son exposé. L’enregistrement des images au format FITS est recommandé.

Le chapitre 8 explique comment régler le spectroscope sur une table en utilisant plusieurs sources de lumière pour les premiers essais. À titre d’exemple, le spectroscope Alpy 600 est utilisé. Les explications portent notamment sur les points suivants: installation de la caméra d’acquisition, focalisation et orientation, convention pour la présentation du spectre, choix de la plage de longueur d’onde, réglage de la caméra de guidage.

Le chapitre 9 porte sur le traitement des images brutes pour la production d’un profil spectral 1D. Cette opération correspond au processus de réduction de données. L’importance et les étapes de réduction de données sont expliquées. Les catalogues de référence et la notion de groupe d’images complètent l’exposé.

Troisième volet / Observations

Le chapitre 10 explique en détail une première observation, celle du Soleil, sans télescope. L’auteur utilise le spectroscope Alpy 600 et la caméra CCD Atik 314+ et, pour la réduction des données, le logiciel ISIS. Ce chapitre, comme l’ensemble du livre, est abondamment illustré.

Le chapitre 11 porte sur la maîtrise du télescope. Les éléments suivants sont successivement abordés: maîtriser de la monture, calculer le champ de l’image, repérer les mouvements du télescope (logiciels de cartographie, base de données Simbad), pointer une étoile et l’autoguidage.

Le chapitre 12 démontre comment installer le spectroscope sur le télescope, les opérations décrites se déroulant le jour. La seconde partie du chapitre porte sur la réalisation d’un premier spectre d’étoile à la nuit tombée.

Le chapitre 13 porte sur l’observation spectroscopique d’une nouvelle étoile, les explications précédentes étant reprises d’une façon synthétique. Le dernier point indique comment s’améliorer d’une façon continue, notamment en utilisant un cahier de coupole.

Le chapitre 14 porte sur la vérification de la qualité des spectres stellaires obtenus. Le gratuiciel VisualSpec est alors utilisé pour mesure la qualité des spectres.

Le chapitre 15 rassemble d’ultimes conseils ayant trait à la session d’observation typique, l’amélioration des observations, ainsi que de la productivité, le partage des résultats et la participation aux programmes de recherche Prom-Am.

Conclusion

L’auteur souligne le contexte actuel favorable à la participation des amateurs à l’observation spectroscopique: «L’astrophysique est une science vivante, en effervescence. Qu’il s’agisse de cosmologie, de physique stellaire, de formation des systèmes plantaires – et même de vie en dehors de la Terre, les domaines de recherche active sont nombreux. […] Plus les amateurs seront nombreux à contribuer, et plus les observations apporteront des données implorantes.»

Compléments

Le guide est complété par un index et une bibliographie. Celle-ci est ainsi ventilée: références, liens utiles, forums et listes sur la spectroscopie, sites personnels, site associatifs, logiciels et sites institutionnels.

Référence

Cochard, François. - Guide pratique pour (bien) débuter en spectroscopie astronomique. - Préface de Claude Catala. - Paris: EDP Sciences, 2015. - xiv, 258p. - (Profil). - ISBN 988-2-7598-1784-9. - [Citations, p. 12 et 248]. - BAnQ: 522.67 C661g 2015.

Image

Alpha Lyræ / Atlas du ciel Aladin (Centre de données astronomiques de Strasbourg) - [Vega: une étoile fétiche des spectroscopistes, p. 70 / CDS: C’est LA base de données principale pour toutes les données astronomiques; catalogues, coordonnées, images, spectres…, p. 253]

Sur la Toile

Audela (Logiciel libre et gratuit d'astronomie numérique)
Shelyak Instruments (François Cochard, co-fondateur et co-gérant, avec Olivier Thizy)

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