Magnitude limite en 2? s de pose en fonction du diamètre ?

[Pascal C03 4228]

Bonjour à tous, je précise ma question.

 

Partisan d'une lunette chercheur-guide pour télescope et amateur d'objets faibles, j'aimerais connaitre la magnitude des objets qu'il est possible de voir à l'écran.

Pour que cela soit compatible avec une opération de recentrage des objets qui ne dure pas des heures, je définis un temps de pose de 2s maxi. Au delà, c'est possible mais peu "ergonomique".

 

caméra ASI 174

lunette 102/460 ou 102/900 avec Barlow

[fljb67 6454]

Bonjour.

 

Questions ( car j'avoue ne pas avoir trop compris ) :

 

 

il y a une heure, Pascal C03 a dit :

... j'aimerais connaitre la magnitude des objets qu'il est possible de voir à l'écran ... je définis un temps de pose de 2s max ...

 

- Tu parles des objets à photographier ou des étoiles qui permettent de guider ?

 

 

Il y a 1 heure, Pascal C03 a dit :

... caméra ASI 174 ; lunette 102/460 ...

 

- Pour guider ou imager ?

 

[Bruno- 4105]

Il y a quelques années, j'avais écrit un petit programme en Python qui calcule la magnitude limite en suivant la formule donnée par Ch. Buil dans "CCD et télescope". Je l'ai recopié ci-dessous. C'est du Python, donc ça tourne sur n'importe quelle machine du moment que Python est installé. Il y a juste quelques lignes de calculs, mais pour aider à le lire (au cas où tu souhaites juste connaître les formules) j'ai laissé les commentaires détaillés.

 

Citation

#! /usr/bin/python3

# coding : utf-8

 

# Programme calculant la magnitude limite stellaire en CCD.

 

# Source : "La détection des objets faibles du Système Solaire",
# Christian Buil, CCD et Télescope, n° 7, Automne 1996.
# « Voici un petit formulaire que j'utilise couramment et qui
# donne une précision correcte (±0,5 magnitude typiquement). »

 

#----------------------------------------------------------------------#
# Importations

 

from sys  import argv
from math import pi
from math import sqrt
from math import atan
from math import log10

 

#----------------------------------------------------------------------#
# Paramètres de la ligne de commande :
# argv[1] : diamètre du télescope en millimètres
# argv[2] : focale du télescope en millimètres
# argv[3] : taille d'un pixel en microns
# argv[4] : nombre d'images unitaires
# argv[5] : temps de pose unitaire en secondes

 

if len(argv) <= 5 :
    print('Erreur : argument(s) manquant(s)')
    print('Syntaxe : ')
    print('> mccd D(mm) F(mm) pix(µm) Nb_poses Tps_pose_unit(s)')
    exit(1)
argv1 = float(argv[1])
argv2 = float(argv[2])
argv3 = float(argv[3])
argv4 = int  (argv[4])
argv5 = float(argv[5])
print()

 

#----------------------------------------------------------------------#
# Constantes

 

# E0 = « éclairement d'une étoile de magnitude 0 et de type solaire en
# dehors de l'atmosphère en photons/cm²/s/micron. Autour de 0,65 microns
# nous avons E0 = 0,8.10⁷ ph/cm²/s/microns. »
E0 = 0.8*10**7

 

# Tau = « transmission totale du système de détection. Ce paramètre inclut
# la transmission de l'atmosphère, le coefficient de réflexion des miroirs,
# les pertes par réflexions sur les dioptres rencontrés et les pertes dues
# à l'obstruction centrale. Dans un bon site de montagne et avec un
# télescope de type Newton d'obstruction centrale 0,33 équipée d'un
# correcteur de champ et pour une visée à une distance zénithale de 30°
# on trouve Tau = 0,53. La même instrumentation utilisée en plaine donnera
# Tau = 0,43.
Tau = 0.4

 

# QE = « rendement quantique du CCD. Nous adoptons ici la valeur de 0,33
# qui est une moyenne avec un CCD du type Kodak-0400 utilisé sans filtre. »
# (Attention : c'est donc la moyenne sur la bande spectrale et non
# le maximum.)
QE = 0.33

 

# Dl = « largeur de la bande spectrale en microns. Adopter 0,4 microns
# si on désire se mettre dans la situation d'une caméra CCD utilisée
# sans filtre et utiliser 0,1 micron pour simuler l'utilisation d'un
# filtre R (dans ce cas faire QE = 0,37).
Dl = 0.4

 

# Msky = « magnitude du fond du ciel par seconde d'arc carrée. La valeur
# typique dans un bon site amateur est msky = 20,4 dans le rouge. »
Msky = 19.5

 

# FWHM = « largeur à mi-hauteur des étoiles en secondes d'arc (ce
# paramètre tient compte aussi des défauts de suivi et des aberrations
# optiques). »
FWHM = 4.5

 

# Dark = « taux de production de charges thermiques par seconde.
# Un CCD MPP comme le Kodak-0400 refroidi vers -10°C produit environ
# 0,1 électron/seconde/pixel. »
Dark = 0.1

 

# Sigma = « bruit de lecture de la caméra en électrons. Nous adopterons
# ici Sigma = 15 électrons qui est une bonne valeur typique pour une
# caméra de qualité aujourd'hui. »
SigmaCam = 10.0

 

# SB = « rapport signal sur bruit à partir duquel on estime que la
# détection de l'objet est effective. En théorie S/B = .3, mais la
# pratique montre qu'il est opportun d'adopter une marge. Un S/B=5
# est généralement un bon choix.
SB = 3.0

 

#----------------------------------------------------------------------#
# Calculs 

 

# diam = diamètre du miroir primaire en cm
diam = 0.1 * argv1

 

# pix = « taille du pixel en secondes d'arc. »
pix = 7200.0 * atan(argv3 / (2000.0 * argv2)) * 180.0 / pi
print('    Échantillonnage    = {:4.2f}"'.format(pix))

 

# tpose = « temps de pose effectif en secondes »
tpose = argv4 * argv5
hpose = int(tpose / 3600.0)
treste = tpose - 3600.0 * hpose
mpose = int(treste / 60.0)
spose = treste - 60.0 * mpose
print('    Tps de pose total  = {:01d}h{:02d}m{:02.0f}s'.format(hpose, mpose, spose))

 

# σ² bruit du fond du ciel
vciel = 0.7 * E0 * Tau * diam**2 * Dl * pix**2 * 10**(-0.4*Msky) * tpose
sigmaciel = sqrt(vciel)
print('    σ bruit fond ciel  = {:6.2f}'.format(sigmaciel))

 

# σ² bruit thermique 
vdark = Dark * tpose
sigmadark = sqrt(vdark)
print('    σ bruit thermique  = {:6.2f}'.format(sigmadark))

 

# σ² bruit de lecture
vlect = argv4 * SigmaCam**2
sigmalect = sqrt(vlect)
print('    σ bruit de lecture = {:6.2f}'.format(sigmalect))

 

# σ² total
vtot =  vciel + vdark + vlect
sigmatot = sqrt(vtot)
print('    σ bruit total img  = {:6.2f}'.format(sigmatot))

 

# Fraction de signal de l'étoile tombant dans le pixel central de
# la tache image
fract = (4.0 * pix**2) / (pi * FWHM**2)
print('    Fraction ét./pixel = {:6.3f}'.format(fract), end="")
if fract < 0.5 :
    print()
else :
    print(' --> sous-échantillonnage, le calcul sera faussé')

 

# Magnitude limite
x1 = 1.0 + sqrt(1.0 + (4.0 * vtot) / SB**2)
x2 = SB**2 / (1.4 * E0 * QE * Tau * fract * Dl * diam**2 * tpose)
magn = -2.5 * log10(x1 * x2)
print()
print('--> Magnitude limite   = {:4.1f}'.format(magn))
print()
 

 

Edited April 4, 2021 by Bruno-

[Pascal C03 4228]

il y a 4 minutes, fljb67 a dit :

- Pour guider ou imager ?

 

Cette lunette, ou une autre, servira de chercheur puis de guide pour un 308mm en mode f/d 5 ou 10 ou 30 en poses courtes...

 

Quand les étoiles dans le champ de la lunette-chercheur sont très peu nombreuses, il est nécessaire d'aller chercher des étoiles de plus en plus faibles afin de recentrer de manière fine pour le télescope imageur. Je suis aussi dans le cas où la cible est trop faible pour la lunette chercheur et à peine visible dans le télescope imageur.

[JML 1151]

Oh moi les calculs....

Alors, avec une lunette 120ed, une asi 290mm, 1/10° sec de pose en binning 2x je vois des étoiles de mg 12 sur mon écran.

En 2 sec tu as trois bonne mg en plus.

Jean Marc

 

[fljb67 6454]

il y a une heure, Pascal C03 a dit :

Cette lunette, ou une autre, servira de chercheur puis de guide ...

 

Ok, donc à priori ( à moins que je ne me trompe ) : pointage "à l'ancienne" ( idem pour ma part ).

 

 

Il y a 2 heures, Pascal C03 a dit :

amateur d'objets faibles

 

Par curiosité : Quoi comme ? 

[Pascal C03 4228]

il y a 3 minutes, fljb67 a dit :

pointage "à l'ancienne"

 

Non, avec un goto performant mais pour certaines cibles, c'est tout sauf évident...

Par exemple, Trouver le parachute d'Andromède n'est pas non plus chose aisée.

 

J'envisage de faire de l'archéo astronomie. Retrouver des objets décrits dans mon Danjon comme :

Qu'est la novæ de Persée de 1901devenue...

 

[Pascal C03 4228]

Il y a 2 heures, Bruno- a dit :

Il y a quelques années, j'avais écrit un petit programme en Python

 

Avec les bonnes formules, on doit pouvoir retranscrire ça sur Excel ?

[Volcryn 581]

Il y a 6 heures, Pascal C03 a dit :

Avec les bonnes formules, on doit pouvoir retranscrire ça sur Excel ?

Mag_ccd.xlsx

 

C'est fait  avec le code python donné par Bruno-

Edited April 4, 2021 by Volcryn

[Volcryn 581]

En parlant de Python, il existe des compilateurs en ligne sur le net.

Celui ci marche très bien :

https://www.codabrainy.com/en/python-compiler/

Il suffit ensuite de copier le code fournit par Bruno, et de le coller dans la fenêtre main.py (supprimer avant le code exemple)

J'ai juste fait une modif en supprimant les lignes suivantes (exécution en mode console) :

if len(argv) <= 5 :
    print('Erreur : argument(s) manquant(s)')
    print('Syntaxe : ')
    print('> mccd D(mm) F(mm) pix(µm) Nb_poses Tps_pose_unit(s)')
    exit(1)

et en modifiant celles-ci avec les valeurs pour ton setup :

argv1 = 102
argv2 = 460
argv3 = 5.86
argv4 = 1
argv5 = 2

et de faire RUN. Dans la fenêtre de droite tu as alors :

Échantillonnage = 2.63"

Tps de pose total = 0h00m02s

σ bruit fond ciel = 4.52

σ bruit thermique = 0.45

σ bruit de lecture = 10.00

σ bruit total img = 10.98

Fraction ét./pixel = 0.434

--> Magnitude limite = 14.6

 

Valeurs identiques à celles fournies par le fichier Excel

 

Edited April 5, 2021 by Volcryn

[Pascal C03 4228]

Merci...

Je n'arrive plus à interpréter le résultat de @jean dijon à l'aune du tableur...

 

 

300 pose de 1 s avec un tube de 308mm à f/d 10

[Volcryn 581]

Les tableurs, les formules tout ça c'est de la théorie.

En plus cela dépend à quelle distance zénithale on pointe.

D'autres facteurs vont aussi influencer sur la magnitude limite.

Le mieux c'est encore d'expérimenter soit même et voir la magnitude atteinte 

 

[jean dijon 1776]

il y a une heure, Pascal C03 a dit :

Je n'arrive plus à interpréter le résultat de @jean dijon à l'aune du tableur...

 

Bonjour pascal,

qu'est ce que tu ne comprends pas?

ton morceau de tableur excel n'est pas en concordance avec les courbes que tu donnes 

si tu met les infos pour ta lunette et ta camera CCD (174MM) dans le tableur que je t'ai envoyé (cf ci joint)

maglimite_CCD_ pascal.xls

 

cela donne cela pour 2s de pause (T310 versus  L102)

 

 

La lunette est plus performante que le T310 en détectivité car avec la lunette et sa focale tout le flux rentre dans un seul pixel ce qui n'est pas du tout le cas avec les 9m de focale du 310mm (plus la turbulence ici prise à 2'' d'arc )

Le calcul est sans doute un peu optimiste pour la lunette car avec l'agitation le flux est sans doute sur plus d'un pixel mais tu dois détecter des étoiles de magnitude >16 avec ta lunette en 2s ce qui correspond à peu prés à ce que dit JML 

A toi de faire la manip et voir ce que tu obtiens réellement 

 

C'est bien plus difficile d'imager avec un gros télescope qu'avec une petite lunette par contre la résolution spatiale dans les 2 cas n'a rien à voir

 

 

Il y a 1 heure, Volcryn a dit :

Les tableurs, les formules tout ça c'est de la théorie.

En plus cela dépend à quelle distance zénithale on pointe.

D'autres facteurs vont aussi influencer sur la magnitude limite.

Le mieux c'est encore d'expérimenter soit même et voir la magnitude atteinte 

 

La théorie n'est pas fausse, c'est un guide, les modèles ne donnent pas plus que ce qu'il y a dedans

L’expérimentation n'est pas à opposer à la théorie les deux sont complémentaires.

 

 

jean

 

[Pascal C03 4228]

il y a une heure, jean dijon a dit :

qu'est ce que tu ne comprends pas?

 

Je ne sais pas à quel niveau de rapport signal/bruit je dois me référer pour me dire que je vais voir distinctement une étoile à l'écran...

Est-ce qu'un rapport de 2 suffit ? ou 5 ?

Est-ce que la valeur choisie du gain n'est pas un facteur important à prendre en compte dans le tableur Excel ?

Je comprends bien que les étoiles les plus faibles restent noyées dans le fond d'écran ou fond de ciel  mais à quel seuil de rapport s/b je vais le percevoir pour recaler la monture et à quel seuil une étoile pourra être choisie comme étoile guide ? (pour l'étoile guide, je n'ai aucun souci : avec la taille du capteur, j'aurais toujours une étoile à attraper.)

 

merci

 

 

[jean dijon 1776]

il y a 54 minutes, Pascal C03 a dit :

Je ne sais pas à quel niveau de rapport signal/bruit je dois me référer pour me dire que je vais voir distinctement une étoile à l'écran...

Est-ce qu'un rapport de 2 suffit ? ou 5 ?

en théorie on commence à voir quelque chose avec un rapport S/B=3 pour guider il faut plus mais tu as de la marge

Le gain change le niveau de saturation du capteur et le bruit de lecture si tu met le bruit de lecture pour un gain donné cela traduit la réponse du capteur 

Apres le bruit du fond de ciel joue aussi, à mon avis tu n'auras pas de pb pour guider (sauf la focale de la lunette qui risque d’être trop courte suivant la configuration que tu utilises )

 

jean