PRÉDICTION ET RÉDUCTION DES OCCULTATIONS STELLAIRES

Introduction Prédictions Réductions Crédit Copyright

Intérêts des occultations stellaires

On regroupe sous le nom d'occultations stellaires les occultations d'étoiles par les corps du système solaire. Cependant, on distingue les occultations d'étoiles par les planètes de celles par les autres corps du système solaire du fait d'une plus grande probabilité d'observer avec succès les premières que les deuxièmes. En effet, le diamètre des planètes est soit comparable à celui de la Terre (pour les planètes telluriques) soit largement plus grand (pour les planètes gazeuses), ce qui implique que la zone de visibilité des occultations stellaires couvre, en largeur à la surface de la Terre, quelques milliers à quelques dizaines de milliers de kilomètres. Pour les petits corps du système solaire (astéroïdes, comètes), leurs diamètres ne dépassent guère quelques centaines de kilomètres ce qui implique que la zone de visibilité des occultations stellaires couvre dans ce cas quelques dizaines à quelques centaines de kilomètres. Or les incertitudes sur la position des petits corps, rapportées à la surface de la Terre, atteignent dans de nombreux cas quelques centaines à quelques milliers de kilomètres (Berthier, 1997). En conséquence la probabilité d'observer des occultations d'étoiles par les petits corps est faible (environ 20%) et ne permet pas aujourd'hui d'exploiter complètement les nombreuses informations que fournissent les occultations stellaires, en particulier en ce qui concerne l'étude dynamique et planétologique de la population astéroïdale.

L'observation de l'occultation d'une étoile par un astéroïde a pour premier objectif de fournir une mesure directe et unique de sa dimension physique en analysant le profil (matérialisé par l'ensemble des cordes) issu des observations. Cela est un avantage que ne possèdent pas d'autres méthodes comme la photométrie absolue, la radiométrie infrarouge, la polarimétrie ou les observations radars qui, elles, impliquent quelques hypothèses sur la nature de la surface du corps. De plus, si suffisamment d'observateurs bien répartis sur la bande de visibilité et à ses limites supérieures et inférieures observent le phénomène alors le nombre important de cordes permet de déduire un profil précis de l'astéroïde et par conséquent d'estimer son diamètre et sa forme (d'autant mieux que plusieurs occultations par le même astéroïde ont été observées). Finallement, à partir de ce diamètre et de sa magnitude absolue mesurée par photométrie, on en déduit l'albédo dit d'occultation et par voie de conséquence on peut estimer la masse du corps.

Hormis les rencontres in situ avec les sondes spatiales, l'interférométrie des tavelures ou l'observation directe à l'aide des télescopes spatiaux (HST, ISO, IRAS, etc.) ou des grands télescopes en optique adaptative, c'est un moyen privilégié de mesurer la dimension physique des astéroïdes depuis la Terre.

Le deuxième intérêt de l'observation des occultations d'étoiles par les astéroïdes est l'étude astrométrique qui peut être faite de l'astéroïde par rapport à l'étoile (et inversement). Si l'on considère les étoiles Hipparcos dont la position est connue avec une très grande précision (1 mas(*) en position et 1 mas/an en mouvement propre en 1991.25), l'observation des occultations stellaires peut fournir des mesures de position des astéroïdes avec une précision bien meilleure que celles obtenues par des observations astrométriques classiques. En effet, durant l'occultation, la distance apparente entre les deux astres devient inférieure au diamètre apparent des astéroïdes, soit quelques dizaines de mas à environ 100 mas. Ceci implique que durant le phénomène la position de l'astéroïde est égale à celle de l'étoile à plus ou moins 50 mas au maximum. En déterminant l'instant exact pour lequel la distance apparente entre les deux astres est minimum, on diminue encore cette incertitude et on peut envisager de mesurer la position des astéroïdes par rapport à celles des étoiles avec une précision meilleure que 10 mas.

Une dernière application des observations d'occultations stellaires est la surveillance de l'environnement proche des astéroïdes et des étoiles à travers les phénomènes secondaires qui peuvent se produire. Ceux-ci peuvent notamment mettre en évidence la binarité d'étoiles dont la composante proche n'est pas détectable en optique ou difficilement détectable en spectroscopie. Un phénomène secondaire peut aussi révéler la présence d'un autre astéroïde qui serait satellite naturel du premier (cf. la liste des astéroïdes connus ou suspectés d'être binaires) ou mettre en évidence la non convexité de la forme du corps. Enfin, dans le cas d'un corps pourvu d'une atmosphère, l'analyse des variations photométriques de la courbe de lumiè de l'occultation dans différentes longueurs d'onde permet l'étude de sa composition et de ses paramètres physiques.

(*) millième de seconde de degré

 

Quoi et comment observer ?

L'objectif principal de l'observation des occultations stellaires est la mesure précise des instants de disparition et de réapparition de l'étoile. Cela peut être fait en observant visuellement le phénomène ou en utilisant un détecteur électronique (CCD à acquisition rapide, photomètre photomultiplicateur). Cette deuxième méthode a l'avantage de permettre l'exploitation ultérieure de l'observation, mais a pour inconvénient une mise en oeuvre plus complexe. L'observation visuelle ne demande quant à elle qu'un télescope et de l'attention, mais nécessite un minimum d'expérience pour ne pas rater les quelques secondes pendant lesquelles le phénomène a lieu.

  • Observation visuelle : il faut commencer l'observation au moins 15 minutes avant le début prédit, et la poursuivre même si l'on a rien vu et cela jusqu'à 15 minutes après la fin prédite du phénomène. Même si l'occultation est observée avec succés, il ne faut pas hésiter à poursuivre l'observation pendant quelques minutes encore au cas où un phénomène secondaire aurait lieu. Noter le plus précisement possible (dizième ou centième de seconde) les instants de début et de fin de l'occultation à l'aide d'une montre ou d'un (voir deux) chronomètre que l'on aura préalablement mis à l'heure (montre) ou lancé (chronomètre) sur une minute entière via un récepteur GPS, un réseau hertzien de diffusion de signaux horaires ou l'horloge parlante. Il est recommandé d'être deux personnes pour réaliser ce type d'observation : une pour observer, l'autre pour noter les paramètres de l'observation. Enfin, il peut être souhaitable d'enregistrer, à l'aide d'un magnétophone, toute information utile à l'analyse de l'observation a posteriori.
  • Observation CCD: de même que pour l'observation visuelle, prendre des images de l'étoile et de l'astéroïde pendant 30 minutes au moins centrées sur l'instant prédit de l'occultation. 5 minutes avant et après cet instant on pourra faire une image toutes les 1 ou 2 minutes par exemple (à adapter selon le cas car la vitesse apparente des astéroïdes est de l'ordre de quelques secondes de degrés par minute mais peut aussi atteindre plusieurs dizaines voir centaines de secondes de degrés par minute dans certains cas particuliers comme pour les astéroïdes des familles Aten - Apollo - Amor). Pendant toute la durée du phénomène, il faut prendre des images avec la cadence la plus rapide possible permise par le matériel utilisé pour obtenir un grand nombre de mesure de la disparition de l'etoile (l'idéal est un échantillonage temporel de quelques 0.001 s). Ne pas oublier de mettre à l'heure le PC de contrôle de la camera CCD avant le phénomène (à l'aide d'un récepteur GPS, d'un réseaux NTP ou hertzien de diffusion de signaux horaires, etc.) et de réaliser les indispensables images de calibration (PLU, noir, offset). En fonction du type spectral des étoiles, on pourra avoir recours à des filtres (B, V, R, I, neutre par exemple) pour diminuer leur intensité lumineuse.
  • Observation photoélectrique: c'est de loin la méthode la plus adaptée à ce type d'observation car elle permet un échantillonnage temporel de quelques millisecondes (ou moins) et donc d'enregistrer un nombre de mesure important et ainsi de contribuer à une détermination précise des instants de début et de fin du phénomène (par exemple à 25 images par seconde, la précision temporelle de la mesure est de 0.05 seconde). De même que précédemment, il faut observer avant et après l'intervalle de temps durant lequel l'occultation est prédite. L'utilisation d'un filtre pourra aussi être utile. Veillez enfin à utiliser une bonne base de temps, parfaitement synchronisée avec le Temps universel coordonné.
  • Observation avec une caméra et un magnétoscope: on peut aussi observer les occultations stellaires à l'aide d'une caméra (CCD intensifié, Nocticon, Reticon, etc.) et enregistrer les images sur un magnétoscope pendant environ 30 minutes centrées sur l'instant du phénomène. Ne pas oublier d'incruster dans les images une base de temps (synchronisée avec le Temps universel coordonné) et veillez à ne pas saturer les images.
A l'exception de l'observation visuelle, ces méthodes impliquent que le télescope compense le mouvement de rotation diurne de la Terre et nécessitent donc une mise en station précise de l'instrumentation.

 

Précision des mesures

La précision de mesure sur chaque corde (c'est-à-dire de la distance parcourue par l'astéroïde pendant l'occultation pour un observateur donné) dépend de la vitesse apparente de l'astéroïde et de la précision temporelle de l'observation de la disparition et de la réapparition de l'étoile. Pour une précision de 0.01s, les erreurs de mesure sur la longueur des cordes peuvent être estimées à moins de 1% et à près de 10% si cette précision est ramenée à 0.1s. On veillera donc à rechercher le maximum de précision temporelle et, dans tous les cas, à estimer les incertitudes sur les mesures obtenues (même si ces incertitudes sont importantes !!). L'estimation de ces incertitudes est surtout primordiale pour les observations visuelles qui mettent en jeu le temps de réaction à un évènement de l'observateur (connu sous le nom d'équation personnelle) qui n'est que très exceptionnellement négligeable vu la précision recherchée (il est admis qu'un observateur expérimenté possède un temps de réaction de l'ordre de 0.2s).

 

Compte rendu d'observation

Que le résultat de l'observation soit positif ou négatif,
Envoyez toujours un compte rendu !

En Europe, envoyez un compte rendu à aux 3 personnes suivantes: Gilles Regheere, Jan Manek et Eric Frappa qui s'occupent de la collecte, de la diffusion et de l'archivage des observations et des résultats pour le compte des associations EAON (European Asteroidal Occultation Network) et IOTA/ES (International Occultation Timing Association - European Section). Vous trouverez ici un formulaire intéractif en ligne ou ici un formulaire ASCII de compte rendu pour EAON.

Pour les observations d'occultations stellaires réalisées ailleurs dans le monde (que l'Europe), vous devez envoyer un compte rendu à Jan Manek qui en assure la collecte pour le compte de IOTA et à David Dunham si l'observation est positive. Vous trouverez ici un formulaire intéractif en ligne ou ici un formulaire ASCII de compte rendu pour IOTA.

Remarque: S'il reste, sur votre bureau, des rapports d'observations d'occultations stellaires jamais transmis pour la période 1997-2000 inclue alors envoyez les à Raymond Dusser.

La pré-réduction d'une observation d'occultation stellaire consiste à mesurer sur chaque image prise le flux total du couple astéroïde/étoile. L'étude des variations de ce flux dans le temps, ou courbe de lumière, permet alors de déterminer un certain nombre de paramètre: les instants de disparition et de réapparition de l'étoile, l'instant du maximum de l'occultation et la chute en magnitude correspondante. Pour analyser votre courbe de lumière, un outil est à votre disposition sur le serveur de l'Institut de mécanique céleste.

Le compte rendu d'observation doit, selon le cas fournir les renseignements suivants:

  • Occultation observée : lors de la réduction de l'observation, déterminer les instants de début et de fin du phénomène correspondant aux instants de disparition et de réapparition de l'étoile, plus, si cela est possible, déterminer l'instant du minimum de distance et la valeur de ce minimum de distance ainsi que l'angle de position de l'astéroïde par rapport à l'étoile à cet instant.
  • Occultation non observée : il est important de rendre compte de son observation même si l'on n'a pas observé le phénomène car cela peut permettre de confirmer ou d'infirmer les autres observations. Dans ce cas, si cela est possible, on estimera la distance et l'angle de position de l'astéroïde par rapport à l'étoile au moment où les deux astres sont le plus rapprochés.
En plus des mesures, le compte rendu devra préciser le lieu géographique de l'observation (longitude, latitude, altitude), le matériel utilisé (type, focale, grossissement) et les conditions météorologiques durant l'observation (transparence du ciel, vent, température, pression, etc.).

Une estimation des incertitudes sur les resultats doit absolument accompagner les mesures: P.E. (equation personnelle) sur les instants de disparition et de réapparition pour les observations visuelles; erreurs sur les mesures des instants de début et de fin du phénomène pour les observations electroniques. L'échelle de temps à utiliser doit être UTC, le Temps universel coordonné.

Enfin tout commentaire utile à l'appréciation de l'observation est le bienvenu.

 

Prédictions des occultations

Les prédictions d'occultations stellaires sont diffusées par EAON et IOTA sur leurs serveurs internet respectifs. En particulier, pour l'Europe, les prédictions sont disponibles sur les serveurs internet Asteroidal Occultations (Europe) (mis à jour par J. Manek et L. Vasta) et euraster.net (mis à jour par E. Frappa).

Pour EAON, Jean Schwaenen est en charge de l'édition des cartes de prédictions calculées par Edwin Goffin. Si vous voulez souscrire à la version papier des prédictions EAON, envoyez un e-mail à R. Dusser où écrivez lui à l'adresse postale suivante: R. Dusser / 60 imp. Lauriers / F-84400 APT / FRANCE.

Parmis ces prédictions, nous proposons une liste d'occultations stellaires établie sur des critères et des priorités de notre choix (observabilité, intérêt scientifique, etc.). Actuellement cette liste comprend des phénomènes observables dans de bonnes conditions sur le territoire français (métropole), mais elle ne demande qu'à s'agrandir vers d'autres territoires. Faites nous vos propositions. Notre objectif est de maintenir à jour une liste, relativement restreinte, de phénomènes à observer dans des conditions maximum de réussite, tant du point de vue de l'observation (prédiction, météo) que de l'apport scientifique de l'observation (réduction, interprétation). Or, actuellement, de nombreuses occultations ne sont observées que par 1 à 3 personnes(**) ce qui permet d'expérimenter l'observation mais ne permet pas de donner des suites scientifiques (études théoriques) à ces observations. Un minimum de 5 à 10 personnes est nécessaire pour que l'observation d'une occultation conduise à la détermination de paramètres physiques tels que ceux cités précédemment. Notre souhait est donc de mettre en place une stratégie d'observation des occultations stellaires et nous lancons un appel, auprés des observateurs des réseaux EAON et IOTA/ES en particulier, pour contribuer à ce projet.

(**) Source : par exemple, les résultats de l'année 1999 pour l'Europe

 

Amélioration des prédictions

Pour pouvoir être plus précis quant aux lieux les plus probables d'observer une occultation stellaire, il est nécessaire de faire des observations dites de dernière minute pour corriger l'orbite apparente de l'astéroïde et les coordonnées de l'étoile. Pour cela, toute observation astrométrique et photométrique des astéroïdes et des étoiles est la bienvenue et nous encourageons les observateurs "astrométristes et photométristes" à en réaliser et à nous transmettre les images obtenues et/ou les mesures réduites.

Les positions devront être des positions topocentriques (ou géocentriques) apparentes de la date ou astrométriques J2000. Elles devront aussi, naturellement, être transmises au MPC en vue de contribuer à l'amélioration globale de l'orbite des astéroïdes. Les observations photométriques devront permettre de mieux connaître la magnitude des 2 astres (déterminant dans le choix de la technique d'observation) et devront fournir des courbes de lumière de la rotation de l'astéroïde. L'idéal est aussi de réaliser une telle courbe au moment même de l'occultation en des lieux de non-observabilité du phénomène.


Contacts

Pour tout renseignement sur les occultations stellaires et leur observation, vous pouvez contacter:

Pour envoyer votre compte rendu d'observation, qu'elle soit positive ou négative, faites-le à:

Pour obtenir des renseignements sur EAON:

Pour obtenir des renseignements sur IOTA:

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