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Occultations et appulses

Occulation de Jupiter par la Lune le 23 avril 1998 photographiée par Olivier Staigen en Suisse.

Principes (I)

Les occultations d'étoiles, d'astéroïdes ou de planètes par la Lune sont des phénomènes astronomiques relativement rares auxquels bien peu d'amateurs s'intéressent, mais qui sont pourtant d'un intérêt scientifique certain comme nous allons le découvrir en collaboration avec Jean Schwaenen, un amateur belge qui s'est spécialisé dans cette discipline.

Ces phénomènes se divisent en deux grandes catégories : les occultations totales et les occultations rasantes.

Occultation de Saturne le 10 septembre 2001. Vidéo (GIF de 4.5 MB) de 4 minutes réalisé par John Hoot au foyer d'un télescope Meade 16" LX200 installé au Mt Wilson.

Comme nous le savons, La Terre tourne sur elle-même d'Ouest en Est en 24 heures. Quand nous observons le ciel pendant la nuit, les étoiles et la Lune semblent tourner autour de nous dans le sens inverse, d'Est en Ouest, mais la Lune, compte tenu de sa propre vitesse de rotation autour de la Terre, rétrograde sur la marche des étoiles.

C'est ainsi que dans sa course, il lui arrive quelquefois de passer devant des étoiles brillantes ou les planètes de la région zodiacale; on dit alors qu'il y a occultation par la Lune.

Dans un premier cas l'étoile disparaît au bord Est de la Lune et réapparaît au bord Ouest, ce sont les occultations totales. Dans l'autre cas, au lieu de disparaître complètement, l'étoile rase le bord lunaire aux alentours des régions polaires. Comme le relief y est très accidenté, l'étoile peut disparaître et réapparaître plusieurs fois de suite derrière les montagnes du profil lunaire, c'est l'occultation rasante.

Le principe de ces observations consiste à mesurer avec une précision de la demi-seconde ou mieux les instants de disparition et de réapparition de l'étoile.

Les instruments

Un télescope ou une lunette de faible diamètre (60-200 mm), un récepteur radio, une montre réglée et un chronomètre au 1/10e de sec permettant la lecture directe sont suffisants pour une occultation totale où il n'y a qu'un seul instant à mesurer. Pour une occultation rasante il est indispensable de disposer en plus d'un magnétophone à cassette car nous aurons plusieurs instants à enregistrer.

Le récepteur servira à capter les signaux horaires d'une des stations suivantes : DIZ sur 4525 kHz ou OLB sur 3170 kHz. Ces stations émettent tous les débuts de minutes. Quant au magnétophone, il servira à enregistrer simultanément les tops horaires de la radio et les tops vocaux des instants de disparitions et réapparitions.

L'occultation totale

Deux cas peuvent se présenter :

1°. Entre la Pleine Lune et la Nouvelle Lune, les disparitions ont lieu au bord éclairé et les réapparitions ont lieu au bord obscur. La première observation est plus difficile que la seconde.

2°. Entre la Nouvelle Lune et la Pleine Lune, les disparitions ont lieu au bord obscur et les réapparitions ont lieu au bord éclairé. Dans ce cas-ci la première observation est facile tandis que la seconde est presque impossible.

Les phénomènes de disparition et de réapparition lors des occultations totales seront plus ou moins difficiles à observer en fonction de la phase de la Lune et de la magnitude de l'étoile. L'image de l'étoile a été exagérée pour la lisibilité.

L'observation

Pour réussir une telle observation il faut tenir compte des deux cas précédents et de la magnitude de l'étoile. En effet, si l'étoile est très brillante la disparition sera facile à observer tandis que si elle est faible, l'observation sera pratiquement impossible. Quant à la réapparition de l'étoile il est inutile de s'y essayer car les mesures seront de toute façon imprécises, même pour des étoiles brillantes comme Aldébaran par exemple.

Il faut également connaître la date et l'heure à laquelle ces phénomènes ont lieu; il faut donc être en possession des prédictions d'occultations. On trouvera par exemple dans l'"Annuaire de l'Observatoire Royal de Belgique" disponible en librairie les prédictions pour toute l'année jusqu'à la magnitude 7.5. Des tables similaires sont également disponibles sur Internet, en particulier auprès de  l'IOTA et bien sur dans tout bon logiciel de simulation.

Ces tableaux donnent entre autre, la date et l'heure des instants de tous les phénomènes pour l'Observatoire d'Uccle (Bruxelles), mais on peut recalculer ces instants pour d'autres lieux en appliquant la formule suivante :

T = T° + a DL + b Df

avec, T  = heure du phénomène au lieu considéré

T° = l'heure du phénomène à Uccle

DL = la différence entre la longitude d'Uccle et celle du lieu considéré  (compté positivement vers l'ouest)

Df = la différence entre la latitude d'Uccle et celle du lieu considéré (compté positivement vers le nord).

Les valeurs a et b sont données en minutes de temps dans les colonnes 8 et 9 de cet annuaire.

Pour l'observation d'étoiles plus faibles que la magnitude 7.5 et si l'ouverture de l'instrument ou vos moyens techniques le permettent, vous pouvez obtenir auprès de l'US Naval Observatory les prédictions pour votre lieu d'observation. Celles-ci contiennent entre autres, la date, l'heure à quelques secondes près, la nature du phénomène (D pour disparition, R pour réapparition), le numéro de l'étoile, la valeur et la facilité de l'observation, l'angle au pôle (PA) et l'angle au terminateur (CA), etc.

Pour chaque observation il est nécessaire de connaître sa position sur Terre en longitude, en latitude et la hauteur au-dessus du niveau de la mer et ce, avec une précision maximale de 1" (environ 30 m en altitude et 20 m en longitude sur le site). Un GPS pourra vous préciser ces valeurs.

Une fois en possession de ces données, vous pourrez commencer l'observation en pratiquant comme suit. Afin de repérer l'étoile et de la suivre jusqu'à sa disparition ou pour bien situer l'endroit du limbe lunaire où elle va réapparaître (CA ou PA), il est judicieux d'être prêt à observer au moins un quart d'heure à l'avance, car il ne faut pas oublier que ce sont des phénomènes instantanés qui peuvent surprendre l'amateur non expérimenté par la rapidité de la disparition ou de la réapparition.

Le CA (Cuspel Angle) est l'angle compris entre l'endroit du limbe où aura lieu l'occultation et l'extrémité du terminateur le plus proche. Cet angle est compté à partir du nord (0°) et du Sud (0°), le milieu du limbe valant 90°. Le PA ou (Polar Angle) est l'angle de position mesuré au centre de la Lune à partir du pôle céleste dans le sens N-O-S-E, donc anti-horlogé.

Lorsque vous mesurez les angles CA et PA n'oubliez pas qu'au travers d'un instrument astronomique que le nord est souvent en bas et le sud en haut ! 

Vérifier également le bon fonctionnement du récepteur radio, les piles ne sont pas éternelles...

Maintenant que nous sommes prêts à observer, il faut attendre le "top" de la troisième seconde immédiatement après celui de la minute avant de mettre le chronomètre en marche.

Afin d'éviter une trop grande dérive de celui-ci on choisira de préférence ce top deux minutes avant l'instant du contact, par exemple pour une disparition à 23h32m25s on démarrera le chronomètre exactement au 3e top qui suit immédiatement le top de la minute 30.

Ces trois secondes de décalage sont très utiles car l'amateur est souvent surpris par l'apparition de ce "top" minute. Et enfin, à l'instant précis où l'on voit la disparition ou la réapparition de l'étoile appuyez sur le bouton d'arrêt du chronomètre.

L'observation étant terminée, il ne reste plus qu'à noter sur un formulaire ad hoc le résultat de la mesure de l'instant de contact ainsi obtenu sans oublier, c'est très important, d'ajouter les trois secondes de décalage du début de l'observation.

Mais il reste un point important dont il faut tenir compte dans ces résultats finaux, c'est votre temps de réaction ou équation personnelle dont la valeur viendra s'ajouter aux mesures des différents instants. 

A consulter : Calcul de l'équation personnelle

Intérêt scientifique

En fin d'année, tous les formulaires complets doivent être renvoyés à l'International Lunar Occultation Hydrographic Department, Tsukiji 5, Chiu-Ku, à Tokyo 104 au Japon. Ces résultats fourniront aux professionnels de plus amples renseignements sur les mouvements de la Lune en longitude, sur sa position, une meilleure connaissance du temps des éphémérides et de l'inégalité parallactique. En complément, les cibles lasers déposées à la surface de la Lune par les astronautes américains et les engins automatiques soviétiques permettent de mesurer avec une grande précision la distance qui nous sépare de la Lune à un moment donné. 

A gauche, Saturne sortant de l'occultation du 3 novembre 2001 photographiée par Jörg Hartmann depuis Frankfort (D) avec un télescope Dobsonien Sky-Watcher de 200 mm f/6 équipé d'un oculaire Pentax 10.5 mm et d'une caméra digitale Canon G2. Au centre, conjonction entre la Lune et Mars photographiée par Ron Wayman avec un télescope e 200 mm d'ouverture muni d'un appareil numérique le 17 juillet 2003 (Ø19.7"). A droite, Saturne entrant en occultation le 23 février 2002. Photographie prise par Tom Martinez depuis l'Observatoire Powell (USA).

Prochain chapitre

L'occultation rasante

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