Effet
de la dispersion atmosphérique et des aberrations optique
sur
la forme du continuum en spectrographie large bande
Impact
of atmospheric dispersion and optical aberrations
on the restitution
of stellar continuum in the contest of wide band spectrography
Christian Buil
- Castanet-Tolosan Observatory
En fonction de l'élévation
angulaire de l'objet observé (H), de l'angle paralactique de celui-ci
(P) et du type de télescope (aberrations chromatiques), on montre
comment évolu l'apect du continuum suivant la position de la fente
relativement à l'objet stellaire visé et l'angle que fait cette
fente avec l'horizon. Les aberrations concernées pour le télescope
sont le chromatisme du réducteur de focale, le sphérochromatisme
des SCT, ... La diffraction a un effet négligeable à priori. Le
spectrographe utilisé pour ces tests est un Alpy 600 équipé d'une
fente de 23 microns de large (sans filtre de coupure IR). La caméra
CCD est un modèle Atik460EX. Dans chaque cas d'étude, de nombreux
spectres sont pris (et affiché ci-après). Les fluctuations constatées entre
les profils d'une séquence viennent pour beaucoup du seeing
pour une large part (et aussi un peu, à la difficultée à positionner
la fente avec une grande précision par rapport à la cible). On n'utilise
pas bien sur d' "Atmospheric Dispersion Corrector" (ADC
- un système compexe). Le paramètre (a) est la masse d'air.
In
function of elevation angle
(H), of paralactic angle (P) and type of telescope (chromatic
aberrations), we
analyse the aspect of continuum profile according slit
position relative
to stellar target and slit orientation relative to horizon line. The
concerned aberrations
are the
focal reducer chromatism, the SCT
spherochromatism... The
diffraction is negligible. The spectrograph used for these tests
is an Alpy 600 is equipped with a 23 microns
wide slit (without IR cut filter). The CCD camera is an Atik460EX
model. We don't use ADC of course (Atmospheric Dispersion
Corrector - a complex system). The (a) parameter is the air mass.
Explication
des figures (figures explanation)
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ANGLE PARALACTIQUE
QUASI NUL (P = 0°)
(axe long de la fente perpandiculaire
à l'horizon)
Celectron 11 à F/6.7 (avec réducteur de focale Celestron,
affecté d'un fort chromatisme - comme la plupart des réducteurs !)
On
observe l'étoile au méridien, mais suivant que le disque apparent est exactement
au centre de la fente ou sur le bord droit (ou gauche), l'allure du continuum
est très variable
(le déport de l'étoile est élevé pour forcer le trait,
mais ceci donne une idée du problème lorsque le guidage est de moyen précision
ou le seeing médiocre)
La très forte écart entre les profils d'une même séquence
indique une forte sensibiité au erreurs de guidage et au seeing. Cette sensibilité
est d'autant plus prononcée que les
phénomènes chromatiques sont fort (grande
aberrations chromatiques du télescope, forte dispersion atmopshérique).
D'une
manière générale, on peut indiquer que la précision de guidage de l'étoile sur
la fente d'entrée du spectrographe doit être d'autant meilleure que le chromatisme
est fort.
L'usager d'un petit télescope ou d'un télescope grand mais très
ouvert (courte focale) est ici avantagé.
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HD55185 (bb)
Delta
= -3 pixels (-2.2 arcsec)
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HD55185 (ee)
H = 44.9°
- P = 11° - a = 1.415
Delta = 0 pixel
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HD55185 (dd)
Delta
= +3 pixels (+2.2 arcsec)
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HD55185
(bb)
HD55185
(ee)
HD55185
(dd)
ANGLE PARALACTIQUE
90° - P = 90°
(axe de la fente horizontale par
rapport à l'horizon)
Celestron 11 F/6.7 (avec réducteur de focale Celestron,
afecté d'un assez fort chromatisme)
Ici
on cumule à la fois l'effet de la dispersion atmosphérique et l'effet de l'aberration
du réducteur de focale. Les résutat est dramatique
si le guidage est moyen
et si l'étoile de comparaison (référence) est éloignée de la cible. La forte
fluctuation est relié à l'extrème sensibilité du phénomène en fonction du décentrement.
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HD133962 (b)
Delta
= -3 pixels (-2.2 arcsec)
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HD133962 (a)
H = 45.0°
- P = 0° - a = 1.414
Delta = 0 pixel
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HD133962 (c)
Delta
= +3 pixels (+2.2 arcsec)
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HD133962
(a)
HD133962
(b)
HD133962
(c)
ETOILE AU ZENITH
- H = 90°
Celectron 11
F/6.7 (avec réducteur de focale Celestron)
La
dispersion atmophérique est nulle puisque l'étoile est au zénith. On isole ici
les dégats pur causés par le chromatisme du réducteur de focale
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HD99787 (a)
Delta
= -5 pixels (-2.2 arcsec)
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HD99787 (b)
H = 85.6 -
P = 18° - m = 1.003
Delta = 0 pixel
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HD99787 (c)
Delta
= +5 pixels (+2.2 arcsec)
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ANGLE PARALACTIQUE
NUL - P = 0°
(axe de la fente perpandiculaire à l'horizon)
Celestron
11
F/10 (sans réducteur de focale, mais sphérochromatisme de la lame de fermeture
+ diffraction (négligeable))
Même
sans réducteur de focale, un télescope Schmidt-Cassegrain est affecté d'une
aberration chromatique sensible (noter tout de même le changement d'échelle
par rapport à la situation précédente)
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HD55185 (a)
Delta
= -5 pixels (-2.2 arcsec)
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HD55185 (b)
H = 44.9°
- P = 0° - m = 1.415
Delta = 0 pixel
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HD55185 (c)
Delta
= +5 pixels (+2.2 arcsec)
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HD55185
(a)
HD55185
(b)
HD55185
(c)
ANGLE PARALACTIQUE
-
P = 90°
(axe long de la fente parallèle à l'horizon)
Celestron
11
F/10 (sans réducteur de focale, mais présence de l'aberration chromatique de
la lame de fermture)
Cumul de l'aberration
chromatique résiduelle d'un SCT et de la dispersion atmosphérique
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HD55185 (xa)
Delta
= -5 pixels (-2.2 arcsec)
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HD55185 (xb)
H = 44.9°
- P = 90° - a = 1.415
Delta = 0 pixel
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HD55185 (xc)
Delta
= +5 pixels (+2.2 arcsec)
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HD55185
(xa)
HD55185
(xb)
HD55185
(xc)
ANGLE PARALACTIQUE
0° (au méridien) ET ASTRE TRES BAS SUR L'HORIZON - P = 3°, H = 20,1°
HD73495 - H = 20.1° - P = 3°
- a = 2.89 - Déviation du spectre (3750 A - 8000 A)= 5.2"
(axe long
de la fente perpandiculaire à l'horizon)
Celestron 11 F/6.7 (avec réducteur
de focale)
On note la forte
courbure de l'axe de dispersion
TELESCOPE
TOUT MIROIR (télescope Newton, CN212 au foyer F/12.4) - P = 33°
Télescope parfaitement achromatique,
mais attention, l'angle paralactique n'est pas nul ici, d'où encore un effet
chromatique suivant la position de l'étoile par rappoirt à la fente.
Il est
crucial (comme toujours !) d'avoir une étoile de référence proche angulairement
de l'objet étudié pour bien calculer la transmission atmopshérique et/ou la
réponse instrumentale).
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HD64145 (a)
Delta
= -5 pixels (-2.2 arcsec)
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HD64145 (b)
H = 68.9°
- P = 33° - a = 1.072
Delta = 0 pixel
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HD64145 (c)
Delta
= +5 pixels (+2.2 arcsec)
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TELESCOPE
TOUT MIROIR (Newton CN212 au foyer F/12.4) - P = 0° (la configuration idéale
!)
(axe long de la fente perpandiculaire à l'horizon)
Pas
de chromatisme instrumental et insensibilité à la dispersion atmosphérique puisqu'on
observe au méridien
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HD55185 (a)
Delta
= -5 pixels (-2.2 arcsec)
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HD55185 (b)
H = 44.9°
- P = 0° - a = 1.415
Delta = 0 pixel
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HD55185 (c)
Delta
= +5 pixels (+2.2 arcsec)
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TELESCOPE TOUT
MIROIR (Newton CN212 au foyer F/12.4) (très mauvais, pur effet de dispersion
atmosphérique)
(axe de la fente parallèle à l'horizon)
On
retrouve l'impact de la dispersion atmopshérique si la fente est orienté pour
accentuer cet effet
(le spectrographe est ici volontairement tourné pour
que la fente soit parallèle à l'horizon - on mesure le spectre induit par le
"prisme" atmosphérique)
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HD55185 (xa)
Delta
= -5 pixels (-2.2 arcsec)
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HD55185 (xb)
H = 45°
- P = 90° - a = 1.415
Delta = 0 pixel
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HD55185 (xc)
Delta
= +5 pixels (+2.2 arcsec)
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