Choix lunette vs télescope en spectrographie

[cbuil 3 459]

Star’Ex, et tous les spectrographes, peuvent êtres utilisés avec des télescopes à miroirs ou avec des lunettes.
Mais qu’est-ce qui est le mieux ?

Un élément de la réponse sur cette courte vidéo :

https://youtu.be/PRAjo_55Hes

Bon visionnage,

Christian B

[artemis 2 939]

Merci Christian pour cette synthèse toujours instructive !

 

Je me demande si je ne vais pas recycler mon vieux 115x900 pour la spectro finalement !

 

Xavier

[cbuil 3 459]

Xavier, cela fait fort longtemps que je songe au 115x900, surement le télescope idéal pour la spectro ! Faut cependant retravailler le porte-oculaire, c'est ca qui me fait reculer. En même temps, je trouve que c'est spectaculaire, et frappant, de pouvoir faire le spectre d'une nova avec un 115. C'est le genre de manip que j'adore et qui peut se révéler être un déclic  chez certains.

 

Christian

 

[lyl 4 484]

Un réfracteur 100ED de Skywatcher n'est vraiment pas une bonne idée pour cet exercice. Effectivement, le newton là c'est le top pour attraper les 900mm de focale et avoir du flux.

[artemis 2 939]

Il y a 2 heures, cbuil a dit :

C'est le genre de manip que j'adore et qui peut se révéler être un déclic  chez certains.

Et bien Christian, je vais regarder l'état des miroirs aujourd'hui et tracer un peu le chemin optique pour voir si je peux gérer le backfocus pour le rendre compatible avec StarEx, j'ai un PO Moonlight au chômage... Une petite interface 3D en PETG carbone pourrait le faire...

 

De toute façon... Ciel bouché encore toute la semaine prochaine en Touraine... il faut s'occuper !!

 

à suivre

 

Xavier

[christian viladrich 7 672]

Très intéressant comme méthode !

Je me demandais si cela pouvait également s'appliquer pour l'exploration des performances des Barlow dans le proche UV ?

Est-ce que par exemple, Sol'Ex fonctionnerait correctement pour cela avec un télescope f/10 (Mewlon 250) + Barlow 2x ?

J'imagine qu'à minima il faudrait le réseau de 300 traits/mm ?

[AlSvartr 2 952]

Merci Christian pour cette vidéo

Il y a un point qui me taraude concernant l'Acuter (très sympa ce petit instrument en effet!) et de manière générale l'utilisation de petits diamètres (et donc focales raisonnables) pour la haute résolution spectrale. Ces instruments, avec leur petite focale, permettent l'utilisation d'une fente plus petite, ça c'est bien clair. Ce que je ne comprend pas c'est l'"opposition" (terme exagéré) faite aux plus gros instruments: faisons une petite comparaison:

 

Cas 1:un seeing de 3 secondes d'arc donne au foyer d'une lunette de 500mm de focale (type FSQ...)  un étalement de l'image d'une étoile de l'ordre de 7 microns. On comprend bien qu'une fente de ~10 micron est idéale dans ce cas-là. Si le guidage est absolument parfait on peut presque considérer qu'il s'agit d'une acquisition en mode spectro sans fente, mais cela implique un autoguidage parfait etc...

 

Cas 2: le même seeing au foyer d'un 300 à f5 donne un étalement de ~22 microns. En admettant un positionnement correct de la fente sur le centroïde de la cible (étoile), une fente de 10 microns ne permettra qu' à ~50% du flux de pénétrer dans le spectro, peut-être un peu moins suivant le tip-tilt de la turbulence.

 

Cas 3: encore le même seeing avec un RC de 300 f/8, on passe à un étalement de 33 microns au foyer, ce qui réduit le flux rentrant à ~25% dans la fente de 10 microns.

 

Pour les cas 2 et 3 il reste magré tout ~4.5x et ~2.2x plus de flux rentrant dans le spectro derrière le 300 que derrière la lunette de 100, et avec la même résolution spectrale.

Là ou l'utilisation d'un petit instrument prend tout son sens pour la HR, j'ai du mal à voir pourquoi la HR avec la même fente serait plus difficile avec un plus gros instrument (sans aller dans les extrêmes). Y a -t-il une raison qui m'échappe?

 

Merci,

 

Simon

[cbuil 3 459]

Simon,

 

Discussion intéressante !

 

Je ne dit pas qu'un gros télescope ne va pas produire plus de signal dans le spectre qu'un petit. Il est clair que le gros télescope à un avantage. Mais lequel au juste ? 

 

Ma vision est un peu différente de la tienne, et voici pourquoi.

 

D'abord pour le calcul du flux passant par la fente, je suis assez d'accord avec tes valeurs. Si T est la transmission de la fente, le calcul assez exact en supposant que l'image de l'étoile est une fonction de Gauss est :

 

T = erf(0.8326 x W / A) 

avec W la largeur de la fente, A, la largeur du disque de seeing (FWHM) et erf, une fonction mathématique appelée "fonction d'erreur".

 

Mes valeurs avec cette formule sont :

 

Cas 1 : T=0,907

Cas 2 : T=0.407

Cas 3 = T=0.279

 

Donc on est en phase en gros.

 

Si on considère la surface collectrice, on trouve un signal dans le spectre :

 

Cas 1 : 1.0

Cas 2 : 4.5

Cas 3 : 2.8

 

C'est très voisin de ton calcul. Mais c'est plus compliqué. Un spectrographe comme Star'Ex vignette un peu en interne à f/5 et pour être assez objectif, et simplifier,  il est préférable de choisir un F/D du télescope homogène. Par exemple Cas 1bis : une lunette de 100 mm ouverte à f/8 et Cas 2bis : un télescope de 300 mm ouvert à f/8.

 

Dans cette situation :

 

Cas 1bis: T=0.830

Cas 2bis: T=0.279

 

Et pour le rendement en signal :

 

Cas 1bis : 1.0

Cas 2bis : 3.0

 

Donc c'est clair, on a 3 fois plus de signal avec un télescope de 300 mm qu'avec une lunette de 100 mm. Ce n'est pas anormal.

 

Mais c'est là que mon analyse diverge. 

 

1)  En fait le télescope 300 millimètre travaille comme un télescope dont le diamètre équivalent est de 170 mm (300 mm / racine(3) = 170 mm). Quant on connait le coût d'un 300 mm et tout ce qui va autour, et quel effort pour arriver finalement au prix d'un 170 mm !  Par sur le produit coût x signal soit si favorable que cela, par rapport à la lunette de 100 mm. C'est pour moi le point crucial : au moins pour débuter, je recommande d'utiliser un petit diamètre, plus aisé à exploiter, avec un rapport qualité prix comparatif global pas si mauvais.

 

2) la chose est plus subtile si on considère qu'en fait ce n'est pas la quantité de flux qui arrive sur le détecteur qui compte, mais le rapport signal sur bruit dans le spectre enregistré. C'est cela qui détermine la détectabilité des objets. Hors, le S/B est (très grossièrement) proportionnel à la racine carré du signal. Et dans ce cas la vrai comparaison est :

 

Cas 1bis : racine(1) = 1.00

Cas 2bis : racine (3) = 1,73

 

En terme de détection cette fois, notre télescope de 300 mm fonctionne comme un télescope équivalent de 130 mm de diamètre (100 x racine(1.73)) en comparaison de la lunette de 100 mm.

 

3) La trace du spectre dans l'image est 3 fois plus large dans le cas du télescope de 300 mm par rapport à la lunette de 100 mm (focale 2400 mm / focale 800 mm = 3). Ici  encore, cela occasionne une perte de rapport signal sur bruit de disons racine(3) = 1.73. Et là, c'est la grosse surprise : un télescope de 300 mm ne fait pas mieux qu'une lunette de 100 mm.

 

4) on pourrait encore ajouter au tableau d'une lunette transmet mieux la lumière qu'un télescope, mais c'est un détail.

 

5) si on fait le calcul avec un seeing, de 3,5 à 4 secondes d'arc, en fait souvent plus réalise par expérience, ca fait encore plus mal pour le télescope de 300 mm

 

Cette étrangeté vient du fait que l'on utilise la même largeur de fente pour le 100 mm et le 300 mm (ici 10 microns). Il aurait fallut accepter d'élargir la fente d'un facteur 3 lorsqu'on utilise le télescope de 300 mm pour retrouver toute la puissance de ce dernier, et c'est là que ça devient douloureux : on  abaisse le pouvoir de résolution spectral d'un facteur 3 avec le 300 mm. Pas de miracles.

 

Pour que tout redeviennent dans l'ordre (flux et résolution), il est assez facile de voir qu'il faut que la taille du spectrographe augmente d'un facteur 3 ! Et ce n'est plus le même prix (un super Sol'Ex ici). Le cout est multiplier par 3 ou 4 au moins (et encore car on utilise ici l'impression 3D).

 

Il y a des éléments supplémentaires dans ce PDF (voir en particulier les planches de justification du calcul) : http://www.astrosurf.com/buil/specinti/Bien_debuter_avec_StarEx.pdf

 

et je recommande à toute personne intéressée de (re)visonner l'atelier zoom de la semaine dernière (10 conseils...), dont le lien se trouve en bas de la page : http://www.astrosurf.com/solex/sol-ex-etoiles.html

 

En fait en spectro, et c'est déstabilisant je l'admet : vive les petits télescopes (ce qui ne veux pas dire qu'un gros télescope ne sera pas efficace, bien au contraire, il fera mieux,  mais il faut alors adapter le spectrographe, dont la taille est automatiquement proportionnelle au diamètre du miroir primaire). C'est ce qui rend la spectrographie intéressante chez les amateurs (en caricaturant à peine, il n'est pas banal de faire aussi bien qu'un VLT sur des cibles brillantes).

 

Tu es d'accord avec cette analyse Simon, et convaincu par le fait que je milite plutôt petit instrument de prise de vue à spectrographe identique ?

 

Christian

Modifié 31 janvier 2022 par cbuil

[AlSvartr 2 952]

Bonjour Christian,

 

Merci d'avoir pris le temps de me répondre avec tant de détail

 

Je met mes réponses ci-dessous, intercalées avec les tiennes:

 

 

Il y a 16 heures, cbuil a dit :

T = erf(0.8326 x W / A) 

 

J'ai tenté de retrouver le pourquoi du 0.8326 (mais sans y parvenir), j'imagine que cela vient du fait que ta fonction erf est appliquée sur une gaussienne 2D et non 1D (l'erf modélisant l'effet de la largeur de la fente intégrée ensuite sur la hauteur de l'étoile)? Enfin ce n'est pas critique ici, mais si tu as la référence qui détaille la manière dont est calculée le facteur 0.8326 je suis intéressé (pour W/A c'est juste le facteur de renormalisation pour obtenir une distribution normale si je comprend bien).

 

EDIT: J'ai tenté de refaire ces calculs, je suis un peu rouillé FInalement que l'on soit sur une gaussienne à deux variables indépendantes ne change pas grand chose, je retombe sur une fonction erf simple, sauf qu'à la place de 0.8326 je trouve plutôt 1/sqrt(2): si le seeing défini bien la FWHM comme étant ~2 écarts types de la répartition de la lumière dans la  tache du seeing, alors si la fente a comme largeur la FWHM (W/A=1) je tombe bien sur erf(1/sqrt(2))=0.683.

 

EDIT2: j’ai trouvé d’où vient le 0.8326!! J’avais fait l’approximation que la FWHM=2 écarts types, or ce n’est pas le cas, c’est ~2.355, or 2.355/sqrt(2)/2=0.8326  

.

Il y a 16 heures, cbuil a dit :

Et pour le rendement en signal :

 

Cas 1bis : 1.0

Cas 2bis : 3.0

 

Si par rendement signal on entend le rapport ~(D/d)^2*T/t avec D=300, d=100, T la transmission du 300 et t celle de la L100 alors jusque là je te suis.

 

 

Il y a 16 heures, cbuil a dit :

Mais c'est là que mon analyse diverge. 

 

1)  En fait le télescope 300 millimètre travaille comme un télescope dont le diamètre équivalent est de 170 mm (300 mm / racine(3) = 170 mm). Quant on connait le coût d'un 300 mm et tout ce qui va autour, et quel effort pour arriver finalement au prix d'un 170 mm !  Par sur le produit coût x signal soit si favorable que cela, par rapport à la lunette de 100 mm. C'est pour moi le point crucial : au moins pour débuter, je recommande d'utiliser un petit diamètre, plus aisé à exploiter, avec un rapport qualité prix comparatif global pas si mauvais.

 

Là il y a quelque chose qui m'échappe, pourquoi dis-tu que le 300 travaille en D/sqrt(3)? Mais la suite du texte explique peut-être cela.

 

Il y a 16 heures, cbuil a dit :

2) la chose est plus subtile si on considère qu'en fait ce n'est pas la quantité de flux qui arrive sur le détecteur qui compte, mais le rapport signal sur bruit dans le spectre enregistré. C'est cela qui détermine la détectabilité des objets. Hors, le S/B est (très grossièrement) proportionnel à la racine carré du signal. Et dans ce cas la vrai comparaison est :

 

Cas 1bis : racine(1) = 1.00

Cas 2bis : racine (3) = 1,73

 

En terme de détection cette fois, notre télescope de 300 mm fonctionne comme un télescope équivalent de 130 mm de diamètre (100 x racine(1.73)) en comparaison de la lunette de 100 mm.

 

En effet j'avais oublié le S/sqrt(B). Ceci dit, le diamètre "équivalent" est donc plutôt 100 x racine(3) donc 173 mm n'est-ce-pas?

 

Il y a 16 heures, cbuil a dit :

3) La trace du spectre dans l'image est 3 fois plus large dans le cas du télescope de 300 mm par rapport à la lunette de 100 mm (focale 2400 mm / focale 800 mm = 3). Ici  encore, cela occasionne une perte de rapport signal sur bruit de disons racine(3) = 1.73. Et là, c'est la grosse surprise : un télescope de 300 mm ne fait pas mieux qu'une lunette de 100 mm.

 

J'avais loupé ce détail oui (qui m'est revenu en tête hier soir lorsque je regardais l'étalement du spectre de l'Alpy sur le 400f5 ). Et ok pour le facteur de perte de S/sqrt(B)!

 

Donc si je devais résumer le tout en terme de rapport à la L100, le facteur déterminant l'avantage (ou non) du 300 à f/8 est donc grosso-modo

 

R=sqrt((D/d)^2*T/t*f/F)

 

ce qui en effet n'est pas si loin de 1 (environ 1.2 pour le cas présent).

 

 

Il y a 16 heures, cbuil a dit :

Tu es d'accord avec cette analyse Simon, et convaincu par le fait que je milite plutôt petit instrument de prise de vue à spectrographe identique ?

 

Oui c'est très logique si l'on prend tout les facteurs en compte (ce que je n'avais pas fait) !

 

Mais alors... quid des magnitudes données ici: http://www.astrosurf.com/buil/alpy600/performances.htm ? Si je regarde la différence de ~1.7 magnitude entre par exemple la FSQ106 et le C11@f6.3, cela nous donne un facteur nettement supérieur, de l'ordre de 5, pour une S/sqrt(B) de 10. Comment l'expliquer?

 

EDIT: Bon là je pense que j'ai également trouvé, c'est la fente de 23um au lieu de 10um qui fait la différence.

 

Merci!!

 

Simon

 

 

 

En corollaire: si je veux garder une résolution supérieure à ~500 et la possibilité de prendre des spectres de cibles faibles au 400 en faisant mieux qu'avec ma lunette de 130 , il me faut vraiment passer de l'Alpy au LISA (fente de 35 um)....

 

Modifié 31 janvier 2022 par AlSvartr

[AlSvartr 2 952]

Pour la discussion diamètre vs F/D vs fente + seeing j'ai créé un nouveau fil pour ne pas polluer celui-ci qui concerne plus directement le choix lunette vs télescope:

 

[cbuil 3 459]

Bon échange Simon, et très fort d'avoir retrouver la définition du coefficient 0,8326 (qui est aussi égal à racine(ln(2))   ) !

 

Christian

 

[Adamckiewicz 5 680]

Faut épingler ce post d’utilité publique