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Travaux Scientifiques

Travaux sur les Astéroïdes

Introduction

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Dans notre système Solaire, plus de 30000 "objets" se déplacent sur des orbites diverses ; il s’agit, en général, de corps résiduels de la formation du système Solaire et pour certains, connus depuis longtemps (1801). On dispose de données très précises sur les orbites de 10000 d’entre eux, la stabilité de ces orbites, les masses, densités, compositions chimique, etc... Un petit historique est disponible sur

http://perso.wanadoo.fr/pgj/asteroid.htm

ainsi que sur

http://perso.wanadoo.fr/pgj/100ast.htm.

Aujourd’hui les observatoires astronomiques ont des équipements de plus en plus performants et les limites atteintes dans la recherche des petits corps progressent et permettent de découvrir et surveiller des corps de quelques centaines de mètres de diamètre. Ce nombre toujours plus important d’objets détectés nécessite des relevés réguliers et précis afin de définir au mieux leurs paramètres orbitaux.

Un astéroïde est un corps généralement constitué de matériaux solides ; certains sont tout simplement des roches contenant des métaux.

Il est d’un intérêt évident de vérifier qu’aucun de ces objets ne vienne, un jour, se placer sur une orbite de collision avec la Terre suite, par exemple, à l’influence gravitationnelle d’une planète géante comme Jupiter. Voir à ce sujet l’échelle Torino de danger d’impact sur

http://perso.wanadoo.fr/pgj/TorinoScale.htm

ainsi que sur

http://128.102.32.13/impact/torino.cfm

Il est donc important que la Communauté Astronomique, par ses observations, répertorie tous ces objets et suive le plus régulièrement possible leurs trajectoires.

Pour un pays comme la France, plusieurs demandes d’observation sont diffusées chaque semaine (une dizaine parfois) et il est important que le plus grand nombre possible d’observateurs répartis sur tout le territoire puissent fournir des résultats.

Les professionnels, dans leurs observatoires, ne peuvent être à pied d’œuvre continuellement et une collaboration avec les amateurs leur est donc profitable.

Il existe des groupements comme PLANOCCULT qui se chargent de publier les demandes d’observation et qui collectent les résultats afin d’affiner les données orbitales et physiques de chaque objet étudié.

EAON est une autre source où sont répertoriées les occultations à venir. Voir

http://www.astrosurf.com/eaon/

Voici une copie d’écran qui montre un exemple de prévision :

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Mode opératoire

La technique d’observation utilisée pour obtenir des informations sur les caractéristiques physiques et orbitales des astéroïdes est l’occultation d’étoiles par le "corps" étudié (astéroïde) en relevant divers paramètres tels que :

- l’heure de début et de fin de l’occultation,
- les écarts de magnitudes dans les cas d’occultations partielles.

Une demande d’observation se compose d’une carte regroupant les pays concernés sur laquelle est inscrit le tracé du parcours de l’ombre portée de l’astéroïde (il faut avoir à l’esprit qu’une occultation d’étoile par un astéroïde est aussi une éclipse d’étoile). Cette trace est représentée par une zone centrale de quelques kilomètres de large, liée à la taille et à la distance de l’astéroïde, où l’occultation devrait être totale et de deux zones latérales qui sont représentatives d’une occultation possible suite à des données astrométriques imparfaites ou incomplètes.

Voici un exemple de carte :

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Chaque observateur, professionnel ou amateur, qui a son site d’observation situé dans la bande centrale ou dans les zones latérales devrait tenter une observation.

Informations diffusées

En haut de la carte, on trouve les noms de l’étoile occultée et de l’astéroïde, ainsi que la date et l’heure prévue de l’occultation. En dessous, à gauche, on trouve les données concernant l’étoile occultée. Au centre, la définition de l’occultation, durée, assombrissement de l’étoile. A droite, les données connues, actuelles, de l’astéroïde (diamètre, magnitude).

Enfin, divers extraits de cartographie stellaire sont fournis.

Les conditions atmosphériques

La première condition est, bien sûr, que le ciel soit dégagé. Toute observation ne pourra se faire que dans la mesure où les conditions atmosphériques seront bonnes (air stable, absence de lune, etc...) ; il arrive que, pour obtenir un résultat, une recherche se fasse au travers des trouées dans les nuages, pour peu que l’étoile soit visible le temps du pointage et au moment de l’occultation.

A certaines périodes de mauvais temps, l’observateur n’hésite pas à se déplacer, selon ses moyens, pour trouver un endroit où le ciel est plus clément. Ceci impose le transport du matériel d’observation, des moyens d’enregistrement du temps (horloge) et de détermination de la position du lieu d’observation à l’aide d’un GPS.

Les périodes de Lune sont parfois un obstacle lors d’une occultation, surtout si un écart est faible entre les positions respectives sur le ciel.

Les facteurs influents sont :
- la magnitude de l’étoile occultée,
- la période lunaire,
- la proximité de la lune avec l’étoile observée.

A ce sujet, à partir des observations déjà faites, un graphique pourra être réalisé à l’aide de ces différents facteurs pour permettre d’identifier la faisabilité de l’observation.

Le matériel astro

Très peu d’occultations se font sur des étoiles brillantes. Les cas les plus courants concernent des étoiles de magnitude 8 à 12. Des moyens de positionnement performants sont utiles et souvent indispensables. Une étoile de magnitude 11 est 250 fois moins brillante que la plus petite étoile visible à l’œil nu !

Une occultation sur une étoile de magnitude 8 peut se faire à l’aide d’une paire de jumelles de bonne qualité, mais le suivi visuel devient vite un problème dès lors que l’étoile diminue d’intensité. En effet, il faut souvent suivre cette étoile pendant un certain temps, quelques minutes généralement, et sans interruption tout en maintenant l’œil parfaitement centré sur l’oculaire.

Dans un observatoire, on trouve en général le matériel nécessaire à une bonne observation (télescope puissant et stable) réalisable dans de bonnes conditions de confort. La situation géographique de l’observatoire doit être bien connue afin de pouvoir fournir des données fiables qui seront utilisés lors du traitement de l’ensemble des informations recueillies.

Le T305 de l’observatoire de Biscarmiau (Visker) remplit parfaitement les conditions pour obtenir des relevés visuels de très bonne qualité sur des occultations d’étoiles de magnitude 11 au maximum. Au delà il est nécessaire de passer à des relevés numériques, par exemple avec une caméra CCD.

Technique du chronométrage

La détermination des temps se fait à l’aide d’un chronomètre numérique qui peut enregistrer des temps intermédiaires dans le cas de suivi visuel, ou à l’aide d’une caméra CCD qui fournit plusieurs images par seconde. Chaque image est enregistrée ainsi que le moment précis de la pose. Un matériel de qualité "astro" est nécessaire pour fournir cinq ou dix images par seconde d’une étoile de magnitude 10 ou 12 !!!

Exemple de pendule radio-pilotée et de chrono numérique :

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Précision du chronométrage

Pour pouvoir interpoler les diverses mesures réalisées sur la trajectoire, dans les pays concernés, l’observateur doit enregistrer très précisément le moment de la disparition ou de l’assombrissement de l’étoile occultée et l’instant de la réapparition.

Ceci doit être fait avec une précision de l’ordre du dixième de seconde au moins. En mode visuel, une bonne habitude est nécessaire dans le maniement du chronomètre et des essais seront utiles afin de déterminer le temps de réaction moyen pour chaque observateur.

Temps moyen de réaction

Ce contrôle peut être fait de manière simple. En regard d’une horloge radio pilotée ou de tout autre moyen donnant une heure de référence atomique, il est simple de déclencher des temps intermédiaires du chrono sur les valeurs de minutes entières en ayant pris soin de masquer l’affichage des secondes. A la relecture des temps intermédiaires, on ne devrait retrouver que des paquets précis de minutes. Ce n’est que rarement le cas et un cumul des erreurs enregistrées, divisé par le nombre de mesures, donnera une erreur moyenne pour l’observateur. Cette erreur sera communiquée au service de dépouillement des résultats.

Enregistrement du temps

Avant le début de l’occultation, l’observateur déclenchera le chronomètre sur une heure très précise, il notera ce temps comme début du comptage, ce qui lui servira ensuite à positionner ces temps intermédiaires d’occultation.

Voici un exemple :
- Début de comptage 21h 45mn 00s
- Premier temps intermédiaire 21h 48mn 12s 45/100 ou 3mn 12s 45/100
- Deuxième temps intermédiaire 21h 48mn 19s 65/100 ou 0mn 19s 65/100
- Arrêt du chrono 21h 58mn 00s ou 9mn 40s 35/100

Le début de l’occultation s’est produit 3mn 12s et 45/100 après le début de comptage et l’occultation a duré 7 s 20/100.

La compilation

Pour chaque observateur, on obtient ce qu’on appelle « une corde », c’est-à-dire une représentation graphique de l’événement ; voyons un exemple : la corde est affichée horizontalement et délimitée par les temps intermédiaires.

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Voici la compilation d’un grand nombre de résultats pour l’astéroïde Tercidina. L’occultation stellaire par Tercidina du 17 septembre 2002 est une des plus belles réussites du genre : 72 cordes mesurées (64 en temps absolu, 8 en durée) se répartissant sur l’ensemble du profil de l’astéroïde.

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Image : Frappa@euraster.com

La trace du haut a été enregistrée par un observateur situé trop au nord de la zone d’ombre prévue sur Terre. De même, celle du bas, pour un observateur placé trop au sud. Dans ces deux cas, il n’y a pas eu d’occultation enregistrée mais l’enregistrement a été positif (pas d’occultation à cet endroit).

La deuxième trace en partant du haut comporte un point rouge qui représente le moment où l’étoile a disparu et un point vert qui correspond au moment de la réapparition. Ces deux points sont, comme on l’a vu, situés très exactement dans le temps, au dixième de seconde près si possible.

On voit très bien, les temps d’occultation qui augmentent au fur et à mesure que les observateurs sont placés plus près du centre de la bande centrale. Ce grand nombre de traces pour un même évènement apporte une grande précision dans le graphique et les résultats.

Les infos recherchées

Ce genre de graphique, apporte à première vue une idée de la forme de l’astéroïde vu depuis la Terre au moment de l’occultation. Cette forme peut être légèrement différente lors d’une autre occultation car tout corps céleste subit une rotation sur lui-même en parcourant son orbite.

La connaissance de la distance d’éloignement obtenue par la parallaxe (écarts de position sur le Ciel obtenus au même moment depuis différents lieux d’observations) permet de déduire le diamètre de l’objet. De même, une surveillance de cet objet sur son orbite permettra de connaître sa période de révolution et sa rotation.

Beaucoup d’autres données pourront être obtenues en y associant la photométrie qui va nous livrer la magnitude absolue de l’astéroïde pour en déduire son albédo, ce qui va contraindre sa composition et donc sa masse.

Plusieurs occultations du même objet permettrons d’obtenir plusieurs profils et à terme le modèle en trois dimensions de l’objet.

Conclusion

Le grand nombre d’objets mal connus, la quantité d’occultations nécessaires, multiplié par le nombre d’observateurs qui peuvent réellement enregistrer chaque occultation font qu’un travail d’équipe est largement justifié.

Les moyens visuels sont les plus rapides à mettre en œuvre, mais ils sont limités dans leurs précisions et leurs champs d’investigation.

L’enregistrement de ces occultations au moyen de caméras CCD pouvant fonctionner en mode Vidéo ou en Drift-scan est réellement plus sûr, mais aussi plus onéreux en termes de matériel et équipement.

Il faut toutefois rappeler les deux grandes qualités de ces mesures par rapport à celles obtenues avec du matériel plus sophistiqué : ces mesures sont directes et avec l’habitude, peuvent être d’une précision redoutable, de l’ordre de 1mas (milli-arc-seconde). A titre de comparaison, la résolution spatiale que peuvent atteindre, en imagerie directe, un 2,4 m spatial comme Hubble ou un télescope de 8 m de diamètre terrestre avec optique adaptative est de 40 à 50 mas !!!

On voit immédiatement l’intérêt pour des amateurs comme nous de participer à ce grand projet international d’observations astronomiques. Ceci nous incite à aller de l’avant en apportant des informations à la communauté scientifique, tout en s’éclatant... quand on a des résultats sympas !!!

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