OBSERVATION
SPECTROGRAPHIQUE
DE L'ASTEROIDE 4-VESTA
Summary:
We discuss long slit spectroscopic observation of the asteroid 4-Vesta. The
objective is the extraction the ratio of reflected sunlight to incident sunlight
as a function of wavelength (i.e. the reflectance). We compute the ratio of
Vesta's spectrum and the solar analog star HD126053 (V=6.3 - G1V type). The
reference star and Vesta are observed at nearly the same airmass. The
instrument is a Takahashi 5-inch refractor f/8 used in urban environment
(sky surface magnitude of 17.5 by arcsec). The spectral sampling is of 2 A/pixel.
Result is a good reflectance spectrum from 20-minutes exposure data compared
to the SMASS spectrum. We hope an SNR of 200 for V=11.5 asteroids with a 24-inch
telescope and sampling of about 4 angstroms/pixel. At the end of the paper,
the sky level background is evaluated relative to the slit wide.
Cette page présente l'observation du spectre de réflectance de l'astéroïde Vesta. La réflectance est la manière dont l'object réfléchie la lumière en fonction de la longueur d'onde. L'instrument utilisé est une lunette Takahashi de 128 mm de diamètre à f/8 avec au foyer un spectrographe produisant une dispersion moyenne de 2,0 angstroms par pixel (pixels binné de 18 microns sur les deux axes d'un CCD KAF-1602E). L'observation est réalisée depuis Castanet-Tolosan (région toulousaine) le 9 mars 2003. Cliquer ici pour une description de l'instrument (pour l'occasion le réseau est un 1200 traits/mm), et ici pour un formulaire de calcul de ce type de spectrographe.
L'image suivante montre la partie du spectre de Vesta s'étendant de 5500 à 6900 angstroms environ (Vesta, de magnitude 6,2, est le spectre en haut - la trace du bas est le spectre de l'étoile GSC297:49 de magnitude 11,8). La pollution lumineuse est importante dans cette région du spectre (éclairage urbain intense par des lampes au Sodium Haute Pression), mais le spectre de Vesta ressort malgré tout correctement dans ce compositage de 10 poses de 2 minutes chacune (temps cumulé de 20 minutes). L'usage d'une fente à l'entrée du spectrographe relativement étroite est d'une grande aide pour assombrir le fond de ciel (voir l'annexe en bas de page).
Un soin particulier a été apporté à l'étalonnage radiométrique. Un flat-field de qualité a été obtenu en éclairant un écran blanc placé en avant de l'objectif avec une lampe domestique au tungstène (voir image ci-dessous). Ce champ plat a permis de gommer efficacement les traces des nombreuses poussières présentent dans le chemin optique. Le prétraitremet est classique : retrait de l'offset, retrait du signal d'obscurité, division par le flat-field, estimation et retrait du niveau de fond de ciel local (commandes L_SKY2 et L_SKY3 sous Iris), corrections géométriques du spectre (commandes SMILE et TRAIL), sommation des spectres élémentaires et enfin, extraction du spectre 1-D.
Le graphe ci-après montre les profils spectraux (spectres à une dimension) de l'astéroïde Vesta en bleu et le spectre de l'étoile de type solaire HD126053 (G1V, V=6,3) en rouge (cliquer ici pour une liste d'étoiles analogues au Soleil). Le temps de pose cumulé est de 20 minutes dans les deux cas avec un échantillonnage spectral de 2A/pixel. Pour faciliter la comparaison les spectres sont normalisé à la longueur d'onde de 0,55 microns. Noter que les deux objets ont été observé approximativement à la même hauteur au dessus de l'horizon pour que la masse d'air traversée soit similaire (réduction des effets atmosphériques).
Graphe suivant : le rapport spectral de Vesta (Vesta divisé par l'étoile analogue au Soleil). Les raies de Fraunhofer et les raies telluriques sont effacés. Cette courbe montre la vraie réflectivité spectrale de la surface de l'astéroïde Vesta (la courbe en trait bleu foncé est un ajustement par une fonction spline modifiée du spectre de réflectance observé).
Le résultat est conforme à ce qui est attendu pour cet objet (astéroïde de type classe V) comme le montre le graphique ci-après dans lequel on a superposé la réflectance trouvée dans cette étude et la reflectance extraite de la base de donnée SMASS II (Small Main-Belt Asteroid Spectroscopic Survey - MIT).
Cette observation montre qu'il
est envisageable de différencier le type spectral des astéroïdes avec des moyens
amateurs. Avec un diamètre plus conséquent de 600 mm
la magnitude 11,5 est atteinte avec un rapport signal sur bruit de 200, une dispersion de 4 angstroms/pixel et
un temps de pose de 30 minutes. Un S/B de 200 est nécessaire pour espérer mesurer
des variations de réflectance de l'ordre d'un pourcent. Des mesures équivalentes
sont possibles en utilisant le spectrographe LORIS avec une résolution de 180
(magnitude 13.5 avec un S/B de 200 sur le 60 cm du Pic du Midi - cliquer
ici pour un exemple).
ANNEXE : Influence de la largeur de la fente sur le niveau de fond de ciel
La présente observation a été réalisée sous le ciel pollué des abords d'une grande ville (Toulouse). La magnitude à l'oeil est estimée a 3. L'utilisation d'une fente d'entrée du spectrographe relativement étroite (390 microns) a permis d'abaisser significativement le niveau du fond de ciel dans l'image. Une étoile de magnitude 6 sort très bien du fond de ciel grace à ce stratagème. Le fond parasite dans l'image diminue linéairement avec la largeur de la fente comme le montre la séquence de spectre ci-après. Les images de la fente (et l'étoile de magnitude 6 qui s'y trouve) ont été faites à l'ordre zéro. Chaque image est une pose unique de 2 minutes. On donne en regard de la largeur de la fente le niveau en pas codeur (ADU) relevée à 6000 A et à 6563 A (raie H-alpha). Le CCD est exploité en binning 2x2 (équivalent à des pixels de 18 microns) avec un gain de 1 ADU=2 électrons. La magnitude du fond de ciel est évaluée à 17,5 par seconde d'arc carré.
Fente
de 1400 microns - Fond : 2460 ADU @ 6000A - 250 ADU @ 6563A - Exposition
: 120 minutes
Fente
de 930 microns - Fond : 1650 ADU @ 6000A - 165 ADU @ 6563A - Exposition
: 120 secondes
Fente
de 390 microns - Fond : 790 ADU @ 6000A - 75 ADU @ 6563A - Exposition : 120
secondes
Fente
de 100 microns - Fond : 220 ADU @ 6000A - 25 ADU @ 6563A - Exposition :
120 secondes