Drift-scan

LE DRIFT-SCAN

La technique du "drift-scan" (balayage par dérive) consiste à profiter du mouvement des étoiles dans le plan focal du télescope, lorsque l'entraînement de celui-ci est arrêté, pour acquérir de longues bandes continues du ciel. Le champ exploré peut être très grand et ce de manière quasi automatique.

En pratique pour effectuer un scan il faut que les lignes du CCD soient lues avec une synchronisation parfaite avec le défilement du ciel au foyer. Par exemple, si compte tenu de la focale du télescope, de la taille du pixel et de la déclinaison visée, un étoile passe d'une ligne à l'autre du CCD en 0.4 seconde il faut que les lignes soient lues au rythme de une toutes les 0.4 seconde exactement. De plus il est important que les colonnes du CCD soient parfaitement alignées avec le mouvement est-ouest du ciel. Le temps de pose est le temps que met un objet pour passer d'un bord à l'autre du CCD.

L'observation en drift-scan est assez magique car vous pouvez obtenir des images au kilomètre sans que le télescope bouge le moins du monde. Le drift-scan est particulièrement efficace dans le cadre de programmes de surveillance (surveys), par exemple pour la recherche de comètes ou d'astéroïdes.

Une configuration typique pour le drift-scan. Un téléobjectif Canon EF300 mm F/4 est monté à l'avant d'une caméra Audine (modèle prototype reconnaissable au ruban adhésif entourant son boîtier en plastique). Sur l'image de droite on voit le montage de la caméra sur un plateau rotatif micrométrique très utile pour orienter les lignes du CCD parallèlement au mouvement diurne. Notez que l'objectif vise vers l'équateur céleste, la direction privilégiée pour faire du drift-scan. La monture équatoriale ne sert ici que de support, elle n'est pas entraînée lors des acquisitions.

Image scan réalisée avec une caméra Audine et un téléobjectif de 300 mm F/4 Canon EF. Le ciel défile de gauche à droite. On remarque à droite de l’image la rampe correspondant au début du scan. L’image fait 768 pixels de haut et 2800 pixels de large. La durée de défilement d’une ligne à l’autre est ici de 0,418 seconde, d’où un temps total de prise de vue de 2800 x 0,418 = 1170 secondes, soit environ 20 minutes. Le temps de pose est de 512 x 0,418 = 214 secondes. Le champ couvert effectif (il faut retirer la partie de l’image correspondant à la rampe) est de 3,93 x 1,32°, soit environ 5,2 degrés carrés.

Extrait d’un scan réalisé à la déclinaison de la nébuleuse d’Andromède (ce champ précède la galaxie de 10 minutes de temps, le ciel défile de gauche à droite), soit une déclinaison centrale de +41°. A une telle déclinaison la différence de vitesse angulaire entre le centre du champ et les parties haute et basse est très sensible. Dans cette direction de visée et avec la configuration optique utilisée l'image est inexploitable au-delà d’une bande de 0,3° de large de part et d'autre de la déclinaison centrale. Une petite erreur d'orientation détériore encore la situation. Le drift-scan tel qu'il est pratiqué ici n'est utilisable efficacement que pour des déclinaisons comprises entre +25° et -25°, ce qui couvre la zone de l'écliptique.

Simulation numérique de la dérive d'une étoile dans la configuration instrumentale ayant permis d'acquérir l'image précédente. Entre chaque point de la courbe il s’écoule 10 secondes. Ce type d'analyse permet de déterminer avec précision le champ pouvant être effectivement couvert, l'impact d'une erreur d'alignement ou de vitesse, les corrections à apporter, ... La technique du drift-scan avec Audine a fait l'objet d'études assez poussées car cette caméra est fort bien adaptée et le champ d'application prometteur. Actuellement Audine est pilotée en drift-scan par une version spéciale du logiciel QMiPS32.

L’amas globulaire M2 observé avec la technique du drift-scan. Ces images sont le résultat d’un compositage de 3 scans successifs. A gauche, avec un objectif Leitz Telit de 200 mm F/4 et un filtre froid BG18. A droite, avec un objectif Canon EF de 300 mm F/4 et un filtre froid KG3. L’image acquise avec l’objectif de 200 mm de focale a été agrandie à la même échelle que celle réalisée avec l’objectif de 300 mm. La supériorité de ce dernier est évidente en terme de résolution, d’une part à cause de la focale plus longue, d’autre part à cause d’une meilleure correction chromatique. L’utilisation d’un filtre KG3 plutôt qu’un BG18 améliore aussi la détectivité très sensiblement. En contrepartie, le champ couvert est plus faible avec l’objectif de 300 mm.

La comète C/1997 J2 (Meunier-Dupouy) observée en drift-scan par +20° de déclinaison avec un téléobjectif de 300 mm F/4 Canon EF. Il s'agit d’un compositage de 4 scans, le temps s’écoulant entre le début de chaque scan étant de l’ordre de 20 minutes. Ce temps est suffisant pour mettre en évidence le mouvement de la comète parmi le fond d’étoiles. A droite, les 4 images élémentaires ont été recentrées sur les étoiles, et à gauche, sur le noyau de la comète. La queue de la comète est bien visible avec son extension vers le nord. Ces images montrent qu’il est possible d’obtenir de bons résultats en drift-scan même à une déclinaison importante. Une petite portion seulement du scan est montrée ici, mais tout le champ (1,3° de large) a pratiquement la même qualité.

Partie d’un scan passant par le champ de galaxies centré autour de NGC 7619. La modestie de l’instrument d’observation, un téléobjectif de 300 mm de focale, laisse peu de chance de découvrir une supernova, bien qu’avec un peu de persévérance et en pointant dans une région dense comme l’amas de la Vierge… L'acquisition en mode drift-scan avec Audine est actuellement possible depuis une version spéciale de QMiPS32 (non disponible immédiatement) et depuis une commande en ligne de Pisco.