Mesure de seeing sur site

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Les mesures présentées ici ont été obtenues avec un masque Blismm dont le descriptif est lisible sur ce lien

Les mesures présentées ici ont été réalisées sur 2 sites : 

    - Brantôme (Département de la Dordogne, 25km au nord de Périgueux) sur l'étoile Véga

    - Vaux le Penil (Département de la Seine et Marne, sud est de Melun) sur Acturus, chez un Astram des mes amis (David Darson) dont les très bon résultats en CP nous donnent une bonne approximation (en terme de FWHM) des résultats que l'on peut attendre.

Il va de soi que les calculs détaillés tiennent compte de la nature spectrale de la source, ainsi que de sa hauteur sur l'horizon. Toute mesure de turbulence doit être affectée à priori des conditions locales de pointage, pour rester comparables. Le zones choisies sont donc similaires en terme de hauteur, et de relief local (horizon dégagé). 

Ce masque permet la mesure simultanée des quantités caractéristiques de la turbulence que sont :

- Le r0, ou rayon de Fried qui est le diamètre de la zone de la pupille pour laquelle la différence de phase est inférieure à lamda/2Pi (voir page pré-citée). plus la dimension de r0 sera petite, plus la PSF résultante sera étalée. Cette quantité est obtenue grâce à la statistique de déplacement de 2 images d'une même étoile.

- Le Tau0, c'est a dire le temps de cohérence, qui est ici mesuré comme le temps de décalage (tilt) du front d'onde d'une dimension correspondant au diamètre angulaire de la PSF de dimension r0. Il est obtenu par mesure du brouillage des franges d'interférence (chute du contraste) pendant chaque pose.

- Théta0, l'angle d'isoplanétisme, c'est l'angle pour lequel la perturbation du front d'onde ne peut plus être considérée comme uniforme. La mesure est ici faite par estimation de l'indice de scintillement.

En bref rappel, voici la structure du masque employé pour établir une mesure significative des ces paramètres caractéristiques (la méthode est détaillée en bas de page) :

Le masque est constitué d'un capuchon en bois (c'est la version de luxe, un masque en carton pourrait tout aussi bien faire l'affaire) obstruant la pupille d'un télescope de type Schmidt/Cassegrain 8 pouces, et pour lequel on a aménagé 3 ouvertures : les Trous 1, 2 et 3. La combinaison trou 1+2 génère les franges d'interférences utilisables pour le temps de cohérence, et la combinaison trou 1+3 se comporte comme un DIMM standard.

 
Structure du masque Contribution image Trou 1+ 2 + 3

Le front d'onde incident est prélevé en 3 endroits (trou1, trou2, trou3). On peut remarquer que le diamètre des trous 1 et 3 sont identiques (40mm) de manière à respecter les équations du DIMM. Le problème a été de trouver une pièce optique low cost ayant comme caractéristique de dévier faiblement les rayons collectés par le trou 3 pour effectuer la mesure du r0. Ayant la chance de travailler dans un laboratoire de physique, les physiciens de ce laboratoire m'ont conseillé des plaques de verre synthétique (Polycarbonate de marque LEXAN) dont le défaut moyen de planéité mesuré est de l'ordre de quelques dizaines de microns sur 5cm. On obtient un prisme dont la déviation est de l'ordre de quelques dizaines de secondes. Le spot obtenu est relativement peu dilué et comme on travaille très haut en focale pour obtenir des franges d'interférences en combinant le flux des trous 1 et 2, la déviation est suffisante pour obtenir un spot exploitable lors des soirée de bonne transparence.

Les séquences vidéos sur lesquelles nous avons fait l'analyses sont des séquences de 30 secondes. 2 séquences à Brantôme, 3 séquences à Vaux le Pénil. 

Quelques clichés nous montrent l'installation à Vaux Le Penil : 

 

Quelques détails sur cette installation, qui mérite le détour. Le setup de base de David est destiné principalement au ciel profond. le détail est le suivant : 

-MEADE SC 8" (Schmidt Cassegrain 200mm, Focale 2000mm)
-Monture : Fornax51 sur FS2
-Autoguidage avec diviseur optique et WebCam modifiée longue pose (logiciel d'autoguidage GuideMaster)
-Camera CCD conception et réalisation perso à base de détecteur ICX285AL refroidie par peltier.
-Soft d'acquisition réalisation perso. 

Ces deux derniers points sont remarquables, tant du point de vue de la qualité de la camera, et de son soft, que des images produites, que l'ont peut admirer périodiquement sur le forum Webastro.

Mais pour l'occasion, qui nécessite des prises de vue en mode vidéo, la camera employée est une Basler Ace 1300. Télescope et monture sont hébergés dans un abris de jardin, à toit ouvrant, ce détail aura son importance à la lecture des résultats détaillés sur la page Mesure Seeing Vaux le Penil.

Pour les mesures sur le site de Brantôme, l'installation était un peu plus spartiate, puisque à l'époque de la mesure, je n'avais pas encore monté l'abri autour du télescope : 

Les mesures ont la aussi été faites avec une Basler. Dans les Deux cas, le mode de prise de vue pour atteindre l'imagerie des franges est en tirage oculaire, avec dans le cas de Brantôme un échantillonnage résultant à 0,19"/pixels et Vaux le Penil à 0,1"/pixels

Les résultats après analyse (détaillées plus bas) sont les suivants : 

Brantôme Vaux Le Penil

 

Détail de prise de vue

 

Détail de prise de vue

Vidéo n°1

vidéo n°1

Vidéo n°3

Vidéo n°5

Les Chronogrammes complets sont disponibles sur les pages suivantes  : 

Mesures Brantôme
Mesures Vaux le Pénil

Pour étayer les mesures de Vaux le Pénil, on peut remarquer la cohérence avec les images ci dessous, issues de la réalisation par David d'une belle image du Quintet de Stephan, à F/D10 avec une échantillonnage de 0,67"/pixels : 

Les détails de prise de vue sont les suivants : Image David Darson
Luminance avec un filtre CLS : 30 poses de 600s
Rouge, Vert et Bleu : 9x9x9 de 600s chaque
Le Post Webastro ou se trouve les commentaires détaillés est accessible ici

L'image brute ci-dessus est issue de la série de poses unitaires en luminance. La FWHM (compte tenu de l'échantillonnage) est meilleure que 1''7. On voit donc qu'intégré sur 600 secondes, vu les moyennes mesurées à Vaux le Penil lors de la vidéo n°1, on est complètement dans les clous.

 En résumé, le site de David est visiblement très bon, et l'on peut probablement s'attendre à des résultats tout aussi intéressants en planétaire.

Pour les courageux, ou ceux qui ont envie d'essayer chez eux, voici un descriptif rapide de la méthode employée pour obtenir ces résultats.

Pour m'écrire directement sur la mise en oeuvre, mon adresse est : btregon arobase club-internet.fr

Détail de la méthode : 

Le calcul de déplacement des spots est fait sous Iris en utilisant la registration d'image stellaire, avec interpolation spline. On commence par une registration sur le spot de gauche, le fichier de sortie des décalages en X et en Y du spot (shift.lst) est renommé en shift_gauche.lst . On renouvelle l'opération sur le spot droit pour obtenir un fichier shift_droit.lst.

Ces deux fichiers sont ensuite ouverts avec exell ou open office calc. On utilise ensuite le fichier physique_turbulence/LFQFT_blism_simplifie.ods sous open office ou physique_turbulence/LFQFT_blism_simplifie.xls sous excell. L'onglet dans lequel on doit recopier les résultats des valeurs de décalages est l'onglet "blismm" (colonne B3 et C3 pour le spot gauche, E3 et F3 colonne de droite). Le calcul se fait ensuite automatiquement et les graphes respectifs de r0 et le epsilon0 associé apparaissent directement en Q35 et Q63. La statistique à 30 secondes sur le r0 et sur epsilon0 sont immédiatement disponibles sur Q29-33 et R29-33.

La mesure de temps de cohérence est plus délicate à obtenir. Les calculs se font aussi sous Iris en utilisant la méthode décrite sur ce lien. Le fichier stats.lst comporte 4 colonnes que l'on peut recopier dans le fichier d'extraction LFQFT_blismm_simplifié.ods (LFQFT voulant dire Le Fichier Qui Fait Tout). La recopie se fait à partir de la cellule 04 onglet "Blismm". Le graphe affiché est celui du chronogramme des valeurs de Tau0.

En dernier lieu,  l'angle d'isoplanétisme est obtenu par analyse statistique de l'indice de scintillation. Il s'agit donc à chaque image, d'avoir l'information de flux du spot ne comportant pas de franges, et de regarder sa dérivée (le détail à été décrit dans le premier lien de cette page). On mesure donc la valeur de la magnitude intégrée sur le spot, que l'on converti ensuite en intensité lumineuse. Cette magnitude est obtenue sur toutes les images de la séquence via la logiciel d'extraction des magnitudes bien connue des spécialistes des occultations : le Logiciel Limovie. Ce soft utilise une procédure de photométrie d'ouverture sur l'étoile cible définie sur chaque image, et génère ensuite un fichier csv (excell) dont les valeurs de somme d'intensité sont recopiées à partir de la cellule A3 onglet "Scintillation_relevé_Blismm". 

Le tableau des statistiques finales sur 30 secondes est disponible sur le premier onglet  cellule P28.

La structure des chronogramme est  typiquement celles présentée en suivant  : 

epsilon0 et théta0 sont exprimés en secondes d'arc, r0 en millimètres, et tau0 en secondes.

La rédaction d'un soft de calcul dédié est déjà en cours et une partie du code est disponible en pour le traitement du contraste. Mais n'étant pas à la base un codeur dans l'âme, ça risque de prendre un peu de temps.

J'espère a terme pouvoir effectuer des mesures sur d'autre site, et je serais curieux, de voir en détail comment se comporte cette méthode à l'observatoire du  Pic du Midi (ou ailleurs).

Septembre 2013

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