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1 Avril 30 Avril TRANSITS, ECLIPSES, ALIGNEMENTS ET OCCULTATIONS EN ASTRONOMIE Jean SOUCHAY SYRTE/UMR8630 CNRS / Obse 61, av. de l'observatoire Paris Jean.Souchay@obspm.fr Direction scientifique : Giovanna Chimini Contact : Dominique Donzella tél :

2 1. Optique essentielle en deux heures (2h) / T. Tokieda Ceci sert d'introduction et de rappel au reste du programme. Tous les thèmes d'optique classique seront abordés d'un point de vue moderne mais sans supposer de connaissance préalable, en retraçant l'histoire et montrant des manips sur place. 2. Eclipses de Lune et de Soleil (2h + 2h) / P. Rocher Les éclipses de Soleil font partie, avec les pluies d étoiles filantes et les comètes, des phénomènes naturels qui ont le plus impressionné les peuples. Les éclipses les plus spectaculaires sont les éclipses totales. De nos jours encore des foules de " chasseurs " d éclipses se déplacent à travers le monde pour vivre ce phénomène grandiose et inoubliable. Leurs observations, le désir de les comprendre, puis d être capable de les prédire ont été avec l élaboration des calendriers un moteur premier de la science astronomique et certainement un élément essentiel dans le développement intellectuel de l homme. De simples spectacles cosmiques, les éclipses totales de Soleil sont devenues depuis le milieu du XVIII e siècle une source de découvertes scientifiques. Elles permirent la découverte de l hélium, la vérification de la relativité générale, la mesure du ralentissement de la rotation terrestre et elles restent encore de nos jours la seule manière d observer et d étudier la très basse couronne solaire. On se propose dans ce cours de décrire le phénomène céleste et son observation, de tracer un historique des éclipses anciennes puis de répondre aux questions fondamentales suivantes : Pourquoi, quand et où y-a-t-il des éclipses? Combien de temps durent les éclipses de Soleil et avec quelles fréquences peut-on les observer? Comment calcule-t-on les éclipses et quelle est la précision des prédictions actuelles. Les éclipses de Lune sont plus faciles à observer, leur calcul est quasi identique au calcul des éclipses de Soleil, on retrouve les mêmes fréquences et les mêmes critères d existence. Par contre les conditions d observations sont totalement différentes. De plus la présence de la réfraction de l atmosphère terrestre empêche la disparition totale de la Lune dans l ombre terrestre, une partie de la lumière solaire réfractée atteint la Lune lui donnant une couleur rouge sombre que nous expliquerons. 3. Les " PHEMU " phénomènes mutuels (2 x 2h) / J.E. Arlot & W. Thuillot

3 Parmi les phénomènes d'occultations ou de transits que l'on observe, il est un cas particulier dans le système solaire: les phénomènes mutuels des gros satellites de Jupiter, Saturne et Uranus. En effet ces systèmes de satellites présentent la particularité d'avoir leurs orbites dans un même plan, le plan équatorial de leur planète. Ainsi, lorsque la Terre et le Soleil se trouve dans ce plan, il est aisé d'observer une succession d'occultations et d'éclipses mutuelles entre les satellites. Cette opportunité survient au moment de l'équinoxe sur la planète puisque le Soleil (et la Terre qui est très proche du Soleil vue de ces systèmes) se trouve dans le plan équatorial. Ces phénomènes se produisent donc deux fois par cycle orbital (tous les 6 ans pour Jupiter, tous les 15 ans pour Saturne et tous les 42 ans pour Uranus) pendant plusieurs mois. L'observation de ces phénomènes permet d'obtenir des données astrométriques d'une grande précision. On montrera toutes les étapes de l'observation et de la réduction de ces observations. Les lois de réflexion de la lumière à la surface des satellites doivent etre prises en compte. Lorsque le protocole d'observation et de réduction est bien suivi, les données résultantes ont une précision similaire à celle des données des sondes spatiales. C'est pour cela que malgré leur rareté, ces phénomènes sont observés au moyen de campagnes internationales rassemblant plus de 50 sites d'observation. Les dernières campagnes ont eu lieu en 2007 pour Uranus, et 2009 pour Jupiter et Saturne. On montrera également comment les données sont utilisées pour l'amélioration de la connaissance dynamique des systèmes de satellites observés. 4. Le passage de Vénus en 2012 (2h) / P. Rocher & J.E. Arlot Les passages de Vénus devant le Soleil sont des phénomènes extrêmement rares qui ne surviendront que deux fois au XXIème siècle, en 2004 et en 2012, le suivant ayant lieu en Si ils n ont plus la même importance scientifique que par le passé, au cours duquel ils servaient en particulier à mesurer la distance de la Terre au Soleil, leur retentissement auprès des médias et du grand public est tel que une information détaillée auprès des spécialistes d astronomie s avère indispensable dans le but d informer à leur tour différents publics. C est le but de ce cours, qui expliquera les caractéristiques de cet évènement (prédictions, zones de visibilité etc ), qui fera un rappel historique des campagnes d'observation importantes qui ont eu lieu dans le passé et de leurs résultats mais aussi ses enjeux sociétaux (médias, expériences dans le milieu scolaire, sensibilisation du public etc ). Le transit de Vénus aura lieu les 5 et 6 Juin 2012 et sera visible d Europe à la fin du phénomène. Il apparaît donc d autant plus essentiel de consacrer un cours à son sujet.

4 5. Occultations d étoiles par astéroïdes et trans-neptuniens (2h) / B. Sicardy. L énorme nombre d astéroïdes et de trans-neptuniens répertoriés (respectivement près de et plus d un millier) ainsi que l impressionnante densification des catalogues stellaires conduisent à un nombre de plus en plus grand d occultations d étoiles par ces objets vus de la Terre. Ces occultations sont extrêmement précieuses lorsqu elles font l objet de campagnes ad-hoc, car elles permettent non seulement de déduire avec une extrême précision - de l ordre du km - les dimensions (et parfois les densités) des astéroïdes ou des trans-neptuniens concernés, mais aussi de déterminer exactement le positionnement de ces objets mobiles par rapport aux étoiles (référence dynamique). Elles permettent également de détecter et suivre l évolution d atmosphères extrêmement ténues (comme celle de Pluton et de Triton), jusqu à des pressions de quelques nanobars. On montrera comment ces campagnes sont organisées, qu est-ce qu elles apportent dans le domaine de l astrométrie, de la planétologie et de la mécanique céleste. 6. Explorer le système solaire extérieur par occultations stellaires aléatoires(1h) (1h)/F.Roques La détection directe des objets du disque de Kuiper est limité par leur magnitude. Ces populations invisibles que sont les objets de Kuiper petits et/ou lointains et jusqu'aux comètes du nuages de Oort, inaccessibles par observations directes, peuvent être détectés grâce aux occultations stellaires aléatoires. Plusieurs techniques sont utilisées pour mener ces recherches, qui vont du suivi de milliers d'étoiles avec des petits instruments à l'utilisation de grands télescopes ou de données spatiales visibles et X. Nous décrirons ces différentes approches, les résultats obtenus et les projets futurs dédiés à cette exploration des confins du système solaire 7. Transits et éclipses de planètes extrasolaires (2h) / G. Hébrard De nombreuses mesures peuvent être réalisées en photométrie et spectroscopie lorsqu'une exoplanète passe devant son étoile-hôte (transit) ou derrière (éclipse).on

5 peut notamment mesurer le rayon planétaire et donc la densité grâce à la mesure de la masse par vitesse radiale, évaluer précisément les éléments orbitaux et de possibles variations de chronométrage, détecter des émissions et des absorptions dans l'atmosphère planétaire, ou encore déterminer si le sens de révolution planétaire est le même que le sens de rotation stellaire, soit mesurer l'angle entre le plan orbital et le plan de l'équateur stellaire. Après avoir dûment expliqué les techniques de détection d'exoplanètes en transit, en particulier à l'aide du satellite CoRoT, on évoquera les principaux objectifs dans le domaine parmi lesquels la recherche de planètes de plus en plus petites et sur de plus longues périodes orbitales, et le lien entre les propriétés des planètes et celles des étoiles parentes. On montrera comment CoRoT a amené des informations précieuses pour ces objectifs. 8. Les rencontres proches apparentes quasars-astéroïdes (1h)/A. Nedelcu Les quasars sont des objets très précieux d un point de vue astrométrique car ils matérialisent des directions quasi inertielles dans l univers et sont donc des points de repère privilégiés. Ils ont à la base de l ICRF, le repère de référence par excellence des astronomes. Par conséquent tout passage proche apparent d un astéroïde (ou objet de Kuiper) et d un quasar est très intéressant à étudier car permet de positionner l astéroïde par rapport à une direction fixe, ce qui n est pas possible en prenant des étoiles comme référence, à cause de leur mouvement propre. Après avoir présenté les plus grands catalogues de quasars existants, on montre le grand nombre de possibilités de rencontres proches apparentes astéroïdes-quasars dans les prochaines décennies. 9. Les exoplanètes via le "microlensing" (2h) / J.P. Beaulieu Les lentilles gravitationnelles se trouvent parmi les phénomènes optiques les plus impressionnants et les plus passionnants que nous offre l univers. Encore appelé macrolentille ou mirage gravitationnel, le phénomène sous jacent est dû à la présence d un objet très massif se situant entre l observateur et une source lumineuse lointaine. On montrera les premières découvertes de ces phénomènes il y a près de 30 ans, puis on expliquera comment ils sont abondamment présents lorsque on explore l univers profond avec des grands télescopes, et comment ils font intervenir de manière remarquable la relativité d Einstein tout en montrant la forte probabilité d identification de matière noire.

6 10. Les binaires à éclipses (2h) / D. Briot C'est dès le XVIIème siècle qu'ont été détectées les variations de luminosité de l'étoile Algol, étoile type des binaires à éclipses. Ces objets sont très importants pour ce qu'ils peuvent nous apprendre avec une précision inégalée sur les paramètres physiques fondamentaux des étoiles: masses, rayons, brillance de surface, assombrissement centre-bord, albedo A partir des binaires avec transfert de masse, telle Algol, nous étudierons l'évolution d'étoiles dont la masse n'est pas constante. Nous terminerons par l'étude du transfert de matière d'une étoile à une autre selon la période du couple. 11. Des éclipses et des transits dans l histoire de l astronomie (2h)/ D. Benest S'il était connu depuis la plus haute antiquité que la Lune pouvait être "éclipsée" par l'ombre de notre planète et qu'elle pouvait passer devant le Soleil, ce n est que depuis les XVII-XVIIIème sciècles que les astronomes savent que de telles éclipses (totales ou partielles), voire des "transits" ou "occultations" peuvent se produire entre différents astres : phénomènes mutuels des satellites de Jupiter, passages des planètes "inférieures" (Mercure et Venus) devant le Soleil par rapport a notre planète, occultations d'étoiles (et d'autres astres) par la Lune et par d'autres corps du système solaire, découverte des "binaires a éclipses" (étoiles doubles dont une des composantes passe devant l'autre et, plus récemment, détection d exoplanètes par la méthode des " transits ", ces phénomènes généraux d'éclipse, simples dans leur principe, et qui permit néanmoins de grands progrès dans la compréhension des mouvements des astres. 12.Mesures du diamètre solaire à partir des éclipses, de 1700 a nos jours (1h) /J.P. Rozelot Le diamètre solaire peut être mesuré au moment des éclipses total du Soleil. Une recherche exhaustive dans la littérature astronomique de toutes les éclipses de Soleil permet de déterminer le diamètre depuis 1700 environ. Nous montrerons les processus de réduction, indiquerons comment les profils lunaires doivent être connus avec une grande précision. Un exemple concret réalisé lors de l'éclipse totale de Soleil du 29 mars 2006 a Kumköy (Turquie) sera présenté. Nous

7 comparerons les mesures obtenues en éclipses avec des mesures effectuées par temps de transit, notamment de Mercure devant le Soleil, le 7 mai Nous replacerons l'ensemble des mesures de diamètre solaire dans un contexte plus global, sol et espace, et nous indiquerons en quoi de telles mesures peuvent être utiles en astrophysique, jusque dans une approche de relativité générale. 13.Astéroïdes doubles,une clé de l'évolution du système solaire (1h) /F. Colas Les astéroïdes sont des objets peu évolués qui ont une grande importance dans les modèles de formation et d'évolution de notre systèmesolaire. Cependant leur grand nombre (plus de ) rend leur étude délicate. Pourtant on sait que leur masse impose la principale incertitude sur l'orbite de Mars. La densité est aussi un indice important sur la formation de ces objets; une densité proche de la densité nominale de sa matière signera une structure monolithique, alors qu'une densité plus faible sera un signe de fragmentation interne et donc d'une origine collisionnelle. Une très faible densité peut même trahir la présence de glace d'eau. La connaissance des masses des astéroïdes est donc une clé pour la compréhension de l'évolution du système solaire. Malheureusement on n'en connait que quelques dizaines! Elles ont été mesuré avec les quelques survols de sondes spatiales et avec les perturbations mutuelles entre astéroïdes. Cependant, même en ajoutant les observations de GAIA, on aura moins de cent masses déterminées à mieux que 20%. Il reste les astéroïdes doubles que l'on découvre actuellement grâce aux courbes de lumière qui trahissent des transits et des occultations d'un satellite. La troisième loi de Kepler donne la masse de l'ensemble et les courbes de lumière la forme des objets, on obtient ainsi directement la masse de ces objets qui est le paramètre planétologique le plus important. Je montrerai dans ce cours, les stratégies d'observation pour la découverte de ces objets et les méthodes de réduction permettant d'obtenir les densités. On verra qu'il est intéressant de combiner les observations des transits et occultations avec celles des occultions stellaires ou de l'imagerie directe avec des méthodes d'optique adaptative. 14.Détermination d?orbites mutuellement inclinées de planètes par les observations de transit (1h)/R. Dvorak

8 On propose une méthode capable de décider si les planètes de Corot-7 se déplacent sur des orbites mutuellement inclinées de l'ordre de 10 (notons que ce système est très spécifique du fait de la proximité des planètes de l'étoile chaude qui résulte dans une rapide évolution dynamique). Il devrait être possible de déterminer l'inclinaison de la planète inférieure Corot-7b par rapport à l?observateur après environ trois ans d?observation avec Corot. Cette inclinaison joue sur la durée des transits de la planète devant l'étoile. On montre comment une analyse précise de cette dépendance est effectuée par des simulations numériques.

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