TP projets astro réalisés avec les élèves de SupOptique en 2003-2004
(en liaison avec notre observatoire)

Optique adaptative et haute résolution angulaire
Exoplanètes et photométrie différentielle
Observatoire virtuel

Optique adaptative et haute résolution angulaire
(avec la participation de Sylvain et Marie)
Nous développons depuis septembre 2003 un système d'optique adaptative, qui sera couplé au télescope.
En effet, notre observatoire est situé près du centre ville et subit les effets néfastes de la turbulence atmosphérique.
Avec une pupille de 35 cm de diamètre, la diffraction impose une limite de résolution proche de 0,3 arcsec dans le visible, alors que dans la plupart des sites de notre pays, la résolution effective est rarement inférieure à 1 arcsec. Une des méthodes mises en œuvre pour atténuer les effets de la turbulence atmosphérique est l’optique adaptative. Dans un tel système, un senseur de front d’onde mesure la forme du front d’onde et l’information obtenue est utilisée pour déformer un miroir « mou » de façon telle qu’après réflexion sur ce miroir, le front d’onde redevient plan (fig ci-dessous).

Les éléments de base sont les suivants :
    - un miroir Cilas bimorphe BIM31 à 31 zones,

     - un analyseur de surface d'onde Imagine Optic HASO, avec une matrice de 16x16 micro-lentilles et une caméra CCD DALSA lue à 600 Hz,
    -  un logiciel de contrôle de la boucle d'asservissement Imagine Optic HASO-CSO.

En 2003-2004, nous avons monté et testé l'ensemble du système en laboratoire (fig suivante). La turbulence était créée par un fer à souder. La boucle de correction fonctionne bien.

Ce TP projet sera poursuivi en 2004-2005, avec un programme très chargé :
    - étude du couplage optique "télescope-optique adaptative",
    - installation d'une voie optique de sortie (visuelle ou CCD),
    - conception et réalisation mécanique de l'ensemble du système dans le volume le plus petit possible,
    - bilan photométrique,
    - installation au foyer du télescope...

Quelques liens sur l'optique adaptative :
Présentation générale par Andrei A. Tokovinin (Cerro Tololo Inter-American Observatory)
Center for adaptive optics
Présentation de la boucle d’asservissement et des miroirs déformables
Les systèmes existants de l'observatoire européen austral
L'optique adaptative NAOS
Le "seeing"

Exoplanètes et photométrie différentielle
(avec la participation de Christophe, Caroline et Julien)
Les exoplanètes sont des planètes qui tournent autour d’autres étoiles que le Soleil. Pour les détecter directement, il faut être capable de résoudre les 2 difficultés majeures suivantes.
D’abord, la séparation angulaire entre l'étoile et sa planète est très faible (< 1 arcsec).
Ensuite, le contraste en luminance entre l'étoile et sa planète est énorme (10^9 dans le visible et 10^6 dans l’infrarouge thermique, vers 10 mm). Le détecteur est ainsi ébloui par l’étoile.
Pour l’instant, ces 2 problèmes n'ont pas de solution satisfaisante et aucune détection directe n’a été réalisée.
Par contre, il existe plusieurs méthodes de détection indirecte.
L’une d’elles est basée sur l’effet Doppler. L’étoile et sa planète tournent autour du centre de gravité commun et la lumière de l’étoile subit un effet Doppler périodique. La plupart des exoplanètes connues ont été découvertes en utilisant cet effet.
Une autre méthode, qui fait l’objet de ce projet, est celle dite du « transit ». Au cours de son mouvement périodique, la planète peut passer entre son étoile et la Terre. Il en résulte une variation périodique du flux et donc de la magnitude de l’étoile.

L’étoile qui fait l’objet de ce travail est HD209458. Elle se trouve dans la constellation de Pégase et son type spectral est très proche de celui du Soleil. Il y a quelques années, on a mis en évidence par effet Doppler une planète de type Jupiter. En 1999, cette exoplanète a été redécouverte par la méthode du transit : tous les trois jours et demi, cette planète éclipse son étoile pendant environ trois heures, induisant une baisse de magnitude égale au maximum à 0,02 !!!

Le but de ce projet est de refaire la courbe de transit de ce couple. Il s’agit donc réaliser des mesures photométriques extrêmement précises, que, à ce jour, seuls une dizaine d’amateurs au monde ont réussi à faire (voir le site du réseau transitsearch pour plus d'informations).

Pour cette année 2003-2004, nous n'avons pas de résultats à présenter concernant HD209458, pour les raisons suivantes :
- HD209458 est située dans Pégase, donc est bien placée près du méridien en automne. Or, nous n'avons pris possession de nos nouveaux locaux qu'en septembre 2003, et l'observatoire n'est devenu réellement fonctionnel qu'en décembre,
- de plus, le transit n'a lieu que pendant 3 h tous les 3 jours et demi, et le ciel doit être dégagé à ce moment là...

En attendant, nous avons quand même pu tester notre protocole en mesurant une partie de la courbe de rotation (CdR) d'un astéroïde bien placé dans le ciel en janvier-février : Tama. A cette époque, Raoul Behrend, astronome professionnel à Genève, lançait des appels aux amateurs bien équipés pour mesurer des CdR de Tama, dans le but de préciser sa forme. Tama serait peut-être un objet double, ou peut-être ressemble-t-il à une cacahuète...

Voici une photo (brute) de Tama (mag ~ 14,5), prise le 4 février 2004, à 19h36 TU, pose 15" sans filtre avec notre CCD SBIG ST8-XE (à - 30 °C) :

Voici la courbe que nous avons obtenue, sur 2 h de mesures :

En bleu : pose de 15’’ sans filtre, écart type max ≈ 0,07 magnitude. En rose : pose de 3’ avec filtre vert, écart type max ≈ 0,04 magnitude.

Les irrégularités sont probablement dues au prétraitement imparfait (la PLU est très critique). La procédure est validée, mais il faut continuer à s'entraîner...

Nous retournerons vers HD209458 cet automne 2004...

Observatoire virtuel
(avec la participation de Aurélie et Fabien)
Le but de ce projet était de rendre le télescope (monture + mise au point) et sa CCD commandables à distance via Internet. Mission accomplie ! Il est maintenant possible de piloter toute l’instrumentation depuis la salle d’informatique (chauffée l’hiver ! ) et on peut aussi envisager des échanges avec des écoles (primaire, lycée) de Saint Etienne ou avec l’Ecole Supérieure d’Optique d’Orsay. Du moins dès que le Pôle Optique sera relié à la toile par fibre optique...
 

A suivre : beaucoup d'autres projets sont en préparation (spectroscopie, coronographie, mesures optiques Hartmann/Zygo/Roddier, projet avec une classe de collège de Saint Chamond...).
Du nouveau à partir de septembre 2004...

Pour nous contacter :
thierry dot lepine at institutoptique dot fr (anti-spam)