Albedo, photométrie et spectroscopie sur Uranus - à l'Alpy600

[Christophe Pellier 8 854]

Salut au forum spectro,

En début de semaine j'ai pu trouver un bon créneau pour continuer le suivi de long-terme de la planète Uranus en spectrophoto. J'utilise à présent l'Alpy 600 et sa fente photométrique, ainsi que la méthode complète décrite par Christian Buil sur son site web, comme pour Jupiter l'été dernier.

J'ai changé deux trois trucs dans la procédure d'acquisition et de traitement, en particulier, je me suis servi d'un master flat (division du flat initial par son propre gradient de luminosité), ce qui a permis d'éviter les courbes de réponse instrumentale à pentes brusques auxquelles j'avais à faire jusqu'à présent. Un filtre d'ordre 685 est utilisé pour enregistrer la partie infrarouge. L'Alpy n'est pas très bon dans cette longueur d'onde mais la qualité semble suffisante, et mon spectre atteint pratiquement 8900A, qui me permet d'englober la bande Cousins Ic que j'avais peur de perdre par rapport au SA100...

La planète semble avoir gagné en luminosité, l'albédo en bande V est de 0,53 (les ref tournent autour de 0,5). Ca peut sembler surprenant mais ça semble cohérent. C'est dans cette bande que j'ai le maximum de précision (mes points zéro sont sur le graphique 2), et la valeur de mag apparente trouvée est à seulement 3 centièmes de magnitude de celle annoncée par le JPL. (5,65 contre 5,68)... si c'est correct, ça doit être en lien avec la région polaire brillante qui occupe de plus en plus de place sur le disque apparent, et qui de plus gagne peut-être en réflectivité intrinsèque ?).

Les résultats en R et I sont conformes à ceux que je trouvais avec le Star Analyzer il y a 2 ans, ça valide donc ces valeurs qui sont au-dessus de celles trouvées il y a quelques années avec des photomètres (ainsi que l'utilisation de ce réseau sans prétention pour des travaux assez sympas...)

L'Alpy donne accès à une bande U partielle, même si la précision n'est pas excellente, je tombe sur des valeurs de photométrie et d'albedo conformes aux références (mag = 6,55/6.6 et albedo 0,52).

 

 

Modifié 14 novembre 2021 par Christophe Pellier

[Christophe BF 173]

@Christophe Pellier c'est intéressant à lire même si j'avoue ne pas avoir tout compris :-)

Deux petites questions pour essayer de mieux comprendre , comment se calcule l'albédo à partir d'un spectre ? C'est un calcul "intégral" du continuum du spectre sur une plage de longueur d'onde ?  Et la valeur, par exemple : 0,53, que représente-elle ? par exemple : 53% de la lumière réfléchie ? ou autres choses ?

Merci par avance (et désolé si mes questions n'ont pas de sens)

 

 

 

 

 

 

[Christophe Pellier 8 854]

Merci Christophe !

il y a 6 minutes, Christophe BF a dit :

Deux petites questions pour essayer de mieux comprendre , comment se calcule l'albédo à partir d'un spectre ? C'est un calcul "intégral" du continuum du spectre sur une plage de longueur d'onde ?  Et la valeur, par exemple : 0,53, que représente-elle ? par exemple : 53% de la lumière réfléchie ? ou autres choses ?

Alors sur la notion d'albédo, c'est exactement ça : c'est la proportion de lumière solaire reçue et réfléchie par la planète. 

Pour l'albédo à partir d'un spectre, c'est compliqué, mais en gros, ça implique de faire trois choses:

1) La soustraction du profil solaire. Pour ça il faut observer une étoile similaire au Soleil à proximité, et ça donne le profil d'albédo (= spectre de couleur planétaire comme ci-dessus / spectre de l'étoile solaire)

2) L'opération se fait en recalculant la luminosité de l'étoile de référence comme si elle avait la même que celle du Soleil (pour ça on part de sa magnitude apparente et on fait la différence)

3) Ensuite on multiplie le spectre obtenu par un coefficient qui prend en compte la distance d'Uranus au Soleil, à la Terre, et la taille apparente de la planète.

En photométrie c'est un peu différent, il faut d'abord partir des magnitudes absolues (comme si Uranus était à 1 unité astronomique du Soleil, et 1 AU de la Terre), et on fait le ratio entre la luminosité recalculée, et celle qu'aurait un disque théorique de même taille parfaitement réfléchissant.

[Christophe BF 173]

Merci @Christophe Pellier. Je comprends un peu plus ; même si cela demande néanmoins des connaissances de bases que je ne dois pas avoir.

Mais c'est le genre de manip qui attise la curiosité et pousse à aller plus loin.

[Christophe Pellier 8 854]

il y a 2 minutes, Christophe BF a dit :

même si cela demande néanmoins des connaissances de bases que je ne dois pas avoir.

Je ne les avais pas non plus il y a 3 ans  mais ça m'a demandé un boulot dingue, je ne connaissais strictement rien à la spectro quand j'ai décidé de m'y mettre  

C'est fou le nombre de trucs qu'on apprend et qu'on comprend avec la spectro ceci dit. Et ça m'a filé plein d'idées à titre strictement pédagogique, aussi. 

[OlivierG 782]

Le 14/11/2021 à 18:37, Christophe Pellier a dit :

1) La soustraction du profil solaire. Pour ça il faut observer une étoile similaire au Soleil à proximité, et ça donne le profil d'albédo (= spectre de couleur planétaire comme ci-dessus / spectre de l'étoile solaire)

Je pense qu'il faudrait utiliser la lumière solaire plutôt qu'un spectre d'une étoile de même classe spectrale que le Soleil pour effectuer la soustraction du spectre avec celui d'Uranus.

Car en prenant la lumière Solaire (donc en faisant un spectre de jour en pointant le télescope sur le ciel sans viser le Soleil et à la même hauteur que la cible), on obtiendra un spectre à soustraire bien plus précis car on tiendra compte alors :

- Du spectre vrais du Soleil (certe une étoile G2V pourrait convenir mais une G2V n'est pas exactement similaire au Soleil)

- De la masse d'air atmosphérique qui modifie le spectre d'absorbance de la Planète

- De l'extinction interstellaire (que l'on a avec une étoile G2V quelconque mais pas avec le Soleil qui n'est qu'à 8 minutes lumière de la Terre)

 

[Christophe Pellier 8 854]

Salut Olivier,

Figures-toi que j'avais déjà envisagé cette solution, mais....

Il y a 1 heure, OlivierG a dit :

- Du spectre vrais du Soleil (certe une étoile G2V pourrait convenir mais une G2V n'est pas exactement similaire au Soleil)

Ben en fait, non. Quand tu observes le ciel bleu, le spectre que tu obtiens c'est... celui du ciel bleu. C'est à dire certes celui du Soleil (avec les raies terrestres en plus), mais le continuum de base n'a plus grand chose à voir (sinon le Soleil serait bleu aussi !):

 

Donc déjà, on n'aura pas le bon profil;

Surtout, le calcul de l'albédo impose de faire un calcul de différence entre la magnitude apparente de la référence, et la magnitude absolue du Soleil. Il faudrait donc parvenir à calculer la magnitude apparente du bout de ciel que j'observe avec ma fente. Je ne vois pas comment faire ça.... 

Tu te doutes bien que je n'ai rien inventé tout seul, je suis la méthode exposée par Erich Karkoschka dans son article de référence sur le sujet (Spectrophotometry of the Jovian planets and Titan at 300 to 1000 nm wavelengths, paru dans Icarus en 1994), où il est écrit:

 

Il faut donc observer une étoile solaire à même masse d'air (où corriger le calcul pour que ce soit le cas), et la mettre en rapport avec celui d'Uranus, en ADU ("data number"). La formule est ensuite:

 

 

Donc à moins qu'il existe des méthodes plus modernes, mais dans ce cas je n'en ai jamais vu la trace ?

Evidemment, ça suppose de prendre un certain soin quant au choix de l'étoile de référence, du coup. Il faut garder à l'esprit que la précision de ce type de travail reste moyenne en terme de photométrie, et qu'on s'accommode bien d'une légère différence de profil stellaire, ainsi que d'une marge d'erreur de quelques centièmes de magnitude. 

L'étoile de référence choisie ici (29 Ari) est moins proche du Soleil que celle que j'ai utilisée en 2019 (HD 9986). C'est une étoile multiple de type F8V avec un compagnon G5V. J'ai vérifié que le profil obtenu de l'albédo d'Uranus était bien celui attendu, en sachant que j'ai appliqué un coefficient de correction au spectre initial de façon à ce qu'il colle à celui d'une G2V. Le résultat correspond très bien à celui de Karkoschka, qui date du milieu des années 90, en sachant qu'à ce moment là l'aspect de la planète était symétrique tant en terme de saison que d'aspect des détails (en rouge mon résultat, en bleu celui de EK):

 

Il y a une petite différence de continuum qui persiste, en effet.

 

Il y a 1 heure, OlivierG a dit :

- De l'extinction interstellaire (que l'on a avec une étoile G2V quelconque mais pas avec le Soleil qui n'est qu'à 8 minutes lumière de la Terre)

 

Oui. Là encore, je fais attention. 29 Ari est à moins de 100 années lumière. Je pars du principe (mais toujours avec des étapes de vérification) que l'extinction n'est pas significative à distance aussi courte - toujours en considérant la marge d'erreur correspondant au projet. Mais j'ai eu une surprise de ce point de vue. J'ai observé une quatrième étoile en fait, HD17414, qui est indiquée comme étant de type K0. Après quelques résultats de calculs complètement discordants, je me suis rendu compte que le spectre observé était plutôt de type K4 voire K5. Donc à moins que les données catalogue soient erronées, je pense que pour le coup il s'agit d'un vrai exemple de rougissement, cette étoile étant située à plus de 1200 al.

[OlivierG 782]

Ok mais à quel moment dans ta manip tu tient compte de l'atmosphère terrestre lorsque tu fait le spectre d'Uranus ? Faut bien corriger ces effets surtout pour la partie bleue du spectre.

Dans ce cas il faudrait que tu fasses une réponse "générique" avec une étoile de type A ou B à la même hauteur qu'Uranus puis vérifier si ta réponse est bonne en comparant le spectre obtenu de cette étoile avec celle d'une database Pickel ou miles comme sur l'exemple suivant

 

Les 2 courbes doivent parfaitement se recouvrir.

 

Après tu appliques cette réponse sur Uranus et là ok tu peut soustraire une étoile de type Solaire avec Uranus de manière à obtenir son spectre de reflectance. (le spectre de l'étoile Solaire doit aussi être corrigée de la RI précédemment calculée).

 

 

[Christophe Pellier 8 854]

il y a une heure, OlivierG a dit :

Ok mais à quel moment dans ta manip tu tient compte de l'atmosphère terrestre lorsque tu fait le spectre d'Uranus ? Faut bien corriger ces effets surtout pour la partie bleue du spectre.

Oui,

Alors dans le cadre de cette manip, la correction se fait de deux façons différentes:

il y a une heure, OlivierG a dit :

Après tu appliques cette réponse sur Uranus et là ok tu peut soustraire une étoile de type Solaire avec Uranus de manière à obtenir son spectre de reflectance. (le spectre de l'étoile Solaire doit aussi être corrigée de la RI précédemment calculée).

 

1) Pour le spectre d'albedo, il n'y a pas besoin de corriger la RI, à partir du moment où l'étoile solaire est à la même masse d'air qu'Uranus (c'est le cas ici, les deux sont juste à côté). Dans ce cas, la division directe des deux spectres non corrigés (Uranus/étoile solaire) élimine automatiquement à la fois la réponse instrumentale et atmosphérique, dont les raies terrestres O2 et H2O. L'opération est du coup très précise car tu évites pas mal de calculs intermédiaires, toujours sources potentielles d'imprécisions... 

Ca m'est arrivé de procéder en passant par la RI, faute d'avoir une étoile solaire sous la main. Dans ce cas on peut faire la division par le Pickles G2V. Mais malheureusement ça n'élimine plus les raies terrestres (c'est ce que j'ai du faire pour Jupiter en août).

 

2) Pour le calcul des magnitudes (et des albedo par bande), là par contre il faut procéder comme tu dis. Faute de disposer des spectres réels des étoiles de ref choisies (j'essaye toujours d'en prendre plusieurs), je corrige avec les spectres Pickles, en vérifiant que les différentes réponses concordent entre elles, vu qu'on n'est jamais sûr que le spectre d'une étoile en particulier soit bien conforme au spectre théorique. C'était le cas ici de 3 d'entre elles, j'ai fait la moyenne, c'est plus sûr. C'est aussi comme ça que je me suis aperçu qu'il y avait un pbl avec la quatrième étoile (non retenue du coup).

C'est ça qui donne le spectre "de couleur", dont le profil est différent de celui d'albedo, on a toujours le profil du Soleil, ainsi que les raies terrestres. 

Modifié 17 novembre 2021 par Christophe Pellier