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Guide à l'usage de l'observateur
d'occultations stellaires par les astéroïdes

Eric Frappa (mise à jour : 2005 janvier 22)

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L'instrument

Diamètre
Puisque c'est la disparition de l'étoile qui nous importe, le fait de ne pas voir l'astéroïde n'est pas du tout un problème. C'est d'ailleurs généralement le cas dans les petits instruments, la magnitude de l'astéroïde étant souvent beaucoup plus faible que celle de l'étoile cible.
Le seul critère dans le choix de l'instrument sera donc la magnitude de l'étoile cible.
Par exemple, si l'étoile est de magnitude 5-6, une simple paire de jumelles 7x50 fera l'affaire. Comme il s'agit ici de surveiller avec certitude une étoile pendant de longues minutes, on veillera cependant à ne pas être en limite de détection avec l'instrument choisi. Dans le même ordre d'idée, tout accessoire susceptible de favoriser une bonne stabilité dans le suivi de l'étoile sera utilisé : trépied pour les jumelles, motorisation pour le télescope...

Grossissement (méthode visuelle)
Il sera choisi de manière à ce que le fond de ciel soit suffisamment sombre pour permettre de voir l'étoile sans ambiguïté. Mais si on ne dispose pas d'un suivi motorisé (dobson, jumelles...), on veillera également à travailler avec le plus grand champ possible, de manière à éviter ou à minimiser les recentrages de l'étoile durant l'observation. Si un recentrage est nécessaire et que l'on perde la vision claire de l'étoile à cause des vibrations de l'instrument, il faudra prendre des temps de début et fin d'interruption jusqu'à ce que l'étoile soit à nouveau visible.

Quelle que soit la méthode d'observation, il est toujours judicieux d'avoir plusieurs étoiles dans le champ surveillé, pour lever l'incertitude sur une disparition douteuse de l'étoile cible (nuage).

Le capteur

Oeil
C'est le capteur le plus facile à mettre en oeuvre. Bien maîtrisée, la méthode visuelle permet des résultats surprenants et il est parfaitement possible d'atteindre la précision de 0.1s recherchée.
L'observateur, quelle que soit la méthode qu'il utilise préférentiellement, devrait toujours être prêt à réaliser une observation visuelle au pied levé, en cas de défaillance matérielle ou de manque de temps.

CCD
Présent dans une grande variété de matériels (caméras astro, camescopes, caméras basse lumière, webcam, APN...), il s'agit du capteur vers lequel va se tourner l'observateur qui veut mettre sur pied une manip de mesure objective. On privilégiera bien entendu les CCD sensibles à lecture rapide, mais un certain nombre de techniques permettent l'utilisation de caméras non destinées initialement à la photométrie rapide (voir la partie méthodes).

Pellicule photographique
Ce n'est pas un support performant pour la mesure des occultations : difficultés de datation, faible résolution temporelle. Dans la mesure du possible, et comme dans beaucoup d'autres domaines, on lui préférera l'imagerie électronique.

Photomètre
Il s'agit théoriquement du détecteur idéal pour les occultations : excellente précision et grande résolution temporelle s'il est suffisamment sensible. Cependant, sa trop grande spécificité (beaucoup moins polyvalent qu'une caméra CCD) et son coût (un modèle avec photomultiplicateur semble nécessaire pour la photométrie rapide sur des étoiles faibles) le rendent rare dans le monde amateur.

La base de temps

Les mesures devant être référencées par rapport au temps absolu (UTC), la qualité de la base de temps et son insertion sur le support d'enregistrement sont cruciaux. Les bases de temps désignées ci-dessous comme excellentes ne sont pas forcément parfaitement synchrones, mais on peut les considérer comme équivalentes dans l'optique d'atteindre une précision de mesure de 0.1s.

L'horloge parlante = excellente base
Disponible depuis le 3699, l'horloge parlante de l'observatoire de Paris est en fait un ensemble de 4 horloges atomiques contrôlées par un comparateur. Les tops qu'elle dispense sont précis à mieux que 20ms près sur l'ensemble du territoire français métropolitain. Elle doit impérativement être consultée depuis un téléphone filaire classique (fixe ou cabine téléphonique). La téléphonie mobile est à proscrire totalement (ainsi que la téléphonie sans fil et la téléphonie numérique) à cause des délais variables inhérents à ce type d'appareils.

A noter que les tops diffusés chaque heure sur France Inter GO sont utilisables : ce sont ceux de l'horloge parlante.

Les 4 horloges atomiques
situées à l'observatoire de Paris
(crédit : LPTF/P. Blondé)
L'heure GPS
On utilise ici l'heure des horloges atomiques embarquées sur chaque satellite de la constellation GPS. Il existe 2 grands types de récepteurs, très différents en terme de qualité :
- Le GPS OEM 1PPS = excellente base : avec ce type de récepteur, la détermination du temps se fait tout d'abord par la lecture d'une chaîne de caractères (appelée NMEA) reçue des satellites, et qui contient entre autres informations, la date et l'heure. Une fois la date et l'heure récupérée, le récepteur se synchronise toutes les secondes sur un top, le one Pulse Per Second (1PPS), précis à la microseconde. Une correspondance parfaite avec l'heure GPS est ainsi assurée.

Ces récepteurs OEM n'ont pas d'écran (donc pas de délai d'affichage), ce sont des boitiers fermés sans rien d'apparent si ce n'est un câble équipé d'une prise DB9 ou RJ45.
Il faut donc les brancher sur un appareil qui récupère le signal et sache le lire (un incrustateur vidéo par ex.), évidemment sans ruiner la précision par un temps de traitement inadéquat.
- Le GPS de poche à affichage = base peu fiable : ce sont les GPS de randonnée que l'on trouve un peu partout. La détermination du temps se fait ici uniquement par lecture de la chaîne NMEA. Ces GPS n'utilisent pas le signal 1PPS et ne sont donc pas synchronisés avec précision.
On observe systématiquement un retard dans l'heure affichée : d'abord parce qu'il faut un certain temps au récepteur pour interpréter les informations de la chaîne NMEA, ensuite parce que l'affichage proprement dit de l'heure, sur l'écran du GPS, demande du temps.
Dans la pratique, l'utilisation d'un tel GPS est parfois possible pour dater une occultation si le retard du GPS a été mesuré (par de nombreuses comparaisons avec l'horloge parlante étalées dans le temps), et que l'on constate qu'il est constant, propriété qui semble varier fortement selon les modèles. Ex : le GPS12 de Garmin a un retard de 0.43s +/- 0.05s, mais "la plupart du temps" seulement ! :). D'autres GPS ont des retards catastrophiques et très variables.
Les signaux horaires radio
Bon nombre de signaux horaires, issus d'horloges atomiques, sont émis par radio dans le monde. Prenons le cas de l'émetteur DCF77, souvent utilisé en Europe par les observateurs d'occultations. Situé à Mainflingen, à côté de Francfort (Allemagne), il émet en grandes ondes sur 77.5kHz avec une portée de 2000km. On peut citer également les émetteurs HBG en Suisse sur 75kHZ, ou MSF en Angleterre sur 60kHz.
Le signal DCF77 est composé d'impulsions de 100 ou 200ms émises chaque seconde.
A la seconde 59 de chaque minute, il n'y a pas d'impulsion
.
Les 2 différentes durées d'impulsion permettent un codage binaire des informations (minute, heure, jour, jour de la semaine, mois, année) sur 59 bits chaque minute.
Là encore, on va différencier 2 types de récepteurs :
- Le récepteur permanent = excellente base : il s'agit d'un récepteur, seul ou avec décodeur intégré, qui reçoit en permanence le signal DCF77. De tels modules de réception se trouvent en kit dans les magasins d'électronique. Soit on utilise un récepteur seul, on écoute ou on enregistre alors directement les impulsions et on se débrouille pour identifier les minutes à chaque impulsion manquante (la 59ème), soit on utilise un décodeur qui récupère la date et l'heure.
- Le récepteur intermittent = base utilisable avec précaution : il s'agit des nombreux réveils, pendules ou pendulettes radiopilotés... mais qui n'interrogent le DCF77 qu'une fois par heure ou par jour. Dans l'intervalle, c'est le quartz de la pendule, généralement de mauvaise qualité, qui maintient l'heure. Il est donc indispensable avec ce genre de pendule de forcer la synchronisation peu de temps avant l'observation (en enlevant les piles par ex.).
A noter que Bernard Christophe et Thierry Midavaine (Club Eclipse - Paris) ont mesuré un retard de 20 à 50ms de l'heure DCF77 sur l'heure GPS, en comparant des récepteurs de qualité. Les récepteurs des différents signaux horaires sont manifestement connus pour avoir de tels délais (entre 22 et 62ms d'après la circulaire EAON #5, R. Dusser, 2002). On pourra donc corriger les mesures si on connaît la valeur du retard associé à l'émetteur utilisé.
La mise à l'heure par NTP
La mise à l'heure par internet via le protocole NTP (Network Time Protocol) ou sa version simplifiée SNTP (Simple NTP) recouvre une palette de situations extrêmement variées faisant appel à différentes méthodes de synchronisation.
Voici 2 cas de figure diamétralement opposés :
- un observatoire professionnel utilisant le protocole NTP sur un réseau fixe équipés de plusieurs horloges en local et d'une procédure de synchronisation continue : la précision de mise à l'heure est excellente.
- un astronome amateur utilisant le protocole SNTP sous Windows via internet avec une synchronisation ponctuelle sur une seule horloge à grande distance (Dimension4, Tardis, NetTime...) : la précision de mise à l'heure est infiniment plus hasardeuse. Linux s'en tire beaucoup mieux quant à la gestion de l'heure en interne, mais l'incertitude inhérente à la procédure utilisée est la même.
En conséquence, la mise à l'heure par NTP n'est pas recommandée pour l'observateur d'occultations, avec l'architecture réseau et logicielle qu'il a habituellement à sa disposition.
Autres bases de temps
D'autres bases de temps sont parfois trouvées dans les rapports d'occultations. C'est le cas de l'affichage horaire télétexte des différentes chaînes de télévision. Des tests montrent une extrême variabilité d'une chaîne à l'autre, ainsi qu'une instabilité de la qualité du service pour une chaîne donnée. A éviter donc.

D'une manière générale, on s'aperçoit que les bonnes bases de temps ont toujours en commun une synchronisation permanente sur la ou les horloge
s atomiques de référence, associée à un transport rapide et stable de l'information.
L'enregistrement

Le principe d'une mesure d'occultation consiste à réunir, sur un même enregistrement, les événements et le temps absolu. Selon la méthode utilisée, l'enregistrement se fera sur un chronomètre, une bande audio, une bande vidéo, un ordinateur, etc.
L'insertion des événements et des références de temps peut être humaine (chronomètre, tops vocaux) ou automatique (enregistrement audio, vidéo ou CCD). Attention, ce n'est pas parce qu'une insertion est automatique (notamment en ce qui concerne la datation) qu'elle est forcément de bonne qualité. Il vaut parfois mieux une insertion humaine dont on peut aisément estimer la précision, qu'une insertion automatique mettant en jeu un trop grand nombre d'éléments dont on aura toutes les peines du monde à mesurer l'incertitude globale.
De plus, tout enregistreur étant affecté d'une dérive, on devra mesurer cette dérive pour apporter une correction si elle n'est pas négligeable, ou alors la rendre sans importance en insérant des références de temps suffisamment souvent dans l'enregistrement.

L'enregistrement sera démarré environ 5 minutes avant l'heure prévue pour l'occultation, et poursuivi jusque 5 minutes après, même en cas d'occultation positive. L'utilité de cet intervalle de surveillance est de scanner l'espace à l'avant et à l'arrière de l'astéroïde dans l'hypothèse de l'observation d'un événement secondaire (satellite d'astéroïde). Aujourd'hui, l'événement principal est généralement prédit avec une précision inférieure à 10 secondes, s'il bénéficie d'une mise à jour (update).

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