Astronomie amateur et mesures physiques

[Dryn 0]

Bonjour,

Je suis en classe prépa PC (physique-chimie) et parmi les épreuves orales des concours de fin 2012, il y a le TIPE (travail d'initiative personnelle encadré), une sorte d'exposé scientifique sur un sujet de notre choix en rapport avec le thème. Pour 2011/2012 le thème est "prévision". Il faut que je prépare un exposé dans lequel je réalise des mesures expérimentales que je confronterai à un modèle théorique que je devrait aussi étudier.
J'en ai parlé avec mon prof de physique et il m'a dit que je pouvais tout à fait réaliser des mesures moi-même au télescope et les proposer comme résultats expérimentaux. Par contre, il faut que je trouve un sujet qui utilise un modèle théorique plus compliqué que la géométrie des vieux grecs sinon ce n'est pas valorisant...

Avez-vous une idée de mesures réalisables en tant qu'amateur ?

J'ai appris qu'on pouvait faire de la spectrographie avec du matériel d'amateur. Je pense que ça pourrait être intéressant. On m'a proposé de faire mon TIPE sur la vérification de la loi de Hubble ou sur des mesures des distances des galaxies en utilisant le décalage vers le rouge. Qu'en pensez vous ? C'est faisable à notre niveau ?

(j'ai un Newton 254/1200 sur une EQ6)

Clément.

[Strock Pierre 228]

Le décalage vers le rouge, les spectres d'étoiles... voir avec Spectroman (je sais plus s'il est sur Astrosurf. Peut-être Webastro)

Sinon la mesure de la vitesse de la lumière avec les éclipses des satellites de Jupiter. Ca ne nécessite qu'un télescope, un bon chronomètre-horloge (un GPS doit être parfait) et que Jupiter soit visible assez longtemps avant de rendre le TPE (ce point est à voir avec les éphémérides que je n'ai pas sous la mains ici...). On peut rattacher le sujet à la mesure de la longitude qui a été le sujet quasi exclusif de la recherche scientifique voici quelques siècles.

Mais quelle différence y a-t-il entre mesure et prévision... n'est-ce pas plutôt 'prédication' le sujet. Ce qui ouvre plus largement sur des sujets bien plus sérieux comme l'astrologie et la météo...

[Ce message a été modifié par Strock Pierre (Édité le 05-05-2011).]

[bbdb 1]

aux manipes proposées par Pierre j'ajoute des mesures de parallaxe,
(Il y a une opposition d'Eros début 2012)
ou la mesure de l'excentricité de l'orbite terrestre.

mais tout cela est plus de la mesure que de la prédiction...

tu peux peut etre aussi travailler sur la mesure d'élément orbitaux :
3/4 mesures de position, puis avec le bon soft tu dois pouvoir calculer
les élements orbitaux et donc prédire une position dans le futur...

Bruno
http://experiencesaphelie.wordpress.com/

[Dryn 0]

Le thème de ma session de concours est "prévision" au sens de science prédictive.

Estimer par le calcul la position d'une planète ou autre à un instant donné ou calculerr la date d'un transit, et après dire : "j'ai vérifié au télescope et j'ai noté une erreur de tant", n'a pas de réel intérêt.

Normalement, je dois faire une prédiction sur la valeur d'une grandeur grâce à un modèle théorique, il faut que ce soit suffisamment compliqué pour mettre en valeur ma maitrise de la théorie (un modèle trop simple ne sera pas valorisé). Ensuite, je réalise une série de mesures pour mettre à l'épreuve le modèle et vérifier mes prédictions.
On m'a aussi dit d'éviter les sujets bateau comme la météorologie ou la prévision des éclipses, et les sujets qui ne s'éloignent pas du cadre du cours. C'est la logique du concours : il faut faire mieux que les autres.

Clément.

[thierry91 1]

salut,

tiens j'ai trouvé un petit texte sur le site de l'observatoire de paris
qui concerne précisément les TIPE:

"Le thème des TIPE retenu pour l’année 2011-2012 est : Prévision.

Ce thème s’implique de plein pied dans le domaine de l’astronomie, qui tire son origine antique des impératifs agricoles et religieux. L’astronomie était en effet nécessaire pour prévoir les saisons et construire un calendrier. De nos jours, ce domaine de prévision de l’astronomie s’est grandement étendu, puisqu’en plus d’étudier encore et toujours le mouvements relatifs de la Lune, du Soleil et de la Terre et des phénomènes qui en découlent (saisons, calendriers, temps solaire/légal, marées, éclipses...), il comporte également le calcul précis d’éphémérides, des trajectoires des autres planètes du système solaire, de comètes, d’astéroïdes, du calcul d’éclipses, d’occultations. Pour mener à bien ces calculs de mécanique céleste, il est de plus nécessaire d’utiliser un système de coordonnées et de temps précis qui puisse servir de référence.

Mais la prévision intervient également en astrophysique pour tout ce qui est évolutif ou périodique : pulsars, étoiles variables, activité des étoiles... En encore dans l’étude du Soleil et de son activité magnétique pour prévoir par exemple les éruptions ou les éjections de masse coronale. De matière générale, de nombreuses simulations (numériques ou expérimentales) sont effectuées en astrophysique, que ce soit pour prévoir ce qui serait observable avec tel instrument, pour extrapoler des observations, ou pour simuler l’évolution d’un système complexe (évolution de galaxies, environnement d’un trou noir...).

Enfin, l’instrumentation en astrophysique s’appuie également considérablement sur la prédiction des objets à observer, afin de pouvoir calibrer au mieux l’instrument, ou encore sur la prévision de différentes causes de perturbations (turbulence atmosphérique, vibrations...) afin de les compenser au mieux."

maintenant ces commentaires n'engagent que l'obs qui ne fait pas passer ce genre d'épreuve. Je ne sais pas si ca t'éclaire...

enfin une petite remarque sur ce genre d'épreuve, en général les jurys
appécient quand le candidat comprend très bien ce qu'il raconte: éviter
des trucs trop compliqués pas maitrisés. mais tes profs et les 5/2 te le
diront.

[ki3404 0]

et le suivi d'une comète ou d'un astéroïde :
prévision de sa position futur, établissement de ses paramètres orbitaux. C'est plus sympa avec une comète car les orbites sont plus variées.
Sébastien

[legalet 649]

Bonjour,

Et la mesure d'étoiles doubles ?

La manip n'est pas si compliquée. Et les résultats peuvent être comparés aux prévisions déduites de l'orbite calculée.

C'est un vaste domaine. Quelques liens, pr commencer :

http://saf.etoilesdoubles.free.fr/
http://mesuresdoubles.free.fr/
http://www.astrosurf.com/hfosaf/

Jocelyn

http://legalet.pagesperso-orange.fr/AstroLG/Bienvenue.html

[jlucolas 93]

pour la spectro amateur, tu pourrais poser tes questions sur la liste Spectro-L :
http://tech.groups.yahoo.com/group/spectro-l/

un spectre de galaxies, lointaines si on veut un décalage dû à la distance (parce que dans le groupe local il y a des rotations locales) ça va être difficile, sauf si tu as accès à un observatoire, avec spectro, et camera sensible dans le rouge.
il va falloir prendre un grand nombre de spectres, la loi de Hubble est statistique, elle a varié pas mal dans le passé à cause des mesures.

en spectro les amateurs s'intéressent plutôt aux étoiles cataclysmiques, étoiles Be, etc.

jluc

[Ce message a été modifié par jlucolas (Édité le 07-05-2011).]

[astropicsou 0]

salut!
moi je ne suis qu'en première S mais j'ai fait un TPE qui pourrait t'intéresser: la
radioastronomie solaire. J'avais construit un radiotélescope et j'avais pu mesurer
le diamètre et la température du soleil devant le jury, ils étaient ravis.
Il y a tout un tas de bouquins théoriques et calculatrice sur la radioastronomie et la
dynamique du soleil qui devraient t'être plus
utiles que mes calculs d'épicier
En tout cas si tu as besoin d'infos, n'hésite pas!
Et bon courage pour ton concours!
cordialement,

Pierre

[Bruno- 3 965]

Dryn : « On m'a proposé de faire mon TIPE sur la vérification de la loi de Hubble ou sur des mesures des distances des galaxies en utilisant le décalage vers le rouge. Qu'en pensez vous ? C'est faisable à notre niveau ? »

Houlà, ça m'a l'air compliqué... La difficulté de la mesure du décalage vers le rouge, c'est que les galaxies les plus brillantes sont proches, donc présentent un petit décalage vers le rouge, et donc nécessitent de la spectroscopie à haute résolution. Or plus la résolution est grande, moins on a de lumière (puisqu'on la disperse plus). Quant aux galaxies ayant un grand décalage vers le rouge, elles sont lointaines, donc faibles... Peut-être que l'astre le plus facile serait le quasar 3C273 ? En tout cas c'est rarement fait chez les amateurs et ça nécessite probablement du matériel coûteux (ou alors il faut être très ingénieux).

Et puis je ne vois pas trop ce que c'est sensé prévoir.

Du coup quoi choisir ? C'est pas facile... Car dans le ciel, en tout cas avec nos moyens, il n'y a pas tellement de phénomènes qui bougent, donc qu'on cherchera à prédire.

Une proposition : les supernovae extragalactiques. Tous les ans il y en a quelques-unes accessibles à l'imagerie amateur. Il faut une caméra CCD noir et blanc et un petit télescope permettant la longue pose (genre lunette 80 ED). Ce qui est important est la sensibilité (c'est pour ça que je parle de caméra CCD plutôt que d'APN). On suit sur Internet les actualités des supernovae (il y a des sites pour ça). Dès qu'il y en a une de magnitude <=15 ou 16 dans une galaxie observable, on le note et dès qu'il fait beau, on fait les images, puis on mesure la magnitude par comparaison (pas besoin de filtres B, V, R, ce sera une "magnitude CCD", ce qui est suffisant à mon avis). Le but est d'obtenir une courbe de magnitude montrant la chute de son éclat lors des semaines/mois qui suivent (ce qui va nécessiter d'aller assez loin en magnitude, par contre...)

Ensuite, je ne sais pas trop ce qu'il faut maîtriser au niveau de la théorie, mais l'idée serait de modéliser sa chute d'éclat dès qu'elle a été découverte, ça permettra une comparaison a posteriori entre le modèle et les mesures effectuées (pas forcément nombreuses, pour ne pas s'obliger à passer des nuits à faire de l'astro au lieu de préparer les concours...) Ce serait intéressant si cette modélisation a un rapport avec le cours de physique et apporte des renseignements sur l'astre. Mais c'est peut-être trop difficile ?

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Legaliet : « Et la mesure d'étoiles doubles ? »

Le problème, c'est que les étoiles n'auront pas le temps de tourner d'ici 2012, non ? Si ce n'est pas un inconvénient, ça peut être intéressant aussi au niveau du traitement d'image requis (à base de transformées de Fourier).

[legalet 649]

quote:

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Le problème, c'est que les étoiles n'auront pas le temps de tourner d'ici 2012, non ? Si ce n'est pas un inconvénient, ça peut être intéressant aussi au niveau du traitement d'image requis (à base de transformées de Fourier).

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Bien sur. Ce que je proposais, c'était plutôt de mesurer (angle de position et séparation) des couples dont on a une estimation de l'orbite (à partir de mesures précédentes) et de comparer les mesures avec la prévision théorique (dans le jargon, on dit "calculer les O-C" - O=observé, C=calculé).

Pour des couples pas trop serrés (typiquement au dessus de 1" de sép), on a pas besoin de calculer des inter-corrélations (transf. de Fourier), une simple estimation de la position relative des photocentres sur un composite obtenu après tri des images suffit. Il y a un logiciel qui fait ca très bien qui s'appelle Reduc (cf site de F. Losse, lien dans mon précédent email).

La sélection des couples peut se faire avec le logiciel doublestars.free.fr, qui permet de butiner le catalogue WDS (la référence en la matière). Il faut chercher des "orbitales" (couples dont on a une estimation de l'orbite) de grade 4 ou 5 (cad bien connues) avec des caractéristiques (magnitude, séparation, coord.) compatibles avec les moyens d'observation.

Bien entendu, il est probable que des mesures récentes aient déjà été effectuées sur les couples sélectionnées, mais rien n'empêche de les refaire.
Et puis cette manip me semble bien dans l'esprit de ce qui était demandé : observer et comparer observations et prévisions..

Jocelyn

[Ce message a été modifié par legalet (Édité le 08-05-2011).]

[ebondoux 60]

"Quant aux galaxies ayant un grand décalage vers le rouge, elles sont lointaines, donc faibles... Peut-être que l'astre le plus facile serait le quasar 3C273 ? En tout cas c'est rarement fait chez les amateurs et ça nécessite probablement du matériel coûteux (ou alors il faut être très ingénieux)."

Hello, bien vu Bruno c'est en effet accessible aux amateurs
http://astro.neutral.org/imagehtml/20050408_3c273.html

pour ceux qui veulent l'observer c'est le moment !

Erick

[jldauvergne 15 097]

C'est jouable, mais il te faudrait le bon spectro pour ça. Un LISA typiquement, si possible monté sur un T60 comme celui de Buthiers, du Pic du Midi ou de St Véran. Mais je ne sais pas où tu vas le trouver le LISA, sauf si on te donne le budget pour l'acheter Ou sauf si tu te lances dans la fabrication artisanale d'un outil équivalent, mais ce sera gourmand en temps. Mais bon si le but est de faire mieux que les autres, si tu expliques que tu as toi même fabriqué ton spectro ça ça peut ne jeter

En même temps concours est en fin d'années scolaire, ça me semble un peu court pour te lancer là dedans, ...

Un projet comme l'expérience de Römer sur les satellites de Jupiter serait plus simple effectivement, sauf que Jupiter n'est pas visible comme il faut en ce moment, il faudrait donc la faire sur Saturne, mais dans tous les cas je pense que ça demande pas mal de temps d'observation pour sortir une valeur fiable.

Moi je pense que je me rabattrai finalement sur quelque chose de plus classique mais technique quand même, comme l'estimation de l'âge d'amas globulaires et ouverts par la méthode B-V en traçant les diagrammes HR. Ca demande de maîtriser pas mal de choses techniquement et théoriquement, et en plus faire un peu de biblio pour trouver les publications qui traitent de la question. Pour ça, il te faut juste un télescope, des filtres et une CCD. Pour les amas globulaires, il faut quand même une instrumentation de bonne qualité et un ciel stable pour bien les résoudre en étoile. IL ne s'agit pas de travailler sur un pâté flou

[jldauvergne 15 097]

Soit dit en passant ton idée de redshift c'est mignon, mais la loi qui est derrière est d'une simplicité biblique. L'âge des amas d'étoiles fait à mon avis appelle à plus de notions d'astrophysique .

[ebondoux 60]

"C'est jouable, mais il te faudrait le bon spectro pour ça. Un LISA typiquement, si possible monté sur un T60 comme celui de Buthiers, du Pic du Midi ou de St Véran. Mais je ne sais pas où tu vas le trouver le LISA, sauf si on te donne le budget pour l'acheter Ou sauf si tu te lances dans la fabrication artisanale d'un outil équivalent, mais ce sera gourmand en temps. Mais bon si le but est de faire mieux que les autres, si tu expliques que tu as toi même fabriqué ton spectro ça ça peut ne jeter "

Oui Jean Luc,
au moins un T200 newton, un réseau 100 lignes/mm et une webcam modifiée pour commencer

un autre lien sur le sujet
http://www.threehillsobservatory.co.uk/astro/spectra_3.htm

et quelques la liste de quelques réalisation avec le matériel dont tu peux disposer sur le sujet.
http://www.threehillsobservatory.co.uk/astro/spectroscopy_results.htm

cela dit c'est vrai que le coté mathématique est peut être un peu juste.

Erick

[Ce message a été modifié par ebondoux (Édité le 08-05-2011).]

[ebondoux 60]

Sinon dans un autre registre, il y a peut être moyen d'observer la précession et la nutation voir même l'aberration, et la pour le coup tu as des maths qui vont bien pour prédire le truc. tu peux même modéliser tout ça sous mathlab si tu as un jeu d'image. (enfin c'est possible, mais moi je suis trop mauvais en math pour le faire )

Erick

[Ce message a été modifié par ebondoux (Édité le 08-05-2011).]

[bruno beckert 727]

Tout tout tout vous saurez tout sur la mesure de Z d'un quasar :
http://www.astrosurf.org/buil/quasar.htm

remarquable manip, par sa simplicité d'acquisition mais aussi par la normalisation des mesures

Bonne chance pour le TIPE, quelque soit le sujet retenu !

[Ce message a été modifié par bruno beckert (Édité le 08-05-2011).]

[Dryn 0]

Merci à tous pour votre aide, je prends note de vos idées.

En fait la mesure du décalage vers le rouge et la vérification de la loi de Hubble sont des idées de mon prof de physique qui n'est pas astronome amateur, il ne sait pas quelles sont nos difficultés.
Je me suis inscrit sur le groupe spectro-l, je leur ai posé la question pour mon TIPE et apparemment, il va falloir que je construise moi-même le spectrographe avec un réseau de 100 traits/mm. L'ennui, c'est que je ne sais pas ce que je pourrais prévoir. C'est surtout ce point qui me gêne : qu'est-ce qu'on peut prévoir par le calcul sans faire de mesure directe.
Question matériel, j'ai un Newton 254/1200 sur une EQ6, un APN et une webcam non modifiée, je peux accéder à un ciel peu pollué.
C'est vrai que les concours arrivent vite, ma session commence fin avril 2012, et je ne vise pas les plus simples (principalement ENS et X) mais si je suis admissible à l'écrit, un bon TIPE sera un atout non négligeable. Je m'y mets maintenant car en spé le rythme effréné ne me laissera pas beaucoup de temps pour faire autre chose que travailler.

Clément.

[jldauvergne 15 097]

quote:

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L'ennui, c'est que je ne sais pas ce que je pourrais prévoir

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Rien car mesurer le redshift si tu ne peux pas faire par ailleurs une mesure de distance (avec une supernova par exemple), tu n'en sortiras rien à part dire qu'il y a un redshift. Par contre les diagrammes HR, c'est quelque chose que tu peux faire directement avec les images couleur issues de ton APN. Tu peux essayer de répondre à une question simple expérimentalement. Quelle est le plus jeune de ces deux objets : M13 et les Pléiades. Si tu pars là dessus tu as déjà bien de quoi t'amuser, l'avantage c'est que tu as le matériel sous la main vu que tu ne dois pas perdre de temps .

[Bruno- 3 965]

« Ce que je proposais, c'était plutôt de mesurer (angle de position et séparation) des couples dont on a une estimation de l'orbite (à partir de mesures précédentes) et de comparer les mesures avec la prévision théorique (dans le jargon, on dit "calculer les O-C" - O=observé, C=calculé). »

Ah oui, vu comme ça c'est l'idée qui me séduit le plus. Par contre la théorie n'est-elle pas que mathématique (les orbites) ? Bon, il y a la loi de Kepler, mais c'est un petit peu simplet, non ? (Alors que pour les supernovae, j'ai peur que ce soit trop compliqué...)

Sinon le diagramme HR des amas, ça me paraît bien plus intéressant pour l'astrophysique, mais on perd la question de la prévision, non ?

[Tyco 11]

Franchement Dryn, avec tes concours, beaucoup des idées (Loi de Hubble...) précédentes t'amènent franchement trop loin...
Quelle est le nombre d'heures que tu peux y passer ? 100h, 160h ? c'est déjà énorme !

Je suis surpris par ta remarque : "faut pas que le modèle soit trop simple... "
Euh, rien qu'avec une mesure de parallaxe ou du Romer tu peux maniper des modèles très complexes. Déjà, prendre en compte des perturbations d'Europe, le fait que l'orbite de Io soit elliptique, que l'orbite de la terre est elle même elliptique, les lois de Kepler... mis bout à bout, tu peux te prendre la tête, pas de problème. Même calculer une éclipse me parait pas évident...

Attention de ne pas banaliser les théories, c'est vite du lourd si tu prend les changements de repères dans tous les sens et le calcul en 3D.
Pour avoir une mesure à la louche, c'est jamais très compliqué. Mais si tu veux de la précision et prendre en compte l'ensemble des "perturbations" Y a de quoi vite se prendre la tête.

Comme dit BDBB, on a des manips expérimentales en cours à Aphélie (notre club, à Chatenay Malabry 92) : La mesure de la vitesse de la lumière par Romer et la mesure de l'excentrité de l'orbite terrestre ainsi que la vérification expérimentale des lois de Kepler. On programme aussi des mesures de parallaxe.

On a déjà des mesures réalisées et on va en faire de nombreuses dans les prochains mois...

experiencesaphelie.wordpress.com/

Tyco

[Dryn 0]

Bonjour,

J'ai consulté les différents liens que vous m'avez donnés et j'en ai parlé avec mes profs. Finalement, je vais me tourner vers l'étude des étoiles doubles, la partie théorique est largement accessible à mon niveau et les mesures sont aussi réalisables et exploitables.
Mais je me demandais, pendant combien de temps faut-il faire des mesures avant de pouvoir les exploiter en vue de la détermination de paramètres orbitaux ? Est-ce que je peux réellement le faire avec un APN sur mon télescope ? Quelles étoiles sélectionner ?

J'ai vu que la finalité des mesures est de déterminer la masse totale du système. Au niveau théorique, ce serait à partir de quelques données (masses, distance entre les composantes, période de révolution,...) que je pourrai déterminer tout le reste et comparer les résultats avec les mesures.

Clément.

[jldauvergne 15 097]

Généralement ça met plusieurs dizaines d'années à faire le tour quand c'est pas plusieurs centaines. Donc en quelques semaines tu peux oublier je pense.

Dans le même registre il serait plus intéressant d'essayer de mesurer la période d'une planète extrasolaire, comme HD 189733b qui est juste à côté de M27 et assez brillante. Tu peux essayer de relier ça aux mesures de vitesses radiales faites à la Silla, ou même celles de Christian Buil : http://www.astrosurf.com/~buil/extrasolar/obs.htm et en sortir la masse, c'est assez intéressant.
Les ephe : http://www.ucolick.org/~laugh/dynamiccontent/candidates.html

[Ce message a été modifié par jldauvergne (Édité le 01-06-2011).]

[legalet 649]

Bonsoir Clément,

Effectivement, pas question de mettre en évidence un mouvement orbital en qq semaines.
Les couples qui tournent à cette vitesse sont beaucoup trop serrés pour être accessibles en imagerie directe (et a fortiori avec des moyens amateurs)..

Ce que tu peux faire - et c'est notamme ce que font les amateurs qui observent et mesurent des étoiles doubles - c'est mesurer des couples orbitaux afin d'ajouter un point de mesure à l'orbite, ce qui permet d'affiner les paramètres de cette orbite (et donc, comme tu l'as bien compris, de remonter au rapport des masses). Bien entendu, la quasi-totalité des couples orbitaux optiquement accessibles sont déjà bien suivis, donc peu de chance que ta mesure soit "originale". Mais cela te permettra au moins de comparer ta mesure avec les autres afin de juger de la pertinence de ton protocole. Quels sont tes moyens (diamètre de l'instrument, caméra, ...) ?

Jocelyn

[Dryn 0]

J'ai un SkyWatcher 254/1200 sur une EQ6 et pour imager, j'utilise un Nikon D80. Je n'ai pas de CCD. Ça peut le faire ? Sachant qu'il faut que je fasse le maximum de mesures pour pouvoir faire des statistiques et estimer la précision.

Clément.