LE
PROJET
SPECTR'AUDE
Voir aussi la page consacrée à la version basse
résolution du spectr'aude...
Spectr'Aude est un spectrographe économique mais performant,
autorisant de véritables recherches astrophysique dans le monde
des amateurs. Spectr'Aude est aussi un accessoire majeur de la caméra
Audine.
Spécifications :
S'adapte sur les télescopes du type Schmidt-Cassegrain (léger
et compact)
Montage Littrow
Réseau : 600 traits/mm ou 1200 traits/mm (50 mm de coté)
Mode spectro-imagerie + possibilité d'ajouter une fente
Utilise un seul objectif photographique standard (50 à 200 mm)
Résolution spectrale : 5500, soit un pouvoir séparateur
de 1,2 A (avec un réseau de 1200 tram et un objectif de 200 mm)
Possibilité d'ajouter une caméra de guidage
Faible coût : 3500 F max. (sans la caméra CCD)
Schéma de principe du spectrographe. Le réseau est utilisé
en mode Littrow. Le même objectif photographique sert à la
fois de collimateur et d'objectif de chambre. Noter qu'une caméra
de guidage pourrait être implémenter.
Etude CAO du Spectr'Aude.
Le spectrographe est entièrement carrossé pour éviter
l'entrée des lumières parasites. Le bouton de couleur jaune
sur cette vue permet d'ajuster le domaine spectral observé avec
la caméra CCD.
Quelques vues du prototype en bois du Spectr'Aude en cours d'assemblage.
On note la caméra Audine à l'arrière d'un objectif
photographique de 135 mm. A l'avant de l'objectif on trouve le porte réseau.
Celui-ci est articulé afin de sélectionner la région
spectrale étudiée. L'interface télescope montrée
ici permet une adaptation du spectrographe sur les lunettes de la marque
Takahashi. Le spectrographe est suffisamment léger et compact pour
s'adapté efficacement sur des instruments relativement modestes
(une lunette de 100 mm de diamètre permet d'étudier par exemple
des étoiles Be avec un rapport S/B suffisant
jusqu'à la magnitude 7 avec un résolution de R=5000 environ).
Réglage du spectrographe par une technique d'autocollimation
(on appercoit un miroir à l'avant de l'objectif) . Un trou au niveau
du porte fente optionnel est éclairé par une ampoule et simule
une étoile.
Le prototype du Spectr'Aude complètement intégré
dans sa boite (l'étanchéité à la lumière
est essentielle).
Le spectrographe placé au foyer d'une lunette FSQ-106 de Takahasi.
La monture est une NJP-160 largement sur-dimensionnée pour le besoin.
Le spectrographe dans sa position de travail (l'axe de la dispersion
du spectre est orienté de manière à minimiser les
effets d'une erreur de suivi sur la résolution spectrale). Noter
que la taille du Spect'Aude est raisonnable.
On aperçoit sur un coté du spectrographe une vis qui
permet de sélectionner le domaine spectral (cette vis agit sur la
rotation du porte réseau). Remarquez aussi le comparateur à
cadran, absolument indispensable pour assurer une focalisation irréprochable.
28 juillet
2000... Première Lumière du Spectr'Aude
Région de la raie H-alpha de l'étoile Véga. En
rouge, le profil spectral donné par le spectrographe R3000 lors
d'une observation en 1999 (flat-field caméra de 190 mm). En bleu,
le profil spectral donné par le Spectr'Aude (lunette Takahashi FSQ-106).
La configuration utilisée dans le Spectr'Aude confère un
gain sensible en résolution, qui est estimée à R=5500.
Avec un objectif de 135 mm et un réseau de 1200 traits, l'échantillonnage
du spectre est de 0.515 A/pixel. On note la très bonne cohérence
des données spectrales acquises à un an d'intervalle et avec
des instruments sensiblement différents.
En bleu, le spectre au voisnage de raie H-alpha de l'étoile
Véga acquis avec le Spectr'Aude le 28 juillet 2000 (copositage
de 10 poses de 20 secondes). En rouge, un spectre
synthétique de la transmission atmosphérique ajustée
au spectre obtenu avec le Spectr'Aude. En dehors de la raie H-alpha, la
quasi totalité des raies sont ici provoquées par la vapeur
d'eau de notre atmosphère. Le spectre de H2O permet de réaliser
une calibration spectrale absolue particulièrement efficace en faisant
la corrélation entre le modèle et l'observation. Ceci est
très précieux dans un spectrographe utilisé sans fente
du fait de l'impossibilité d'utiliser des lampes spectrales de calibration.
Ainsi l'erreur sur la position des raies est estimée ici à
0.05 A, ce qui représente en vitesse radiale 2.3 km/s (nous
somme loin des 10 m/s typiques nécessaires pour détecter
des planètes extrasolaires, mais cela permet déjà
d'étudier un bon nombre de binaires spectroscopiques par exemple).
A gauche, le spectre de la raie H-alpha de Véga pollué
par la présence de la vapeur d'eau atmosphérique. A droite,
le même spectre traité pour éliminer les raies telluriques.
Ce dernier profil spectral est suffisamment détaillé pour
montrer la double structure de la raie H-alpha de cette étoile,
qui est la convolution d'un profil gaussien et d'un profil de Lorentz.
Le profil spectral résultant est dit profil de Voigt. Sa
forme traduit précisément des conditions règnant à
la surface de l'étoile (mouvement turbulant des atomes, collisions
entre particules, pression, etc).
Test de résolution. Petite portion du spectre de l'étoile
Zeta Cephée (type spectral K1) au voisinage du doublet du sodium
(D1-D2). La longueur d'onde de ces raies est 5889.97 et 5895.94 A respectivement.
Le doublé, écarté de 6 A environ, est parfaitement
séparé par le Spectr'Aude. Une petite raies est même
visible à l'intérieur, ce qui dénote le bon pouvoir
séparateur du spectrographe (R=5500). Il faut souligner que dans
un spectrographe sans fente, la résolution spectrale est pour une
bonne part donné par la qualité image du télescope.
J'ai privilégié ici un instrument de diamètre modeste
mais qui fourni une qualité d'image irréprochable : en intégrant
sur tout le domaine spectral d'un CCD la largeur à mi-hauteur des
étoiles au foyer de la lunette FSQ-106
(quadruplet fluorite) est de typiquement de 1.2 pixel (KAF-0400 utilisé
en binning 1x1). Par ailleurs, qui dit petit diamètre dit aussi
faible sensibilité à la turbulence atmposphérique.
Ainsi avec un diamètre de 100 mm quasiment tous les spectres acquis
sont exploitables en permanence. Les capacités de cette lunette
(et de manière générale de toutes les lunettes apochromatiques)
s'avèrent particulièrement adaptées à la spectrographie.
La non obligation de devoir placer l'étoile au centre d'une fente
offre un gain de temps considérable et donne un rendement maximum
au spectrographe. La productivité de cette configuration fait merveille.
Un télescope plus gros est utilisable, par exemple un SC de 200
mm, mais il faut veiller à le collimater parfaitement. Avec ce dernier
instrument il ne faut pas hésiter à utiliser un réducteur
de focale car les images d'étoiles sont alors plus fines et les
effets néfastes de la turbulence atmosphérique atténués.
Pour un seeing de 2.5 pixels de 9 microns au foyer (typique d'un telescope
de 200 mm ou plus) la resolution spectrale est estimée à
1.6 A. Le Spectr'Aude accepte des faisceaux jusqu'à l'ouverture
du télescope de F/D=3.
Etoiles du survey Be observées la
nuit de la première lumière. La pic très fin au sommet
de la raie H-alpha de l'étoile 59 Cyg n'avait jamais était
vu auparavant (compositage de 10 poses de 2 minutes). L'étoile HD207232
est de magnitude 7 (compositage de 12 poses de 2 minutes). Des étoiles
aussi faibles peuvent être étudiées avec une lunette
de 100 mm de diamètre et une résolution de plus de 5000.
Il faut souligner que ces données ont été acquises
dans un environnement urbain. La spectrographie est une très bonne
activité même si vous n'êtes pas gâté coté
lumière parasite. Malgré de mauvaises conditions d'observations
vous allez entrer dans l'intimité des étoiles et acquérir
ainsi des données qui sont la matière première de
l'astrophysique.
Premier bilan : le Spectr'Aude
fonctionne comme prévu et cela, dès la première nuit
d'utilisation. Le rendement est excellent : avec un télescope de
200 mm il est possible d'étudier des étoiles de magnitude
9 avec un rapport signal à bruit sur le continuum de 20 environ
en 30 minutes de pose. Le poids est raisonnable (il est possible de l'utiliser
sur une monture GP avec un instrument type C8). La maniabilité et
la compacité sont très supérieures à tous les
spectrographes que j'ai utilisé jusqu'à présent. Le
seul problème sérieux rencontré sur le prototype provient
de l'objectif photographique qui présente un défaut de chromatisme
assez sévère (0.4 mm de défocalisation entre la région
verte du spectre et la région de la raie H-alpha). Au voisinage
de la raie H-alpha l'effet du chromatisme ne permet d'avoir un spectre
net que sur un intervalle spectral de 300 A environ. La situation est meilleure
dans la partie verte du spectre, mais s'agrave vers le bleu et l'UV.
Un nouveau prototype a été
contruit autour d'un objectif Nikon de 180 mm de focale : il n'y a pas
de secret : en utilisant un objectif de qualité et de grande marque
la chromatisme a sérieusement diminué.
Il est possible d'obtenir
en 25 minutes de pose un spectre avec un rapport S/B de 20 typiquement
sur une etoile de magnitude 7 avec une lunette de 106 mm de diametre et
R=5500 (resolution de 1.2 A dans la raie H-alpha). La magnitude 12 devrait
être atteinte avec un telescope de 400 mm et avec un resolution de
6 A (reseau de 600 traits/mm et objectif de 50 mm).
L'élément le
plus coûteux du Spectr'Aude est le réseau (un réseau
de 50x50 mm de coté de 1200 traits/mm). Il revient à 150$
chez Edmund Scientific. L'ensemble du spectrographe doit revenir à
3500 F environ (hors caméra Audine), et sûrement moins si
vous êtes bricoleur et/ou si vous disposez déjà de
pièces comme l'objectif photographique. C'est nettement moins cher
que certains spectrographes du commerce aux performances équivalentes
(même en ajoutant la caméra Audine dans le prix du Spectr'Aude!).
Un spectrographe est un outil
particulièrment exitant à utiliser car il permet d'aborder
un domaine de l'astronomie pratiquement vierge chez les amateurs. Le Spectr'Aude
est finalement bien plus qu'un accessoire : c'est un véritable instrument
qui va faire de vous un apprenti astrophysicien !
On consultera avec intérêt de
le site de Sylvain et André Rondi qui montre la réalisation
d'un spectr'aude particulièrement bien fini et opérationnel
:
http://www.astrosurf.com/rondi/spectraude.htm
Voir aussi les sites de Maurice
Gavin et Don Davies
qui montrent des montages très similaires au Spectr'Aude.
