Conseils techniques pour enregistrer
l'occultation de l'astéroïde Tercidina
avec une caméra CCD en mode scan

Alain Klotz
(mise à jour le 2 sept 2002)

1. Introduction

Cette page a pour but de présenter une méthode d'observation efficace pour enregistrer la durée de l'occultation à mieux que 0,1 seconde près, à l'aide d'une caméra CCD utilisée en mode "scan". Je rappelle que le but est de mesurer les instants exacts de début et de fin d'occultation. Les instituts spécialisées d'astronomie vont alors convertir la durée d'occultation en une distance représentant une ligne (appelée habituellement corde) qui traverse l'astéroïde. Si l'on parvient à réunir de nombreuses cordes, on peut alors synthétiser la silouette de l'ombre de l'astéroïde. La précision de la mesure détermine la précision du contour. Notons qu'une précision de 0,1 seconde implique une précision d'environ 3 kilomètres sur la connaissance du contour. Avec les moyens actuels, cette occultation consitue peut-être la meilleure opportunité qu'aient jamais eu les astronomes amateurs français, à déterminer la forme d'un astéroïde avec une précision kilométrique.

A propos des circonstances de l'occultation elle même, je cite ici le texte de Jean Lecacheux (astronome professionnel, spécialiste de ce type d'événement) paru sur la liste Aude le 31 Août 2002 :

L'étoile occultée est Omega1 Tauri, alias BS 1283, alias Hipparcos 19388. C'est une étoile orangée de magnitude 5.5, une géante K2 située dans le ciel à mi-chemin apparent des Pléiades et des Hyades. Dans la nuit du lundi 16 au mardi 17 septembre à 0 h 45 TU, ce champ facile à trouver sera à une quarantaine de degrés de hauteur vers l'Est-Sud-Est, et il n'y aura pas de lune.

Après avoir traversé la France de Pornic à Mulhouse, l'ombre de Tercidina de 100 km de large poursuivra sa route vers Münich, l'Europe centrale et l'Ukraine. Sur la ligne centrale l'occultation devrait durer 10.5 secondes et donner une extinction brusque et totale (d'un facteur 1000).

S'il fait beau, les conditions semblent donc mures pour une grande occultation, avec des dizaines d'observateurs européens sur le trajet.

J'exhorte tous les observateurs qui en auront la possibilité (surtout ceux qui n'habitent pas trop loin) à se déplacer à la rencontre de la bande d'occultation dont la limite nord sera à peu près : Quiberon -> La Flèche -> Orléans -> Montargis -> Chaumont -> Vittel -> Epinal -> St.Dié -> Selestat. La limite sud : La Roche-sur-Yon -> Châtellerault -> Bourges -> Dijon -> Besançon -> Montbéliard.

Les observateurs potentiels doivent se préparer à chronométrer le début et la fin de l'occultation avec une précision absolue de 0.1 seconde.

C'est relativement difficile de pouvoir CERTIFIER le dixième de seconde absolu, tout le monde n'y arrivera pas parfaitement, mais chacun doit savoir
que c'est l'objectif vers lequel il faudrait tendre pour que le résultat soit scientifiquement utilisable. C'est en tous cas l'unique aspect un peu délicat d'une observation par ailleurs extrêmement facile et spectaculaire.

2. Principe d'enregistrement CCD en mode scan

Sur la figure suivante, on représente les quatres premières étapes de la lecture en mode scan de l'image d'une étoile. L'étoile est représentée par la tache grise, étalée sur 9 pixels, en bas à gauche de la matrice CCD. Le registre horizontal de la matrice CCD est représenté par le trait rouge en gras, au bas de la matrice.
1ere étape : On décale les charges d'une ligne vers le bas. On a représenté, en couleur violette, les charges générées par l'étoile et qui "sortent" de la tache de l'étoile. On digitalise alors la ligne qui se trouve dans le registre horizontal. Cette ligne ne contenant pas de charges dues à la lumière de l'étoile, reste à la valeur du fond de ciel. L'image résultante fait un pixel de haut (représentée sous l'image de la matrice).

2eme étape : On décale les charges d'une ligne vers le bas. On a représenté, en couleur bleue, les charges générées par l'étoile et qui "sortent" de la tache de l'étoile. On digitalise alors la ligne qui se trouve dans le registre horizontal. Cette ligne ne contenant pas de charges dues à la lumière de l'étoile, reste à la valeur du fond de ciel. A ce niveau, on commence à voir que les charges, générées par l'étoile, et décalées, semblent former une bande verticale sur la matrice CCD. L'image résultante fait deux pixels de haut et ne contient toujours que du fond de ciel !

3eme étape : On décale les charges d'une ligne vers le bas. On a représenté, en couleur verte, les charges générées par l'étoile et qui "sortent" de la tache de l'étoile. On digitalise alors la ligne qui se trouve dans le registre horizontal. Cette fois-ci, cette ligne contient le paquet de charges violettes, générées lors du décalage de la première étape. L'image résultante fait trois pixels de haut.

4eme étape : On décale les charges d'une ligne vers le bas. On a représenté, en couleur jaune, les charges générées par l'étoile et qui "sortent" de la tache de l'étoile. On digitalise alors la ligne qui se trouve dans le registre horizontal. Cette fois-ci, cette ligne contient le paquet de charges bleues, générées lors du décalage de la première étape. L'image résultante fait quatre pixels de haut. On commence à voir la bande verticale des charges générées par l'étoile.

On poursuit le processus aussi lontemps qu'on le souhaite. A la fin, on une image sous la forme d'un ruban vertical sur lequel on voit la ligne de la trace laissée par "l'étoile". On pourra noter que les premières lignes, en bas de l'image du scan, ont vu le fond de ciel moins longtemps que les autres. Cela se traduit par un effet de rampe de lumière sur le ruban. C'est aussi un bon moyen de ne pas confondre le début et la fin de l'image scan. Il est à noter que cette rampe est d'autant plus grande que la caméra comporte un nombre important de lignes. Paradoxalement, on minimise le fond de ciel avec un CCD de petite taille. Donc, privilégier les petits détecteurs !

Cette méthode présente de nombreux avantages :

Les inconvénients sont les suivants : Précautions à prendre Il existe d'autres méthodes d'enregistrement d'occultation. Se référer à mes pages, présentées à l'observatoire de Genève pour plus de renseignements.

3. Timing des opérations à effectuer

Le but du timing est d'obtenir une datation précise de l'événement enregistré. Il faut distinguer deux sortes de précision : On cherche à obtenir la meilleure précision possible avec le moins de matériel afin qu'un maximum d'observateurs puissent participer. Le matériel se résume donc à : L'idée du timing est la suivante : on va effectuer quatre occultations manuelles, à l'entrée du télescope, avant puis après l'heure théorique de l'occultation. Chaque série d'occultations manuelles est effectuée en masquant rapidement l'entrée du télescope avec un carton synchronisé sur l'horloge. Il est possible d'obtenir une précision meilleure que la seconde si l'on candence son bras à la seconde de façon à effectuer l'occultation manuelle à des instants précis sur la seconde pile. Avec un peu d'entrainement, on arrive à environ 0,2 secondes. Le but est de baisser le carton au début de la seconde ronde et de laisser le carton occulter l'entrée le télescope pendant anviron 1 seconde. Ainsi, les instants de DEBUT d'occultation manuelle, constituent la base de temps pour calibrer le scan. Avec les deux séries de quatre occultations manuelles, on a 8 points pour calibrer le temps, supposé défiler linéairement avec la méthode du scan. Ca laisse une redondance nécessaire pour éliminer certaines mesures et pour déterminer une incertitude.

Sur le schéma suivant, on résume l'ensemble des instants importants en superposant l'image de scan théorique (sans occultation par l'astéroïde) parallèlement à l'ombre prévue :

L'enregistrement d'une occultation est toujours un exercice stressant, surtout à 3 heures du matin ! il est donc important de préparer une petite liste de choses à effectuer à chaque instant. Sur la liste, on trouvera :

Une étoile de magnitude 5,2 laisse une trace dont l'intensité vaut environ 6000 pas codeurs au dessus du fond de ciel avec un T200, F/D=6, Audine Kaf-401E et une cadence de décalage de 0,04s/ligne (binning 1). On peut aller plus vite si la turbulence et l'entrainement du télescope le permettent. Il faut alors penser à calculer le nombre de lignes, pour chaque étape : Le temps total du scan est de 20+45+150+45+20=280s. A la cadence de 0,04s/ligne, on va avoir une image de 7000 lignes.

4. Automatisation

Dans une manipe aussi précise que l'enregistrement d'une occultation, on a de grandes chances de rater les timings si l'on ne fait pas des répétitions. Afin de soulager les opérations automatisables, il est conseillé d'utiliser le mode script de vos logiciels d'acquisition. Renseignez-vous et posez des questions sur la liste Aude. Voic une liste de logiciels d'acquisitions d'images français : Lien sur les techniques de scan CCD : http://home.t-online.de/home/05102909321-0001/linksse.htm

4.1. Un script pour le logiciel AudeLA

Voici un exemple de script pour le logiciel AudeLA. Le script consistera à lancer le scan au bon moment et enregistrera le fichier sous deux noms différents automatiquement. Les noms choisis contiendront la date et l'heure de début de scan. De cette façon, on n'a aucune chance de pouvoir effacer un fichier par un autre. Je donne, ci-desssous, le script, à modifier selon besoins personnels. Penser notamment à changer les valeurs des parametres dt et speed apres les calibrations du panneau scan-rapide. Le script a un mode de fonctionnement en simulation où seules les lignes de rampe sont réalisées et le départ est immédiat (variable simulation).

# --- Fichier occ_tercidina.tcl à placer dans le dossier scripts de AudeLA
# --- optimisé pour une Audine Kaf-400
set simulation yes

set astername "tercidina"
set debut 2002-09-17T00:42:40
set firstpix 300 ; # valeur du pixel de gauche de la fenêtre du scan sur l'image. A adapter en temps réel juste avant de lancer le script

if {$simulation=="yes"} {
   set debut now
   set h 520
} else {
   set h 7000
}
# fenetre de 100 pixels de large
set w 100
set bin 1
# parametres apres les calibrations du panneau scan-rapide
set dt 28.019 ; # millisec
set speed 16577 ; # boucles

# - ne rien toucher a ce qui suit.
set datejd [mc_date2jd $debut]
while {[mc_date2jd [::audace::date_sys2ut]]<$datejd} {
   after 1000
   ::console::affiche_resultat "attente [mc_date2ymdhms [::audace::date_sys2ut]]\n"
}
set name [mc_date2ymdhms [::audace::date_sys2ut]]
set name [format "%04d%02d%02d%02d%02d" [lindex $name 0] [lindex $name 1] [lindex $name 2] [lindex $name 3] [lindex $name 4]]

::console::affiche_resultat "scan en cours\n"
#--- Acquisition et gestion de l'obturateur
catch {cam1 shutter opened}
cam1 scan $w $h $bin $dt -firstpix $firstpix -fast $speed -tmpfile
buf1 save "i0_$name"
bell
catch {cam1 shutter synchro}
#--- Visualisation de l'image
visu
# --- Enregistrement du fichier FITS
buf1 save "${astername}_$name"
::console::affiche_resultat "scan fini\n"
# --- Fin du fichier script