Diamètre apparent des étoiles

[Pierre-Marie 69]

Fabrice, je vois que tu t'emportes dans pas mal de tes interventions. De deux choses l'une ; ou bien tu es trop fort pour le niveau général du forum et tu y perds ton temps ou bien tu décides de nous aider malgré tout et tu le fais avec beaucoup de calme, de patience et de simplicité.
Merci.

En toute amitié,

Pierre

[Ph 0]

Allez Fabrice, rajoutes en une couche...

[fabrice2 1]

Excusez moi les gars, mais je pense pas trop me planter (gman non plus) mais je sais plus comment l'expliquer. Un croquis s'imposerait mais pas possible d'en mettre!
Salut

[Ph 0]

Sur, avec un dessin ca serait facile a expliquer. Mais justement c'est assez amusant d'essayer de s'expliquer qu'avec des mots.

[Bruno- 3 980]

Tiens, moi aussi j'aimerais bien pouvoir faire un dessin pour que quelqu'un comprenne de quoi je parle !

Mais bon, tant pis...

Bruno.

[Pierre-Marie 69]

Je suis convaincu que c'est un phénomène général ; visuel, photographique ou CCD. Je suis sûr que ce n'est pas propre à l'astronomie. Puisque vous semblez n'avoir retenu que les enregistrement CCD, n'y a-t-il pas quelqu'un qui aurait un appareil photo numérique ? Ayez donc la gentillesse de photographier des sources lumineuses d'intensité différentes et assez petites sur un fond noir, si possible, et dites-nous ce qu'il en est. Tous les défauts optiques augmentés de ceux du capteurs doivent concourir à former une image plus large quand l'intensité lumineuse croît. Et nous pourrons probablement conclure là-dessus.

[gman 0]

Salut les gars.

J'étais parti en week-end sans PC (dur!).

100 % d'accord avec Fabrice.

C'est difficile d'ajouter quelquechose (y compris pour les aigrettes, et l'anneau infiniment mince d'extinction dans la tâche de diffraction qui ne peut pas être visible en CCD ...).

[Bruno- 3 980]

gman : tu n'as donc pas compris, toi non plus, le problème que je soulève ?

Bruno.

[gman 0]

Si j'ai bien compris ce que tu dis Bruno.

Mais je n'ai jamais fait d'autre expérience qu'à la jumelle donc je suis gêné pour te répondre sur ce qui se passe en CCD.

Je crois que les gars de la CCD parlent abusivement d'une gaussienne. Le pic central de diffraction qui est en fait une fonction de Bessel peut aisément être assimilé à une gaussienne. De plus, en atmosphérique, tous les autres phénomènes qui concourrent à l'élargissement du diamètre apparent rendent le profil plus proche d'une réelle gaussienne.

Qu'est que ça veut dire : même paramètre de dispersion ?

A bientôt

[Bruno- 3 980]

gman :

Le paramètre de dispersion, c'est le "sigma", le nombre qui caractérise le fait que la gaussienne est "pointue" ou "étalée". Comme ce paramètre est le même, tous les profils ont exactement la même forme. Si le ciel était stable, toutes les gaussiennes sont pointues. Si le ciel était turbulent, toutes les gaussiennes sont étalées. Par conséquent, même si la gaussienne est une approximation de la forme réelle, cela signifie qu'elle n'est pas associée à un disque d'Airy de diamètre constant.

Par exemple une gaussienne deux fois plus haute est nécessairement deux fois plus large. C'est ce qu'on observe sur toutes les images CCD (dont celle du HST) et ça sert notamment à détecter automatiquement les étoiles sur l'image. On analyse une étoile, et le logiciel est alors capable de reconnaître toutes les autres. Pour faire des diagrammes HR d'amas globulaires, c'est comme ça qu'on s'y prend. Tout ce qui a un profil différent est un artefact (rayon cosmique, poussière, ...)

Ta première réponse me laissait croire que les profils des étoiles sont, même en visuel, des sortes de gaussiennes (c'est-à-dire avec une forme identique quelle que soit la hauteur du pic), notamment lorsque tu parles d'étoile dix fois plus large... Mais je n'ai peut-être pas bien compris. C'est pour ça que je posais la question sur la dilatation en hauteur seulement, ou en hauteur et largeur.

Par contre les explications de Fabrice correspondent à une courbe qui augmente en hauteur mais pas en largeur (l'étoile apparaît un peu plus large selon que seule une partie du pic émerge ou tout le pic, mais cet élargissement n'est qu'apparent, ce n'est pas un élargissement réel). Dans tes explications, tu ne m'as pas répondu à la question de la dilatation en hauteur, ou en hauteur ET en largeur, qui m'aurait permis de mieux te comprendre.

J'ai bien compris l'explication de Fabrice, elle est compatible avec ce que je sais sur les disques d'Airy, et m'a l'air compatible avec les observations visuelles, mais pas avec les images CCD. Donc je n'aime pas qu'il considère que la question est close...

Ton explication, je ne suis pas sûr de l'avoir comprise. Si la courbe est plus large autant que plus haute, alors elle est compatible avec les observations CCD mais contredit la constance du diamètre du disque d'Airy.

C'est pour ça que l'explication de Fabrice me satisfait, mais seulement pour le visuel. Il n'a pas l'air de voir le problème avec la CCD. Si de ton côté tu comprends le problème mais que tu ne connais pas la réponse, dis-le explicitement, ou dis que tu n'as pas compris la question, mais ne dis pas que la discussion est close !

Je préfère qu'on me dise "je ne sais pas", ou même "je le sais mais je ne te le dirai pas", plutôt que "mais je t'ai déjà répondu !" (ce n'est pas le cas - ou alors j'ai mal compris et il suffit de m'indiquer le message à relire).

Donc si quelqu'un (Fabrice ? Ph ?) peut répondre à ma question du 18/05 à 12h04, il m'aura appris quelque chose de très intéressant ! Si vous ne savez pas, dites-le ou ne dites rien, mais ne dites pas que tout a été dit !

Bruno.

[Claude PEGUET 76]

Bonjour,
Dans tout ce qui précède, il me semble que l'élément important c'est ce qu'a dit Fabrice2 en disant qu'il y avait une infinité d'anneaux de diffraction. En fait je pense que la fameuse courbe "gaussienne" qui représente une source lumineuse ponctuelle pourrait être la courbe enveloppe du pic central et de l'ensemble des anneaux. A un certain niveau de détection correspond l'enregistrement d'un anneau plus ou moins faible donc plus ou moins large. Le contraste des anneaux sombres et clairs est trop faible pour être enregistré dans la plupart des cas.
La diffusion dans une émulsion photographique existe aussi. Il est possible que le phénomène soit partiellement lié au processus de développement.
En ce qui concerne le visuel, je penserais plutôt à un phénomène d'éblouissement et pas à la vision des anneaux qui sont trop petits. La traversée de l'oeil doit se faire avec pas mal de diffusion interne d'autant plus visible que la source est brillante.
P.S.: Je ne suis pas sûr que certaines images de Hubble ne montrent pas des anneaux...

[fabrice2 1]

Houla attention Claude, j'ai dit cela mais c'était pour parler des effets de la diffraction; "voir" (ccd) le deuxième anneaux, pourquoi pas, mais les suivants, ils sont vachement faibles et c'est pas eux qui vont donner l'allure gaussienne.
Pour Bruno, ben je vois pas quoi dire. Relis bien mon exemple avec les pixels et leur seuil de détection, pour moi cette explication tient la route. je te confirme une chose, la base du disque d'airy reste de dimension constante, seul le niveau d'éclairement dans la tache fluctue. Je vois pas de message le 18 à 12:04?
Salut

[Bruno- 3 980]

Claude : ne viens pas tout embrouiller ! :-)

Fabrice : ton explication est tout-à-fait claire, je pense l'avoir bien comprise. Elle correspond effectivement à mon impression en observation visuelle. Donc pour le visuel le problème est réglé (gman et toi avez dit ce qu'il faut).

Mais...

Tu expliques que l'élargissement n'est qu'un effet apparent, puisqu'en réalité la courbe conserve la même base et ne se dilate qu'en hauteur (pas en largeur). C'est juste une affaire de seuil de détection (si l'étoile est faible, seul le centre du pic émerge, si elle est brillante c'est tout le pic qui apparaît).

Or en CCD, la courbe qui représente le profil d'une étoile est une gaussienne qui se dilate à la fois en hauteur et en largeur. Elle s'élargit donc RÉELLEMENT ! Ce n'est donc pas le même phénomène qu'en visuel. Visiblement il n'y a donc pas que la diffraction.

Si personne ne sait ce n'est pas bien grave. Le message original de gman aura eu le mérite de m'apprendre qu'une image CCD n'obéit pas aux mêmes règles qu'une image visuelle, même si je comprends pas celles de la CCD.

Bruno.

(PS : En fait je parlais du message du 18 à 0:04 - c'est embêtant de ne pas pouvoir consulter tous les messages quand on en tape un...)

[Bruno- 3 980]

Ça alors le message est repassé au 18/05 à 12h04 !!!!!

Il me semblait bien ne pas m'être trompé... puis je l'ai vu à 0h04... puis à nouveau à 12h04 !

C'est le message qui commence par une phrase avec plusieurs dizaines de points d'interrogations.

Bizarre !

Bruno.

[fabrice2 1]

OK (c'est dommage je peux pas l'écrire plus grand), je vois ce que tu veux dire.
Bah oui, effectively, si seul les pixels ayant reçu assez d'énergie sont visibles, l'étoile apparait plus petite..........

Ben je l'ai déjà dit ça, je me suis emporté sur le début du message. Je comprend donc toujours pas ce qui te dérange. Si c'est l'histoire de la gaussienne, va voir la "forme" du profil d'éclairement du disque d'airy et coupe ce profil à différente "hauteur" ; tu verras que l'allure de la courbe au dessus de la coupe reste globalement un genre de gaussienne.
Salut

[fabrice2 1]

..........et que la dimension de la base (au trait de coupe) se réduit.

[Bruno- 3 980]

Fabrice : considérons la courbe complète, pas seulement celle qui émerge du fond du ciel. Cette courbe a une base constante selon les lois de la diffraction. Si l'étoile est plus brillante elle va se dilater en hauteur mais PAS en largeur. La portion qui émerge du fond du ciel aura aussi une base un peu plus grande, mais on s'en moque. Je parle de la courbe complète.

Eh bien en CCD la courbe complète est assimilée à une gaussienne qui a pour propriété que si l'intensité augmente, elle se dilate en hauteur ET en largeur. Je parle de la courbe complète, pas seulement de la partie qui émerge du fond du ciel. Cette propriété est exploitée pour faire des mesures photométriques sur les images CCD : on calcule par interpolation la gaussienne complète, même la portion cachée sous le fond du ciel. On se sert aussi de cette propriété pour reconnaître automatiquement les étoiles (la gaussienne a le même sigma). Si l'on veut soustraire une étoile placée sur une coma cométaire (utile pour mesurer la magnitude de la comète), on doit modéliser le profil gaussien de l'étoile d'abord, ce qui permet de soustraire la portion qui émerge de la coma mais aussi le reste. Autre application : la focalisation. Le logiciel mesure sur les étoiles le sigma (le paramètre de dispersion, le deuxième paramètre de la Loi Normale), qu'il faut minimiser. Mais on sait qu'il est le même pour toutes les étoiles, faibles comme brillantes.

Tu comprends la différence ? En visuel le profil de la courbe complète garde la même largeur, selon tes explications et celles de gman (et les étoiles paraissent plus grosses simplement parce qu'une plus grande partie émerge du fond du ciel) ; mais en CCD ce n'est pas le cas : c'est le rapport largeur/hauteur qui est constant, tous les profils ont la même forme, aucun n'est plus "pointu" qu'un autre, contrairement au cas visuel où les étoiles les plus brillantes sont forcément les plus "pointues" (si j'ai bien compris !)

Bruno.

[Pierre-Marie 69]

Désolé, Bruno, sur le dernier point, je crains que non. Mais comme je ne pourrai pas t'impressionner avec des formules, tu ne m'écouteras pas. Ni les autres non plus, d'ailleurs.

[Pierre-Marie 69]

Je continue quand même. Vous considérez la tache d'Airy pour expliquer les différents diamètres apparents des étoiles, selon leur magnitude. Je ne pense pas que ce soit raisonnable. Les images observées ont des dimensions beaucoup plus importantes que ce que la figure d'Airy pourrait laisser prévoir. Point n'est besoin de grossissement pour observer le phénomène.
Car, n'en déplaise à gman, pour les observer, ces figures, il faut beaucoup grossir.

[Claude PEGUET 76]

Il me semble effectivement que l'explication n'est pas liée à la forme de la tache d'airy elle même car trop petite (environ 12 microns au foyer de 2 m d'un C8 ou assimilé). C'est du même ordre de grandeur que des pixels de caméra.
En ce qui concerne ma tentative d'explication par les anneaux d'Airy, Fabrice, peux-tu donner une idée de l'intensité des anneaux par rapport à la tache centrale? (au-delà du 2ème ou 3ème).
Désolé d'insister :-)

[gman 0]

Je crois pas qu'il y ait de contradiction Bruno.

1) le diamètre de la tâche de diffraction ne varie pas (pour le même objectif)

2) le diamètre de l'image de l'étoile varie en hauteur ET en largeur pour un seuil de détection fixé ; en effet, la zone dans laquelle le flux lumineux reçu sera supérieur à un seuil fixé a priori a un diamètre qui augmente avec l'intensité lumineuse de la source (mes explications précédentes ainsi que celles de Fabrice).
On observe donc bien un profil gaussien (c'est très proche d'une gaussienne le pic d'une fonction de Bessel sur Hubble et alors quand l'atmosphère s'en mêle c'est carrément gaussien !) ; ça ne veut pas dire que la courbe de diffraction se dilate également en hauteur et en largeur ; elle, elle ne se dilate QUE en hauteur. Tout ça dépend de la valeur en ordonnée du seuil à laquelle on coupe la gaussienne (sensibilité de l'oeil, de la plaque argentique ou du capteur CCD).

[Bruno- 3 980]

gman : SCROGNEUGNEU (et RRRONTUDJU !) tu n'as pas lu mon message ??? Hh-hum... OK, je me calme...

J'ai parlé de la courbe RÉELLE, indépendamment de ce seuil de détection !!!! J'ai bien compris que par rapport à la ligne horizontale de détection on observe un élargissement, mais cet élargissement n'est qu'APPARENT. Comme tu le dis toi même, le diamètre d'Airy, lui, est fixe, et la courbe RÉELLE ne se dilate qu'en hauteur.

Or je t'affirme que ce n'est pas le cas en CCD. La courbe RÉELLE s'élargit en hauteur ET en largeur (pas celle qui émerge de la ligne horizontale de détectivité, mais TOUTE la courbe). Contrairement au cas du visuel.

Donc le phénomène est différent.

De deux choses l'une :

1) soit je me trompe en affirmant que sur les images CCD les étoiles se comportent comme je l'ai affirmé (mais alors ça remet en cause tout le principe de la modélisation d'étoiles dans plein de traitements)

2)soit je ne me trompe pas et alors il s'agit d'un phénomène différent.

Ou alors quelque chose m'a échappé ?

Bruno.

PS : je me suis si mal expliqué, que personne ne comprenne de quoi je parle ?? (quand je me relis ça me paraît clair...)

[fabrice2 1]

Bon, toi Bruno, tu me parles des mesures photométriques mais je peux pas répondre car je sais pas comment ils font! Néanmoins, il me semble qu'on peut se foutre d'élargir l'objet super faible à sa réelle taille. Je suppose qu'ont est capable de dire que dans tel zone du ccd, il y a tant d'énergie reçu et d'en déduire la magnitude de l'objet se situant dans cette zone. Pour le traitement de l'image, si l'on voulait absolument "voir" la réalité, il faudrait traiter l'image de façon à ce que toutes les étoiles aient le même diamètre. Hors, on perdrait de cette façon la notion visuelle d'objets faibles ou pas.
Salut

[Ph 0]

Cher Bruno,

Soit ton hypothese (1) est bonne, c'est a dire tu te trompes, ou bien la possibilite que tu evoques a la fin doit etre consideree: quelque chose t'echappe.

L'analyse de Fabrice est bonne.

Bon courage...

[fabrice2 1]

Ah, j'ai oublié de répondre à Claude pour la tache de diffraction. Alors pour un instrument parfait à pupille circulaire non obstruée, la répartition énergétique est de:
83.8% pour le disque d'airy
7.2% pour le 1er anneau
2.8% pour le second
1.4% pour le 3ème
0.9% pour le 4ème
Le reste (3.9%) se répartit dans les anneaux suivant.

Une réflexion m'est venue quand je cherchais cette information. On a parlé de la tache de diffraction et du 1er anneau sombre qui devrait être visible: Seulement j'ai oublié que la plupart du temps, les objets observés sont de nature polychromatique. Une étoile "blanche" ne peut pas donner une tache de diffraction avec l'anneau sombre car l'allure (la dimension) de la tache varie avec la longueur d'onde; Une étoile à forte dominante rouge apparaitra légèrement plus "grosse" qu'une autre à forte dominante bleue (je parle toujours au foyer d'un instrument, le cas de l'oeil, je laisse tomber les histoires de diffraction, les récepteurs de la rétine étant certainement plus gros (quoique) que l'image d'une étoile fourni par le cristallin). Cette histoire de polychromatisme va certainement t'embrouiller les méninges encore plus Bruno.
Salut