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Réglage de la largeur de fente
La largeur de la fente est un point crucial de l’instrument: c’est elle qui détermine la résolution des spectres que vous pourrez obtenir avec le Lhires III. La largeur « nominale » de la fente est de 25 µm. Au-dessus, vous perdrez en résolution… et en dessous, vous ne gagnerez plus rien, mais vous perdrez en flux. Il faut donc essayer de s’approcher au mieux de cette dimension ! Mesurer une largeur de fente de 25 µm n’est pas évident à priori. Avec l’habitude, on y arrive assez bien en regardant la lumière au travers de la fente. Mais il est vrai qu’au début, on tâtonne un peu (;>). Pourtant, grâce aux lois de l’optique, mesurer cette largeur avec une grade précision est assez facile : Si on éclaire la fente avec un pointeur laser, en direction d’un écran (mur…), une figure de diffraction se forme, avec une dimension déterministe ! Merci à Benoit Minster pour l'astuce et l'explication ci-contre... A faire bien entendu dans le noir pour mieux voir les franges!
Il faut un peu de pratique pour trouver le bon réglage, mais vous finirez par trouver cette expérience très ludique (à montrer absolument aux enfants) !
Notez que le réglage de la fente se fait manuellement, en utilisant le jeu entre les vis et les trous dans la fente. Outre la largeur, vous veillerez à ce que la fente soit bien régulière (les deux lèvres doivent être parfaitement parallèles). Ce point se contrôle facilement en regardant la lumière à travers la fente : le moindre défaut de parallélisme est immédiatement visible par un flux croissant le long de la fente !
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Visualisation du spectre du soleil… à l’œil nu !
A partir de ce moment, vous allez pouvoir commencer à visualiser le spectre du soleil à l’œil nu – c’est une étape importante, parce que le spectre du soleil est très beau à regarder, mais aussi parce que vous allez commencer à repérer les différentes longueurs d’onde en fonction de l’angle du réseau !
- Montez le porte-oculaire sur le spectro, ainsi qu’un oculaire.
- Placez la butée micrométrique (qui règle l’angle du réseau) à environ 20mm.
- Réglez l’angle du miroir principal à mi-course.
- Ouvrez une des trappes, et réglez le fourreau du doublet collimateur à mi course.
- Choisissez un jour de beau temps… ou alors utilisez une lampe puissante (mais vraiment, le soleil, c’est mieux !).
- Orientez le spectro, de telle manière que le soleil éclaire de pleine face la fente. Je fais cela à main levée, mais ce n’est pas très intuitif. Vous pouvez aussi posez l’instrument sur un pied, ou le caler sur un mur… l’important est que le soleil soit sur l’axe optique de l’instrument (à la place du télescope).
- Vous devez alors voir dans l’oculaire votre premier spectre haute résolution du soleil ! C’est une bande large, dont la couleur dépend de la zone du spectre que vous observez.
- *** NOTE IMPORTANTE ***: Il n’y a aucun danger à regarder le spectre du soleil de la sorte. La fente est si fine que seule une toute petite partie du flux du soleil passe dans l’instrument, et le faisceau est ensuite très dispersé !
- A ce stade, vous pouvez régler la focalisation du doublet collimateur, de manière à voir les raies d’absorption du soleil très nettes (bandes noires fines, perpendiculaires au spectre).
- Il est possible que vous voyiez des bandes sombres (en général très marquées), dans le sens du spectre. Ce ne sont pas des raies d’absorption, mais probablement des poussières ou des aspérités dans la fente !!
- Déplacez vous dans le spectre du soleil, en tournant la butée micrométrique. C’est le moment de repérer la position des raies les plus connues : Ha (la raie la plus marquée, dans le rouge – dans mon cas, la position est de 21,64mm), doublet du sodium (entre le vert et le jaune – dans mon cas la position est de 19,38mm), etc… Le spectre s’étale en gros entre les positions 13,5mm (violet profond) et 23,5mm (Rouge sombre – en butée). Soit une vingtaine de tours de la butée pour parcourir tout le spectre… et ses centaines de raies ! Quand on vous dit que la spectro c’est génial…
- Enfin, pour finir cette promenade en couleur, allez chercher l’ordre zéro (vers la position zéro de la butée). Vous verrez alors une bande blanche très lumineuse, à tel point que vous pouvez plutôt pointer un peu à côté du soleil (alors que c’est le noir tout autour). Dans cette position, le réseau fait office de miroir, et ce que vous voyez là est simplement une image de la fente ! Repérez bien la position de la butée qui correspond à cet ordre zéro (dans mon cas 3,10mm) – vous gagnerez du temps par la suite.
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Note: en cas de mauvais temps ou de réglage de nuit, il est aussi possible de faire les réglages sur le Néon. Dans ce cas se mettre a l'abris des lumières parasites.
Ci-contre un exemple de spectre du Néon.
NOTE: La courbure des raies en grand champ est normale: elle est due au fait qu'on travaille en 3D, et non dans un plan: Le fait que le faisceau retour passe à coté du miroir de renvoi impose de travailler avec un léger hors-axe. Ca conduit à une déformation des raies - c'est de la simple géométrie.
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Réglage du miroir de guidage
Le miroir de guidage sert à renvoyer l’image du ciel (réfléchie dans la fente polie) dans la caméra de guidage. Ce réglage n’a pas d’impact direct sur la qualité des spectres. Mais si il est fait avec soin, il va grandement faciliter le pointage, le suivi, et même l’autoguidage ! Le réglage peut se faire en deux étapes:
1) Dans un premier temps, on peut régler l’alignement du miroir « au jugé », un peu comme on vérifie la collimation d’un télescope : On pose l’instrument sans aucune caméra sur une table, et on met son œil sur le chemin optique, à la place du télescope (photo). Quand le miroir est bien réglé, on doit voir la lentille de la caméra de guidage bien centrée dans le spectro. Le réglage se fait en jouant sur les quatre vis moletées (1 poussante et 3 tirantes), accessibles à l’extérieur du spectro. (photo). A ce stade, on doit veiller à ce que le fourreau du néon puisse passer librement à proximité du miroir, sans venir le toucher pendant qu’on le tourne (on vérifie ce point en regardant toujours depuis l’entrée du spectro, et en manipulant le néon (photo).
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2) Un réglage plus fin sera obtenu en matérialisant le milieu de la fente, et en vérifiant le centrage sur une image de guidage. La matérialisation du centre de la fente sera aussi utile pour les autres réglages.
- Démonter le support de fente (photo)
- Mettre deux morceaux de papier autour de la fente, fixés par du scotch (sur le support, pas sur les faces polies !!), et espacées d’environ 2-3 mm. La partie qui reste visible de la fente doit se trouver au centre mécanique de la fente : C’est dans cette zone que l’on devra par la suite faire passer la lumière de l’étoile observée ! Dans l’absolu, on pourrait très bien garder ce masque pendant les observations. Mais ça compliquera nettement la recherche et le centrage de l’étoile !
- Remonter le support de fente.
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- Monter le spectro sur le télescope (et pointer celui-ci sans motorisation vers le ciel, loin du soleil).
- Installer la caméra de guidage (webcam, caméra video…) et visualiser l’image qui en sort (moniteur, PC…).
- Régler (manuellement) la focalisation de la caméra de manière à voir la fente la plus nette possible.
- Faire un réglage fin du miroir de renvoi, pour que l’image du centre de la fente se trouve bien au centre de l’image de guidage.
- A ce stade, le réglage est terminé. Vous pouvez retirez les morceaux de papier qui matérialisent la fente… mais vous pouvez aussi les conserver, pour les réglages suivants !
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Réglage du miroir principal
Ce réglage est important pour la qualité des spectres qui seront produits par l’instrument. Il consiste à tourner le miroir principal pour que le faisceau dispersé par le réseau passe juste à côté du miroir. Si l’angle est trop petit, alors on s’expose à un vignettage (perte de flux). S’il est trop grand, le faisceau s’éloignera trop de l’axe optique, au détriment de la qualité (le doublet collimateur utilisé dans le Lhires III est d’autant moins affecté par des problèmes de chromatisme que l’on travaille à proximité de l’axe optique).
Là encore, on peut procéder en deux étapes : un réglage grossier, qui se fera à l’œil, et un réglage fin, avec la caméra d’acquisition.
- Réglage grossier
- Matérialisez le centre de la fente (cf paragraphe précédent).
- Montez le porte-oculaire et un oculaire (j’ai utilisé pour ce réglage un oculaire de XXX mm).
- Vous pouvez faire ce réglage avec le spectro monté sur le télescope ou non.
- Positionnez l’angle du réseau de telle sorte que vous visualisiez l’ordre zéro (vous avez du repérer la position du réseau lors des premiers réglages).
- Tout en gardant l’œil dans l’oculaire, jouez sur le réglage de rotation du miroir pour que le centre de la fente soit visible au milieu du champ.
- Réglage fin:
- Montez la caméra CCD à la place de l’oculaire.
- Lancez des acquisitions en continu (poses très courtes – 1 sec ?), éventuellement en binning 2 ou 3 pour voir l’effet des réglages.
- Essayez de mettre l’image du centre de la fente au centre de l’image. Si vous ne voyez pas l’image du centre de la fente, vous pouvez agir sur trois points :
- La focalisation du doublet (comme vous êtes passé de l’oculaire à la caméra, il se peut que ce réglage soit à reprendre).
- L’angle du réseau (le champ dans l’oculaire est nettement plus grand que le champ du CCD… sauf si vous avez un CCD de champion !).
- Le réglage de l’angle du miroir de renvoi.
- En jouant sur ces trois points, vous allez rapidement trouver les positions idéales avec une très grande précision !
- Pour terminer, vous allez décaler l’image du centre de la fente de manière à diminuer autant que possible le hors axe du faisceau. J’utilise pour ma part une Audine avec un capteur KAF0400. La position idéale est à peu près au tiers haut de l’image (mais ça dépend du sens de montage de la caméra !). Bien sûr, il ne faut pas se placer trop près du bord (pendant les acquisitions, l’étoile va toujours se promener un peu dans la fente…). Si vous vous approchez trop de l’axe optique, vous aurez du vignettage, c'est-à-dire une perte de flux (pas très facile à mesurer !).
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Réglage du positionnement réseau
Avant d’attaquer les choses sérieuses (= un spectre d’étoile), il reste un réglage un peu délicat à faire. Il n’est pas strictement requis, mais il vous facilitera largement la vie par la suite…
Il consiste à mettre les traits du réseau parfaitement parallèles à l’axe de rotation du support de réseau. Si les traits ne sont pas parfaitement parallèles à l’axe de rotation, ils ne décriront pas un cylindre autour de l’axe de rotation, mais un cône. Et alors l’image projetée de la fente sur le capteur CCD se déplacera petit à petit, jusqu’à quelques millimètres… soit la taille du CCD ! Ce n’est pas très grave en soi, mais cela veut dire qu’il y a des longueurs d’onde où le hors axe est plus important qu’à d’autres – ce qui n’est pas génial.
Pour réaliser ce réglage (ou au moins ce contrôle), nous devons simplement vérifier que l’image du centre de la fente (matérialisée par les morceaux de papier) reste au même endroit dans l’image d’acquisition CCD quelque soit la position du réseau, et en particulier dans les deux positions extrêmes : à l’ordre zéro et dans le rouge extrême (soit en gros à 0mm et 25mm pour la position de la butée).
Si la position du centre de la fente reste inchangée dans l’image à ces deux positions, vous n’avez rien à faire : votre Lhires III est prêt à affronter le ciel. Dans le cas contraire, il faut corriger la position du réseau – ça se fait par étapes successives.
- Démonter le support de réseau.
- Essayer de regarder si il n’est pas monté parfaitement parallèle au bord du support.
- Desserrer le réseau, et le faire pivoter dans son plan, jusqu’à être parfaitement parallèle.
- NOTE : L’angle incriminé pourrait aussi provenir de la fabrication du support lui-même. Mais c’est assez peu probable, parce que cette pièce est réalisée (comme toutes les autres !) à la machine, avec une précision suffisante. Le défaut de parallélisme ne doit donc être imputé à cette pièce qu’en dernier recours !
- Resserrez le réseau, remontez le support, et faites un nouveau contrôle (en allant de l’ordre zéro au rouge).
- Après quelques itérations, vous obtiendrez le réglage parfait !
- Eventuellement, à ce stade, vous pouvez reprendre le réglage du miroir principal de manière à remettre (si elle a bougé) l’image du centre de la fente à la position idéale (faible hors axe) dans le CCD.