GOMEZ MAQUEO CHEW Yilen. I. Introduction

GOMEZMAQUEOCHEWYilen I. Introduction Cestagesedérouledansledomainedel'astrométrie.Anciennementconnue comme astronomie de position, l'astrométrie est une branche de l'astronomie traditionnellequiétudielapositiondesastresetleursmouvements. L'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) a commencé en 1998 une campagne d'observations des satellites naturels de Jupiter d'une durée de dix années. Pendant cet écart du temps, la planète Jupiter est observabledepuislaterreetparconséquentnousdonnel'opportunitédetrouverla positiondesessatellitesàuntempsdéterminéàpartirdesobservationsréalisées. Le but de ce stage est d'effectuer cette recherche du positionnement des satellites lointains, proprement dénommée la réduction astrométrique des observations, spécifiquement des satellites Léda (J13) et Callirrhoe (J17), afin d'affinerlathéoriedelamécaniquecélestedumouvementdecessatellitesetdoncde rendrepluspréciseleséphéméridesfourniesparl'institut. Laréductionastrométriqueestrenduepossibleparuntraitementinformatique des images prises lors des observations astronomiques par les télescopes de l'observatoire de Haute Provence. Ce traitement est fait à l'aide des logiciels spécialisés,noncommerciauxdontlaplupartsontencoredansunephaseévolutive. Unecomparaisonentrelapositiondecessatellitesobtenueparlaréductionet celleobtenued'aprèslathéorie,connueastrométriquementcommeo Cs(laposition observéemoinslapositioncalculée)aaussiétéfaite. PourlecalculdesO Cs,le développementd'unprogramme(enlangagefortran)étaitnécessaire. Lessatellitesdesplanètesavecleursplanètesrespectivesformentdesgroupes dontladynamiqueesttrèscomplexe.l'améliorationdel'orbitedespetitssatellitesde Jupiterestd'intérêtgénéralpourlesétudesastrométriquescarsilatrajectoired'un corps lointain de la planète est connue avec précision, des informations très intéressantessurlaplanèteelle mêmepeuventêtreapportées. Stageélèveingénieur 1

GOMEZMAQUEOCHEWYilen II. Présentationdel'InstitutdeMécaniqueCélesteetdeCalculdesÉphémérides L'Institut de mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE) a succédé auservice des calculs et de mécanique céleste du Bureau des longitudes (BDL) et, depuis sa fondation, publie annuellement les éphémérides des corps du systèmesolaire.cetinstitutestaussiunlaboratoirederecherchedansledomainede lamécaniquecélestedontlessystèmesdynamiquesetl'astrométrie.cetterecherche aideàmaintenirlaprécisiondeséphéméridesfourniesàlacommunautéastronomique françaiseetauxorganismesderecherchespatialeetluipermetdegardersaréputation d'experttantsurleplannationalqu'international. Lesprincipauxaxesderecherchedel'IMCCEsontlamécaniquecélestesous toutessesformes,l'étudedumouvementdescorpsdusystèmesolaire,sonorigineet son évolution, l'application des modèles mis en œuvre à tous les systèmes gravitationnels,l'astrométrieetlaplanétologie. L'Institutestcomposéactuellementpardeschercheurs,desastronomes, des enseignants chercheurs et des ingénieurs et techniciens. Il accueille également stagiairesetétudiantsen thèseoupost doctorat. Ilestsituédanslepérimètrede l'observatoiredeparis. 1. Historique LeBureaudeslongitudesaétécrééparuneloidelaConventionNationale (assembléenationalefrançaise)du25juin1795,àl'imagedu«boardoflongitudes» fondéenangleterreaudébutdudix huitièmesiècle. Sonobjectifprincipalétaitde résoudrelesproblèmesastronomiquesliésàladéterminationdelalongitudeenmer, dontlaconnaissanceétaitstratégiqueàl'époque,afindereprendrelamaîtrisedes mersauxanglais.mêmequandsonnomestvenuspécifiquementdecetteactivité,le BDLétaitchargéaussidecalculeretpublierleséphémérides,derendreplusprécises Stageélèveingénieur 2

GOMEZMAQUEOCHEWYilen lestablesastronomiquescrééesen1695,d'organiserdesexpéditionsscientifiquesdans lesdomainesdelagéophysiqueetdel'astronomieetd'êtreuncomitéconsultatifpour certainsproblèmesscientifiques.ilavaitsoussaresponsabilitél'observatoiredeparis jusqu'en1854ettouslesinstrumentsastronomiquesquiappartenaientàlanation. Depuissafondation,lastructureetlesactivitésduBureaudeslongitudesont énormément changé. Initialement, il a été composé par dix scientifiques: les géomètres Lagrange et Laplace, les astronomes Méchain, Lalande, Cassini et Delambre, les navigateurs Borda et Bougainville, le géographe Buache et le constructeurdetélescopescaroché. Cinqautresmembresontétéadjointpourles calculs. En 1802, le Service des calculs du BDL a été crée pour prendre la responsabilitéducalculdeséphémérides. Avant 1961, date à laquelle l'ancien Service des calculs a finalement été remplacé,lastructuredeceserviceavaitétérefaiteplusieursfois.a.danjon,alors directeurdel'observatoire,etj.kovalevskyontfondéàsaplaceunlaboratoirede recherchemodernequiestdevenuleservicedescalculsetdemécaniquecélestedu Bureaudeslongitudes. Deplusdescalculsdeséphémérides,uneintenserecherche s'est développé dans les domaines de la dynamique et mécanique céleste et de l'astronomiefondamentale.mêmequandleservicerestaitsouslatutelledubdl,il étaitdirigéparunchefdeservice,etpuisparundirecteur. Deschercheursetdes ingénieursontétéajoutésaupersonneltechnicienquilecomposaitauparavant.eten 1979,ils'estassociéauCentrenationaldelarecherchescientifique(CNRS). En1992,uneJeuneÉquipe«AstronomieetSystèmesDynamiques»dirigée para.chencieraétécrééeauseindulaboratoireetintégréequatreannéesplustard souslaformedel'équipepluridisciplinaireastronomieetsystèmesdynamiques. Suiteaudécretdu2juin1998,leservicedescalculsestdevenul'Institutde mécanique céleste et de calcul des éphémérides (IMCCE), dépendant administrativementdel'observatoiredeparis.ilaconservélesmissionsdéléguésdu Bureau des longitudes, comme la publication des annuaires, des calendriers et le calculdeséphéméridesastronomiques.cettemêmeannée,l'équipedesmécaniciens célestesdel'universitédelilleaétéofficiellementrattachéeàl'imcceetconstitue maintenantl'unedeséquipesscientifiquesdulaboratoire. Stageélèveingénieur 3

GOMEZMAQUEOCHEWYilen 2. L'activitédel'IMCCE Lesdeuxactivitésprincipalesdel'IMCCEsontleservicepublicd'élaboration des éphémérides nationales et la recherche dans des différents domaines de la mécaniquecéleste.ilestchargédefournirlesdonnéessurlescalendriers,lesfêtes légales,lesheuresdeleveretcoucherdusoleil,delaluneetdesplanètes. LesÉphémérides Leséphéméridestraduisentlemouvementdesobjetsdusystèmesolairedans lespublicationsastronomiques. Ellessontgénéralementtrouvéessous laformede tables horaires, journalières ou mensuelles. L'intervalle tabulaire est variable et dépenddirectementdelanatureduphénomène,spécifiquementdelarapiditédela variationdelaquantitéquel'onchercheàreprésenter.pourl'occultationentredeux satellitesdejupiter,parexemple,ilnefautpasqu'ilsoitauplusgranddel'ordrede quelquesminutes;cecifaisantdeslonguestablesdifficilesàlire. Parcontre,pour trouverlaplanètejupiterselonlanuitdel'observation,l'intervallenécessairepeutêtre de l'ordre de quelques heures. Pour obtenir une grande précision avec ce type d'éphémérides,les éphémérides tabulées, ilfaut quelestables aientunintervalle tabulaired'autantpluspetitquelaquantitéquel'onreprésentevarierapidementpour éviterlepluspossiblel'interpolation,caused'imprécision. Cettereprésentationn'est utiliséquepourdesouvragespubliantlescoordonnéesdescorpsdusystèmesolaire avec une précision moyenne comme l'annuaire du Bureau des longitudes, ÉphéméridesAéronautiquesetÉphéméridesNautiques. Pour construire des éphémérides de haute précision, dans l'ouvrage «ConnaissancesdeTemps»etsessupplémentssurlessatellitesnaturelsdeplanètes et les comètes, les coordonnées sont représentées sous forme de fonctions d'approximationvalablessurdegrandsintervallesdetempsplutôtquesousformede tableaux. LesdeuxtypesdefonctionsutiliséessontlespolynômesdeTchebychev, une approximation polynomial pour les coordonnées du Soleil, de la Lune et des planètes, et les fonctions mixtes du temps, agrégats de fonctions polynomiales et trigonométriquespourlessatellitesnaturelsdesplanètesayantunmouvementrapide (poursavoirplusdecesfonctionsseréféreràl'annexea). L'Institut développe le service de diffusion des éphémérides pour les Stageélèveingénieur 4

GOMEZMAQUEOCHEWYilen astronomesprofessionnels,pourlapréparationoul'exploitationdesmissionsspatiales, pour les besoins des organismes nationaux et pour répondre à la demande des particuliersetdesorganismesprivés. Ilrépondauxdemandesdestribunaux,dela policeetdescompagniesd'assurancespourlesconditionsd'éclairementenlieuetaux demandes d'un public très divers. Parmi lequel se trouvent des architectes, des historiensetdescinéastes. L'IMCCEfournit,àpartirdesesthéories,desdonnées pour les besoins des astronomes, pour le guidage des télescopes au sol ou dans l'espace,pourlapréparationdesmissionsd'explorationspatialedel'agencespatiale Européenne ou du Centre National d'études Spatiales. Les projets Mars Sample Return et Rosetta se trouvent parmi ces missions internationales avec une collaborationaussibiendynamiquequ'observationelle. L'établissementestchargéduservicederecherchenécessairepourmaintenir laqualitédeséphéméridespubliées,duservicedelamiseenplacepourassurerle calculdeséphémérides,delamiseenforme,delapublicationetdeladiffusiondes éphéméridesdubureaudeslongitudesetd'informationsconnexes.lessupportsàla fabrication et à la diffusion de ces services sont les ouvrages imprimés publiés annuellement et les ouvrages publiés de façon permanente, le service de renseignements au public par courrier postal, par téléphone et par courrier électronique,leservicedecalculsàlademandepourlesprofessionnels,leserveur Minitel,leserveurd'éphéméridessurInternetetdiversesbasesdedonnées. LaRecherche L'IMCCEestlelieuoùs'effectuentlesrecherchesliéesàlamécaniquecéleste. Entrelesdifférentssujetsétudiésontrouve: LemouvementduSoleiletdesplanètes Ces théories fournissent un outil indispensable à la définition de systèmes de référencedanslecadredelarelativitégénéraleoul'étudedel'orientationdela Terreautourdesoncentredegravité.Lesobjectifsdecetterecherchevontdela construction de théories précises sur quelques milliers d'années qui permettent l'élaborationdeséphémérides,àl'étudedel'origineetdel'évolutiondusystème solaire. Stageélèveingénieur 5

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Lastabilitédusystèmesolaire Lemouvement chaotique des planètes, particulièrement des planètes intérieurs (Mercure,Venus,laTerreetMars),interdittouteprédictionpréciseau delàde100 millions d'années et fournit un nouveau scénario pour expliquer la rotation rétrogradeensupprimantdescontraintesétabliesparlesmodèlesantérieurs. Les études montrent aussi que sans la Lune, la Terre n'aurait pas la stabilité climatiquequ'ellepossède. Mécaniquecélesteetsystèmesdynamiques Cestravauxsontpurementmathématiques: topologieduproblèmedencorps, équilibresrelatifsettopologieetdynamiquedesystèmesséculaires. Lesméthodesdéveloppéespourlessystèmesplanétairesontétéappliquéesd'une manièresatisfaisanteàdesproblèmesd'accélérateurdeparticules. Dynamiquedespetitscorpsdusystèmesolaire Lemouvementdessatellitesnaturelsdesplanètesestleplusétudiédanscetaxe, surtoutceluidejupiter.l'ajustementdesorbitesthéoriquesdessatellitesdejupiter auxobservationsetauxétudessurlesphénomènesmutuelsdessatellitesgaliléens sontfaitesenparallèleàl'étudedumouvementdescomètesetastéroïdes. Astrométrieetplanétologie L'ajustementdesmodèles théoriques de mouvementa besoindes observations nouvelles à l'aide de nouvelles méthodes d'observation (comme l'imagerie par caméra à transfert de charges ou CCD), de techniques de réduction et le développementd'untraitementd'images.l'astrométrieestfondéesurlamesurede lapositiondesastresetfournitunemodélisationdeleursmouvements. Danscecadresetrouvemacontributionàlarechercheastronomiqueenréalisant monstage. L'EnseignementetlaFormation L'IMCCE a une activité continue d'enseignement et de formation. Les chercheurs proposent des cours en astrométrie, en théorie des perturbations, en analysenumérique,endynamiquedusystèmesolaire,etdesformationsettravaux Stageélèveingénieur 6

GOMEZMAQUEOCHEWYilen pratiques dans le cadre du DEA de l'observatoire de Paris. L'Institut accueille égalementdesdoctorantsetdesélèvesingénieursquieffectuentdesstagesde3à6 mois souslatutelledeseschercheurs. L'établissementproposedes séminaires et conférences pour divers publics et est un important appui dans l'organisation de soiréesportes ouvertesdel'observatoiredeparisadresséesprincipalementaugrand public. Stageélèveingénieur 7

GOMEZMAQUEOCHEWYilen 3. L'organisationdel'IMCCE Depuis 1998, deux entités sont chargées de l'élaboration des éphémérides nationales.lapremièreestl'académiedubdlquiestformépar16membreset32 correspondants(dontastronomes,géophysiciensetphysiciens)travaillantdansleur propres laboratoires. La deuxième entité est l'imcce qui est composé de 21 chercheurs,de17ingénieursettechniciensetde15étudiants.cetentitéestuneunité mixtederechercheassociéeaucnrsetestsouslatutelleduministèredel'éducation Nationale,del'EnseignementSupérieuretdelaRecherche.Sondirecteur,William Thuillot(depuisle1janvier2003)estassisté parundirecteuradjointa.vienne. L'équipedetravaildel'Institutestclairementreprésentéeparl'organigrammesuivant. Cestageaeulieudanslegroupederechercheenastrométrieetplanétologie, dédiéàl'étudedessatellitesnaturels,desastéroïdesetdescomètes. Lestageaété Stageélèveingénieur 8

GOMEZMAQUEOCHEWYilen sous la tutelle de l'astronome Jean Eudes Arlot. Une brève introduction à cette scienceestdonnéequssiquequelquesconnaissancesutiles. Stageélèveingénieur 9

GOMEZMAQUEOCHEWYilen 4. Lesystèmeinformatique L'institutadesbesoinsimportantsenressourcesinformatiquespuisquetantles recherchesquel'élaborationetladiffusiondeséphéméridesexigentgénéralementun volumedecalculimportant.uneadaptationconstantedessupportsetdesréseauxest indispensablepourmaintenirlaqualitéetlaprécisiondestravauxaussibienquepour lebondéroulementdesactivités. Stageélèveingénieur 10

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Lastructureétoiléeduréseaulocal,dutypeEthernetdeclasseC(avecun débitde100mbits/s),aétédéveloppéeenréservantchaquemachineàdestaches spécifiques de façon à optimiser son fonctionnement. Les serveurs sont essentiellement:ibmrisc6000(aix)pourledéveloppementfortran,lescalculset leserveurdubdl;sunsparc(solarisv.x)dédiéauxservicesréseaux,terminaux X,impressionsetaccueilutilisateurs,ausited'Internet,auxfichiersetsauvegardes,et auxgraphiques3d;pcwincenterpourassurerlapartiebureautiqueetopenvms. Les postes de travail consistent de environ 40 terminaux X Windows couleur, 11 terminauxsunray1,2postesdetravailenpc.lespériphériquesaccessiblessontun scanner, un graveurdes CD ROM, unetour de CD ROM, des photocopieurs, des imprimantsmonochromesetcouleur. LesprincipauxlogicielsutiliséssontFortran, Maple,Mathematica,Idl,MIDAS(pourtraitementdesimages)etFramemaker(pour deséditions).leterminalutiliséparmoiétaitunterminalsolaris(sabline).depuis lequelj'aiétébranchéesurdesdifférentsserveursselonlaphasedudéroulementdu stage.uneexplicationplusdétailléeseradonnéeavecladéscriptiondutravailréalisé. Stageélèveingénieur 11

GOMEZMAQUEOCHEWYilen III.Connaissancesutiles Danscettepartiedurapport,quelquesconnaissancesliéesausujetdustage qui permettront de mieux comprendre le travail effectué, sont présentées. Une introductionàl'astrométrieestdonné,suivied'uneprésentationdelaplanètejupiteret dessatellitesétudiés. 1. L'astrométrie L'astrométrie,laplusanciennedesbranchesdel'astronomie,acommeobjet l'étude des relations géométriques entre les objets célestes ainsi que de leurs mouvementsapparentsetréels. Pour déterminer la distance à une étoile, le concept appelé parallaxe est employé.siuneétoileestrepéréeparrapportaufondducieldepuislaterre,lorsque laterreaparcourulamoitiédesonorbiteoutrajectoireautourdusoleil,laposition de l'étoile semble s'être décalée par rapport au fond d'étoiles. Ce déplacement angulaireapparentestleparallaxestellaire. Ladistanced'uneétoileestreliéeàsa parallaxeparunerelationgéométriquesimple. Laparallaxestellaireestdifficileà mesurerparcequ'elleestextrêmementpetite,saufpourlesétoileslesplusprochesdu Soleil. L'astrométriedétermineégalementlesmouvementsdesobjetscélestesdans l'espacelesunsparrapportauxautres.lesdeuxcomposantesdecemouvementsont lavitesseradiale,quiestlavitessedel'étoiledansnotredirection,etlemouvement Stageélèveingénieur 12

GOMEZMAQUEOCHEWYilen propre,quiestlemouvementd'unobjetàtraversleciel.lavitesseradiales'obtient facilement en mesurant le décalage du spectre de l'astre. La détermination du mouvement propre est plus délicate et nécessite, sur plusieurs années, des observationstrèssoigneusesdelavariationdepositionducorpssurlasphèrecéleste. Lamagnitudevisuelledesobjetsdanslecielestinversementproportionnelleà sadensitélumineuse;lespetitesmagnitudescorrespondentdoncauxcorpslesplus brillants. 2. LaplanèteJupiteretsessatellites Jupiterest,endehorsdelaLuneetdeVenus,estl'astreleplusbrillantdansle cielnocturne.elleestlaplanètelaplusgrosseetlaplusmassivedusystèmesolaire. JupiterestlacinquièmeplanètelapluséloignéeduSoleiletladistancequilessépare estde5,2unitésastronomiques,dont1unitéestégaleà149597870km,ladistance entrelesoleiletlaterre. Jupitersedéplacesursonorbite,dontlerayonestde778millions de km, à unevitessede13km/setboucleuntourautourdusoleilen11,86annéesterrestres. Stageélèveingénieur 13

GOMEZMAQUEOCHEWYilen LaduréedujourdeJupiter,oubienletempsmispourqu'elletournesurelle mêmeest de9heureset50minutesàl'équateur.cettevitessederotationdépenddelalatitudeà causedesacompositiongazeuse,dontenviron90%d'hydrogèneet10%d'héliumen nombred'atomes.sacompositionestprochedecelledusoleil,maissamassen'apas été suffisante pour déclencher des réactions nucléaires et former une étoile. Son atmosphèred'hydrogènecombinéeàd'autresélémentspeuabondants(méthane,eau, ammoniaque et molécules complexes), donne des nuages de couleur vive agités d'ouragansviolentsprovoquésparundégagementdechaleurintense. Lesgéantes gazeusescommejupiternepossèdentpasdesurfacesolide,seulementdelamatière gazeusequilesconstituedevientdeplusenplusdenseaufuretàmesurequel'onse rapprocheducentregravitationneldelaplanète. Selon les spécialistes, Jupiter aurait en dehors des quatre lunes géantes connues comme les Satellites Galiléens, une centaine de petits satellites dont bon nombren'ontpasencoreétédétectés. L'apparitiondecamérasdehauterésolution permettantd'observerunlargechampducielapermisl'accroîtrelenombredeces satellitesjoviensconnus. Lessatellites jovienssontregroupésenquatrefamillesbiendistinctes. La première deces familles est celle des gros satellites galiléens (J1, J2, J3,J4) qui ressemblent à des planètes telluriques ouintérieures. Ces satellites sedistinguent nettementdesautressatellitesdejupiteretontuneinclinaisonprochede0 par rapportauplanéquatorialdelaplanète.ladeuxièmefamilleestforméeparlespetits satellitesprochesdelaplanète,àl'intérieurdel'orbitedusatellitegaliléenio,(j5,j14, J15,J16).Latroisièmefamilleoufamilled'Himaliaestcomposéedessatellitesdont lesorbitessontinclinéesde25 surl'équateur(j6,j7,j10,j13).ladernièrefamille, lafamilledepasiphaé,auneinclinaisonquivarieentre140 et175 etestsurdes orbitesrétrogrades(j8,j9,j11,j12,j17). Stageélèveingénieur 14

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Le satellite J13, dénommé Léda appartenant à la famille d'himalia, est le neuvièmeetundespluspetitssatellitesconnusdejupiter. D'autrepart,lesatellite J17,appeléCallirrhoe,appartientàlafamilledePasiphaé.Cesatelliteaétédécouvert en1999auxétats Unismaisilaétéidentifiécommeunastéroïde. Néanmoinsson orbiteinhabituelleaamenéàconsidérerqu'ilétaitenfaitunsatellitedejupiter.ces deuxsatellitesjoviensconcentreronttoutnotreintérêtspécialaucoursdecestage. DonnéesastronomiquesdeLéda Stageélèveingénieur DistancedeJupiter 11150000km Taillemoyenne 10km Magnitudevisuelle 20 Périodederévolution 240jours Vitesseorbitale 3km/s 15

GOMEZMAQUEOCHEWYilen DistancedeJupiter 11150000km Inclinaisondel'orbite surl'écliptique 25 Excentricitédel'orbite 0,1à0,2 Densité(eau=1) 11 Vitessedelibération 10m/s DonnéesastronomiquesdeCallirrhoe Stageélèveingénieur DistancedeJupiter 24596240km Taillemoyenne Inconnue Magnitudevisuelle 20,5 Périodederévolution 736jours Vitesseorbitale 2km/s Inclinaisondel'orbite surl'écliptique 143 (rétrograde) Excentricitédel'orbite 0,206 Densité(eau=1) Inconnue Vitessedelibération Inconnue 16

GOMEZMAQUEOCHEWYilen 3. TechnologieCCD Letravaileffectuéaucoursdecestagereposeenpartiesurletraitementet l'analysed'images.afindecomprendred'oùproviennentcesimagesnumériquesdu ciel, prises à l'observatoire de Haute Provence depuis 1998, il est nécessaire de préciserquelquesnotionspropresàl'utilisationd'unecaméraccd. La technologie CCD est basée sur des puces sensibles à la lumière et est dénomméeenanglais«chargecoupledevices»ou«ccd»quiveutdiredispositif à Transfert de Charge. Il y a 35 ans, ce type de dispositif électronique a été développée originellement pour atteindre des buts militaires. Maintenant cette technologieesttrèsutiledansledomainedel'astronomie. UnecaméraCCDestl'analoguenumériqueduboîtier photographique. La surface sensible n'est pas un film d'argent mais une matrice de puces CCD qui surpasselatraditionnellepelliculephotographique.uncapteurccdestcomposéde pixels qui sont des cellules, typiquement carrées ou rectangulaires, sensibles à la lumièreetdisposéeshabituellementenmatrice.cescapteurstransmettentlesmesures de lumièredirectementàl'ordinateur. Uneimagenumérique,oùchaquepointde l'imageestreprésentéparunnombreproportionnelàlaquantitédelumièrereçue,est facilementobtenueet permetderéalisersimplementetrapidementdestraitements numériquesdel'imagepouraméliorer,defaçonnotable,lesrésultats. Le principe de la création de charges dans les capteurs repose sur l'effet photoélectrique. Aufuretàmesurequelalumièreatteintlescapteurs,descharges sontcrééesproportionnellesaufluxdelumièrereçu.ceschargesaccumuléespeuvent transiterentrelespixelsvoisins.pourlamatricebi dimensionnelledescamérasccd, letransfertdoitêtreeffectuésimultanémentdansdeuxdirectionsdifférentes:verticale, ledécalagedetoutesleslignesdontladernièrelignesurunelignesupplémentaire masquéeàlalumière,ethorizontale,décalagedeceregistreverslasortieduccdoù lecourantdesortieestmesuré. Stageélèveingénieur 17

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Cetteopérationvidetouslespixelsdeleurchargenégativeetlesréinitialise pourlaposesuivante. Lachargecrééedansunpixel,unefoislue,estconvertieen tensionparuncondensateur, amplifiée puis codée enunsignal numériquepar un processeurextérieur. LalinéaritédesCCDesttrèsbonne,c'est à direquelenombredecharges produitesestpresquetoujoursproportionnelaufluxreçu,mêmepourlesfluxfaibles etlestempsdeposecourts.cecipermetl'additiond'imagespourlesobjetsfaibles,et lamesurephotométriquedirectesurlesimages. La capacité des pixels représente le nombre d'électrons qu'un pixel peut Stageélèveingénieur 18

GOMEZMAQUEOCHEWYilen stockeravantd'êtresaturé.cettegrandeur,aussiappeléeprofondeurdespuits,varie de50000à1000000d'électrons.cedétailpeutserendreimportantpourlesposes longuesoùdesastresassezbrillantsvontsaturercertainspixels,commedansnotrecas où lessatellitessetrouventtropprèsdelaplanèteetoùonasurl'imagesonhalo. Dans cette zone, la charge d'un pixel n'est plus proportionnelle à la quantité de photonsreçue,l'excédantétantpassésurlespixelsvoisins. Ilfautsedireaussiquechacunedesimagesprésenteunbruitparasite(bruitdu fondduciel,bruitthermique,bruitdelectureetd'autresbruitsdemoindreimportance) qu'ilfautéliminerouréduireauminimum.l'informationgénéréeparlesphotonsdes objets photographiés est la partie à mesurer. Comme le pixel est une sorte de réservoir,pluslesbruitsparasitesaugmententetlerapportsignal/bruitestfaible,plus ildevientdifficilededétecterl'informationdel'imagesurunfondgranuleux. Ce critèreverrasonimportancedansladétectivité desobjetstrèsfaiblescommeune étoileouunegalaxiedontlesignalesttrèsprèsdelavaleurdubruitdefond.une caméraprésentantunminimumdebruitparasitepermettradedétectercesastres. LorsquelacaméraCCDafinideprendrel'image,letransfertdel'information versleregistrepuisverslesamplificateursgénèredesélectronsparasitesdansune proportion minime. Pour diminuer le plus possible l'accumulation de charges produitesparcebruitdelecture,lesimagesccddoiventêtreexposéesaumaximum etpourqu'unminimumd'entreellessoientparlasuited'additionnées. Lecourantd'obscuritéestdûauxchargesgénéréesspontanémentlorsquela matricen'estpaséclairée. Pourunpixeldonné,lenombred'électronsgénérésest directementproportionnelautempsdeposeetlecoefficientdeproportionnaliténe dépendquedelatempérature.pouréviterlasaturationdespixelsetpourréduirele bruit associé, ce courant est limité au maximum en refroidissant le CCD,afin de réduire l'énergie cinétique des électrons, à des températures de 100 C par azote liquide. Lestaillesdesmatricessontdonnéesennombresdepixels,quidéfinissentla résolutiondesimagespouruneoptiquedonnée.lesmatriceslespluscourantesont destaillestypiquesde340x280pixels.lesplusgrandesvontactuellementjusqu'à 4000x4000pixels. Celledelacamérautiliséeàl'OHPautélescope120cm,avec Stageélèveingénieur 19

GOMEZMAQUEOCHEWYilen laquelle nos observations ont été faites, a une taille de 1024 x 1024 pixels. Les matrices contiennent des proportions variables de défauts: pixels morts (sans détectivité), pixels chauds (qui saturent très vite), pixels froids (non linéaires aux faiblesflux).cesdéfautspeuventêtreisolés,ouapparaîtreengroupes,enlignesou encolonnes. Les caméras CCD ont une sensibilité beaucoup plus grande que celle des camérasphotographiques.deplus,sasensibilité,dépendantdelalongueurd'ondede lalumièrereçue,estconstanteetnondécroissanteparrapportautempsdepose. Stageélèveingénieur 20

GOMEZMAQUEOCHEWYilen D'aprèslegraphe,unfilmdephotographieordinaireenregistreseulement1% ou moins de la lumière incidente. Tandis que les capteurs CCD permettent d'enregistrerpresque100%desphotonsquiarriventdanscertainslongueursd'onde. Stageélèveingénieur 21

GOMEZMAQUEOCHEWYilen IV.Travailréalisépendantlestage 1. ObservationsAstronomiques L'IMCCE organise des séjours à l'observatoire de Haute Provence pour compléterlaformationthéoriquedesélèvesdudeaastronomiefondamentaleetdes élèvesingénieursqui,commemoi,fontleurstageauseindel'établissement.cestage nous a permis de nous initier aux techniques et aux méthodes d'observation astrométriquesmodernes. a. Présentationdel'OHP L'Observatoire de Haute Provence (OHP) a été crée en 1937 pour être au servicedelacommunautéfrançaised'astronomes. IlestsituéausuddelaFrance, dansledépartementdesalpesdehauteprovenceà100kmaunorddemarseilleetà 2kmaunordduvillagedeSaintMichel l'observatoire. L'OHPsetrouvesurun plateauboisédechênesà650mètresau dessusduniveaudelameretà+44 en latitudeet5.7 estenlongitude.cetendroitaétéchoisigrâceàlalimpiditéducielde larégionetaugrandnombredenuitsclairesparan.grâceàcenombreutilisablede nuitsetmêmequandlesimagesobtenuessontd'unequalitémoyenne,l'ohpestun siteadaptéparticulièrementauxtravauxd'astrométrie. L'OHPestunobservatoiredemissionquiaccueilledesscientifiquesdumonde entier. Ilhébergeenviron80personnesquitravaillentaubonfonctionnementde l'observatoire; parmi elles se trouvent les personnes des services administratifs (administration,missions,bibliothèque),desservicestechniques(optique,mécanique, électronique,récepteurs,maintenancedestélescopes)etdesservicesscientifiques. L'observatoiredonnel'accèsàplusieursinstrumentsquiluidonnentunrôle Stageélèveingénieur 22

GOMEZMAQUEOCHEWYilen trèsimportantcommecomplément,dansl'hémisphèrenord,auxactivitésfaitespar desgrandsobservatoireséloignéseuropéens,commel'esoauchili,etinternationaux, commelecfhàhawaii.ilpermetd'effectuerdesobservationsquidoiventserépéter ousepoursuivresurunintervalledetempssupérieurà2ou3nuits.deplusl'ohp donnel'infrastructurenécessairepourdesessaisinstrumentauxetpourlaformation desastronomesetdestechniciens. b. L'instrumentationdel'OHP L'OHPdisposedequatorzecoupoles,toutescontenantuntélescope.Certaines parmiellesappartiennentàdesinstitutsétrangers(allemands,belges)etparmilereste quatretélescopessontenactivité.untélescopedeschmidtde90cmn'estmaintenant utiliséquepourlesstagiairesetestleseulànepasêtreéquipéd'unecaméraccd (CoupledChargeDevice)etd'unguidageautomatique. LescamérasCCDassociéesàdesmicro ordinateursformentdesrécepteursde grandintérêtpourl'astrométrieenraisondesagrandesensibilitéetdesastabilité géométrique.lesimagesobtenuessousformenumériquepeuventêtremanipuléesà l'aidedulogicielspécialisémidas(détaillédanslapartiesuivante). Stageélèveingénieur 23

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Pendantmonséjouràl'OHP,lesobservationsn'ontétéfaitesqu'autélescope de120cm.cetélescopeaétéinitialementinstalléàl'observatoiredeparisen1872. Après,en1943,ilaétérénovépuisinstalléàl'OHP,oùilaétélepremiertélescope.Il aunemonturediteàl'anglaise,cequienfaituntélescopetrèsstablemaisnepermet pasl'observationdelarégionpolaire.sadistancefocaleestde7,20mètres.lemiroir principalaundiamètrede120cmetuneépaisseurde18cm. Iln'estpaspercé,et pourtantlesseulessortiessontaufoyernewton. LacaméraCCD,accrochéeàcefoyer,aétéconstruiteàl'OHP.Ledétecteur CCDutiliséestde1024x1024pixelsetaététraitéanti reflets,optimisépourlapartie visibleduspectre.latailledespixelsestde0,69''surlecieletsonchampdevision estde11.8'x11.8'.unobturateuràsecteurassureunéclairementconstantsurtoutle CCD,mêmepourlestempsdeposecourts.Letempsdeposeeffectifestprécisà0,05 Stageélèveingénieur 24

GOMEZMAQUEOCHEWYilen secondeprès.letempsd'ouverture/fermetureestde0,16sec.ellepossède4sorties indépendantesquipermettentdifférentsmodesdelecture.lemodedelectureàune seulesortieestlepluslentetestleseulquifournisseuneimagedirecteduciel.tandis queleplusrapideestobtenuenutilisantles4sortiesmaisdessous imagesavecdes OFFSETetdesbruitsdelectureparticulierssontcréés.LeCCDestinstallédansun cryostatde24h,doncunseulremplissaged'azoteliquideparjourestnécessaire.un deuxièmeremplissageestnécessaireenétéquandlatempératureambianceestélevée. L'efficacitédecescapteurs,enfonctiondelalongituded'ondedelalumière incidente,est70%à400nm(violet),80%à700nm(rouge)et45%à900nm (infrarouge). Surlapériphériedelacaméra,ilexistedeuxcolonnespartiellement défectueusesetquelesflats,décritsdessous,nepeuventpascorriger.lapremièreest courteetn'estpasnormalementvisiblesurlefondducieldesposesastronomiques tandisqueladeuxièmeestlongue,prèsduborddroit,etpeutgêner.ilfautalorséviter demettrelesobjetsintéressantssurlazonecontenantcesdéfauts.lesdeuxpeuvent êtrerepéréesdansl'imageplumontréedanslasectionsurlaréductionastrométrique. Laroueàfiltrespermetderecevoir6filtres.Sonpositionnementaumoment de la pose est enregistrée dans l'en tête du fichier des observations. Les filtres disponiblesàl'ohpsontdesfiltresàlargebande(u';cousinsb,v,r;gunnu,v,g,r, i, z) et des filtres interférentiels étroits ayant pour but de rétrécir la gamme des longueursd'ondeentrantes. Au foyer, est également accroché le système de visée pour la recherche d'étoilesguidesainsiquelesystèmedeguidageautomatiquequisertàcorrigerles défautsdel'entraînementdutélescopecompensantlemouvementderotationdela Stageélèveingénieur 25

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Terreafind'avoirlesétoilesfixesaufoyerpendantletempsd'expositiondel'image, recommandé pour des poses supérieures à 5 minutes. Le système d'entraînement limiteladuréed'uneposeàenviron3heuressansinterruptionàlafindelaquelleil fautfaireunemanœuvrederemontagedusecteuravantdecontinuer. Cetélescopepermetd'acquérirdebonnesimagesfiltréespermettantd'observer avecunehautedéfinitiondesobjetsdetrèsgrandemagnitude. Stageélèveingénieur 26

GOMEZMAQUEOCHEWYilen c. Leséjouràl'ObservatoiredeHauteProvence Lestageàl'OHPs'est déroulé dumercredi26févrierausamedi1ermars permettantainsitroisnuitsd'observation.legrouped'observateursaétécomposépar l'astronome,jean EudesArlot,latechnicienneduCNRS,NicoleBaron,lajournaliste scientifique,sophycaulier,etmoimême,stagiaireepf.lesséancesd'observation ontlieu,normalement,chaquenuitducoucherdusoleilàl'aube. Laduréedela «nuit»ouletempsd'observation,proprementdit,estvariable.ildépenddel'époque del'annéeàlaquellelesobservationssontfaites.pendantl'hiver,lesnuitssontplus longuesetpermettentauxastronomesplusd'heuresdetravailquependantl'été.pour nous,lesnuitscommençaientà18h.malheureusement,leclimatn'apasétéfavorable laplupartdutempsetrendaitdifficilelaprised'imagesutiles. Avant de commencer les séries d'images et pour ne pas perdre de temps d'obscurité, il faut faire les préparations nécessaires pendant la journée (au moins avant le coucher du Soleil). Ces préparations peuvent être divisées en deux catégories:lesthéoriquesetlestechniques.laplanificationdescorpsetphénomènes àobserversetrouveparmilespremières,c'est à direlaspécificationdessatellites, planètes,astéroïdesoucomètesàpointeretsonheured'observation.ceschoixsont faitsselonl'emplacementdanslecieldescorpsselonl'heure.silecorpsesttropbas etprèsdel'horizon,sonpointageestphysiquementimpossiblepuisqueletélescope n'arrivepasàl'atteindre.pourlesimagesquel'onafaitàl'aidedelacaméraccd, des satellites naturels lointains de Jupiter et de Phoebé de Saturne dont le but astrométriqueestladéterminationdelapositionducorpsdansl'espaceafind'affiner sonorbite,undescritèresàretenirestsapositionapparenteourelativeparrapportà saplanèteetàlaterre.iln'estpaspossibled'observerunsatellite,danslescasles plus évidents, s'ilse trouve juste derrière oudevant laplanète. Mais il estaussi difficilederepérerunsatellitequisetrouvetropprèsdesaplanèteàcauseduhalo reflétantdecettedernière;puisque,encomparaisonausatellite,laplanèteesttrès brillante.poursavoiralorsl'emplacementdessatellitesetsamagnitudelumineuse,les éphéméridescorrespondantesàtoutelanuitsontcalculéesetimpriméesàl'aidedu serveurwebdeséphéméridesdel'imcce.pourlecasdesphénomènesmutuelsentre lessatellitesdejupiter,l'heured'observationestpréciseetilfautpointerletélescope quelquesminutesavantdesondébut. L'observationdecesphénomènesdiffèrede celleàbutastrométriquedontonaparlétoutàl'heureetabesoind'autresinstruments. Stageélèveingénieur 27

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Cesobservationsn'utilisentpaslacaméraCCDetàsaplace,aufoyerdutélescope,il faut mettre une caméra vidéo qui sert à filmer l'occultation graduelle entre les satellites.letechniciendenuit,àl'aidedesobservateurs,montecetinstrument.dans le laboratoire, il faut aussi monter un magnétoscope et une télévision branchés directementsurlacaméraquireçoitl'imagedufoyer. Laplanificationdelanuitestaussifaitedefaçonàquelesobservationsàfaire soientdéterminéesengrossachantqu'ellespeuventvarieràtoutmomentàcausedu climatoudequelqueautredétail. LeremplissagedelacaméraCCDavecl'azote liquide,afindegardersatempératurebasse,etl'ouverturedelacoupolesetrouvent parmilespréparationstechniques.pourcelles ci,letechniciendenuitestresponsable de leur exécution et est aussi chargé des télescopes et des autres instruments de l'observatoiremisàdispositiondesobservateurs. À l'intérieur du laboratoire adjoint à la coupole, où les astronomes et les observateurs travaillent et depuis lequel les observations sont lancées, se trouvent diversélémentsquirendentpossiblesl'observationetlaprisedesimages.ilyatrois postes detravailquiconsistent enplusieursordinateurs etunetourquidonneles coordonnéespointées,l'alpha(enheures,minutes,secondes)etledelta(endegrés, minutes,secondes)ainsiqueletempsuniversel,letempssidéraletlamassed'air quisonttousenregistrésdansl'en têtedufichierd'observation.latouraunepetite télé commandequipermetdemanœuvrerdoucementladirectiondutélescopetanten alpha qu'en delta. Si on veut changer radicalement le pointage, il faut aller à la coupoleetlefairemanuellement. Undespostesdetravailestdestiné particulièrementautechniciendenuit. Dans ce poste se trouve la commande du guidage automatique du télescope qui analysel'imaged'observationetenvoielesrappelsnécessairesautélescope.unécran TV lié à un intégrateur d'image nous permet de voir et de suivre l'étoile choisie commeétoileguide.l'intégrateursertàintégrerl'informationreçue(lalumièredes astres), parlacaméraminiaturiséedusystèmedeguidageautomatique,pourune périodeétablieparl'utilisateur(quelquesfractionsdeseconde)demanièreàavoirla somme de cette information qui nous permet de voir quelque chose sur l'écran. L'étoileguideestnotrerepèredanslecielpuisquelesétoilesonttouteslemême mouvementrelatifparrapportàlaterre(c'estenfaitellequitourne).letélescope s'accrocheàcetteétoileetlasuitcompensantainsilemouvementderotationdela Terreafindel'avoiraufoyerl'imagedumêmechampducieldefaçonderendre Stageélèveingénieur 28

GOMEZMAQUEOCHEWYilen possibleuneposedequelquesminutesoudequelquesheuresselonlesbesoins.pour qu'uneétoilesoitprisecommeguide,ellenedoitpasêtretropfaibleoutropbrillante, ni placée trop près de la frontière du champ afin que le système de guidage automatiquedutélescopepuisselasuivresanslaperdre.ellepeutêtrerepéréeàl'aide d'unmiroirmobile,situéendehorsdel'axeoptique,surl'écrantv. Lemiroirest portéparuneplatinex y,dontlespositionssontaffichéesdanslasalledecontrôle,et quiaideàcentrerdansl'écranl'étoileguideunefoisqu'elleaétéchoisie.pourassurer leguidage,l'étoileestassuréeparordinateurpourqu'ellesoittoujoursaucentrede l'écran. Les deux autres postes de travail dans le laboratoire sont destinés aux observateurs.lesordinateursquilescomposentserventàcommanderletypedepose àprendre,letempsd'exposition,laquantitéd'imagesdanslasérie,lefiltreàutiliseret à donner le nom ducorps observé. De plus, ces postes ont les logiciels pour le traitementdesimagesettouslesoutilsnécessairespendantl'observation,décritsparla suite. Unautreécrandonnaitl'étatduCCDetétaittrèsutilepoursavoirsilapose étaitterminéeous'ilavaitencoredesdonnéesàvider,parcequ'unefoisqueletemps d'exposition est fini, il fallait attendre encore un peu plus pour que les données capturésparlacamérasoientverséesàl'ordinateuretl'imagefitssoitcréée. LesdeuxlogicielsastronomiquesutilisésviaunestationdetravailUnixsont LIDO, comme logiciel d'acquisition des images, et MIDAS, comme logiciel de prétraitement. LidoeffectuelecontrôledelabonnetteetdelacaméraCCD. Ce logiciel permet de tourner la roue à filtres, de démarrer une pose sur le ciel, de l'interrompre,delaraccourciroudelaprolongerau delàdutempsdeposespécifié initialement,defairedesoffsetetdescourantsd'obscurité,d'ouvriroudefermer l'obturateurencasdebesoinurgentetdefairedeposes«fragmentées»pourlamise aupoint.ilpermetaussideprépareretlancerdessériesouséquencesdeposesdans différentsfiltres.letempsmortentredeuxposesconsécutivesestvariableselonle modedelectureutilisé.lesimagesbrutesissuesdelacamérasontécritessurdisque enformatfitsetarchivéessurdeuxdisquesdifférents. Unecopieestdisponible pourleprétraitementetl'autreestdestinéeàlasauvegarde. D'autrepart,MIDASpermetdevisualiseretmanipulerlesimagesobtenuesdu CCDetimmédiatementdisponibles. DesfichiersdecommandesMIDAS,appelés procédures,permettentl'exécutiondescommandeschaînées.unedecesprocédures, trèsutiliséeàcepointduprétraitement,est«@conv»quitransformelefichier Stageélèveingénieur 29

GOMEZMAQUEOCHEWYilen FITS en BDF, détermine les meilleurs niveaux minimum et maximum et affiche l'imagesurl'écran. Celogicielpermetégalementderecopierlesécransd'imageou graphiquessurpapieravecuneimprimante.uneexplicationplusdétailléedemidas estdonnéedanslasectiondelaréductionastrométrique.lesobservateursontaussi unaccèsauréseauinternet.ceciestd'unintérêtparticulierpourlaconsultationdes différentesbasesdedonnéesdisponiblessurleweb,parexemple:lescataloguesdes étoiles,lesserveursdeséphéméridesetlamétéo. Àlafindelanuit,lesfichiersobtenussontrendusauxobservateursenCD ROM.Lesimages,toutesenformatFITS,sontcellesdescorpsquinousintéressent, lespluetlesoffset. Deplus,plusieursfichierssontfaitsaucoursdelanuit. Parmieuxsetrouvelejournaldeposesquifournitpourchaqueimagefaite:letypede pose,lenomducorpspointédonnéparl'observateur;ladateetl'heuredelaposeainsi quesadurée;lenomdufichierfitscorrespondant,etencasd'utilisationd'unfiltre, sontypeetsonnom.unfichierextension.posesdonnelalistedesnomsdesimages FITS créées. Un autre registre, très détaillé et habituellement dénommé nuit.txt, spécifiechaqueopérationfaiteparlidoavecuneprécisiondesmillisecondesàpartir dudémarragedusystèmejusqu'àsonextinction.unregistredonnechaqueminuteles températures du miroir et du CCD (pour les extraits de ces registres se référer à l'annexeb). Lapremièredesnuitsd'observationacommencédéfavorablementavecune épaissecouchedenuages.pendantquelesautresattendaientledébouchementduciel etregardaientcontinûmentlamétéo,j'ailulemanueld'utilisationdutélescope120. Cedocumentdécrivaitlespasàsuivrepourdémarrerl'observation.Ilcontenaitles instructionsd'utilisationpourchacundesélémentstrouvédanslelaboratoire.comme letempsnepermettaitpaslaprisedesimagesduciel,onafaitàlaplacedespluet OFFSET. Ces types d'images ont été détaillés ci dessous dans la partie sur la réductionastrométrique.toujoursenattendantunbonciel,onaregardélacartedu cielfaiteparl'«associationofuniversitiesforresearchinastronomy».cettecarte est utiliséepourrepérerl'objetobservé. Ontrouveraicilesplaquesdutélescope SchmidtduMont Palomarnumériséespourpouvoircompareraveclesimagesfaites. Lesplaquesobtenuesducataloguen'ontquedesétoiles,alorslespointsenplusdans Stageélèveingénieur 30

GOMEZMAQUEOCHEWYilen notreimagesontdescorpsdusystèmesolaire. Sinoséphéméridessontcorrectes, l'imagemontrel'objetdésiré.sionnetrouvepasdupremiercouplecorpsquel'on veutobserver,onpeuttoujoursallerchercherundeuxièmeavispournousassurerque les coordonnées par lesquelles on a recherché le corps sont bonnes chez le «Jet PropulsionLaboratory»(JPL)delaNASA.Commeiln'yavaitpasdeventetqueles nuages sont toujours restés, on est allé se coucher a 3 h selon le règlement d'observationquidéclarecetteheurecommelimited'attenteaucasoùl'observation n'estpaspossible.pourlapremièrenuit,iln'yavaitplusaucunechancedeprendre desimagesutileset,enplus,lesphénomènesmutuelsprévusétaientperdus. Ladeuxièmenuitd'observationétaitpareilleàlanuitd'avant. Lesnuages étaientmêmeplusépais.iln'yavaitpasdephénomènemutuelprévupourcettenuit, alorsonestalléautélescope193cmpourleconnaîtreetavoirunepetiteintroduction autravailréalisélà. Cetélescope,fabriquéparGrubb Parsons,datede1958etest dédié principalement à la spectrographie. Les spectrographes, Carelec et Elodie, peuventêtremontésaufoyercassegrain,unàlafois.ilsontétéconstruitsàl'ohp, etontétémisenserviceenfin1985etmi 1993,respectivement.Laspectrographie estl'étudedesspectresdelalumière,oudel'énergie,transmiseparlesastres. Un spectreestlerésultatdelaséparationdescouleurscomposantcettelumièregrâceàun spectroscope (si on peut voir le spectre directement) ou d'un spectrographe (si le spectreestenregistréphotographiquementouautrementendehorsdelavue). Les lignescaractéristiquestrouvéesdanslespectrenousdonnentl'informationnécessaire pourétablirlaprésencedequelquesélémentschimiquesdansl'astre.aussi,avecla spectrographieonpeutétudierlemouvementdesobjetsastronomiquesà l'aidedu principe Doppler qui déclare que si une source de lumière a un mouvement de rapprochementoudedistanciationparrapportauspectateur,leslongueursd'ondedes lignesduspectrechangeproportionnellementàlavitesse. Ledébutdelatroisièmenuitnousadonnél'espoird'avoirunbellenuit,leciel étaitpresquetoutdégagé.onatrèsvitedémarrél'observation,etonapointéd'abord Saturneavecletélescope.D'abord,commeilfautavanttouteobservation,unepose «fragmentée»defoyeraétéobtenueeneffectuantde5à10posesde30secondes sanslireleccdetdéplaçantchaquefoislefoyerde5unités(dontl'unitécodeur équivaut à un déplacement linéaire de 51 microns le long de l'axe optique) et le télescope de 15'' en déclinaison, afin de réaliser la mise au point du CCD. Une Stageélèveingénieur 31

GOMEZMAQUEOCHEWYilen procédurespécialedansmidaspermetdedéterminerlameilleurentrecesvaleursdu foyer.lamiseaupointsefaitendéplaçantlabonnettecontenantleccddanslesens del'axeoptique.cepositionnementvarietantd'unenuitàl'autrequ'aucoursd'une mêmenuit,selonleschangementrelatifsdetempératuredumiroiretdelastructure métalliquedutélescope. Lespremièresimagesprisesétaientcellesd'undessatellitedeSaturne,Phoebé (S9). Après,onapointéJupiteretonaprissériesd'imagesdeHimalia(J6),Léda (J13) et Elara (J7). Chaque série contenait une image de test et cinq images d'observationavecuneexpositiond'environdeuxminutespourchaquepose.àlafin delaprisedesimagesdej13,onaessayédetrouvercallirrhoe(j17)maislecielavait commencéàsecouvriretunsatellitesipetitn'apparaissaitpasclairementdansles images. Après les dernières images de J7, on a commencé les préparatifs pour l'enregistrementdesphénomènesmutuelsprévuspourcettenuit,lebranchementet montagedumagnétoscopeetdelacaméradevidéo.pourenregistrerl'heureexacteà laquellelesphénomènesontlieu,unmicrophoneaétéliéaumagnétoscopeetplacé devant l'haut parleur du téléphone qui était en ligne avec l'horloge parlant de l'observatoire du Paris qui donne l'heure officielle à toute la France. Toute le montageétaitprêteunedemiheureàl'avance. Malheureusement,lesnuagessont arrivésetl'instantduphénomènen'apaspuêtreenregistré. Stageélèveingénieur 32

GOMEZMAQUEOCHEWYilen 2. RéductionAstrométrique Laréductionastrométriquepermetd'extrairelesinformationsdeposition,et éventuellementdephotométrie,contenuesdanslesimagesobtenuesaveclacaméra CCD, décrites tout à l'heure. Toute image CCD demande un prétraitement informatiquedefaçonàéliminercertainsdéfautsdusaucapteurccddelacaméraet àl'optiquedutélescope.cestraitementssontindispensablespouravoiruneimagede qualitéquipermettesoitdefaireuneanalysescientifique,soitdemesurerlaposition d'unastéroïdeousatellitenaturel,commedansnotrecas,(astrométrie)ouencorede mesurerlamagnituded'uneétoilevariable(photométrie). Pourchaquepixel,lesignaldesortieestunefonctionlinéairedufluxreçu. L'imagelueensortieduCCD(S)estdoncunecombinaisonlinéairedetroisimages: S=I.PLU+OFFSET où Iestl'imageforméesurleCCD PLUestlaréponsedechaquepixeldel'image OFFSETestlesignald'obscuritépourchaquepixel Laréduction,ouprétraitement,consisteàretrouverl'imageIforméedansle plan focal à partir de S, avec la meilleure précision possible en corrigeant le comportementduccdetdesfiltres.lapluetl'offsetsontmesurésséparément, dansdesconditionssimilairesàl'imagedécritesci dessous. LaPlagedeLumièreUniforme(PLU)ouflatfieldpermetdecorrigerdes imperfections de l'image comme le vignettage dû à l'optique du télescope et aux accessoires utilisés, comme les filtres, ainsi que les poussières présentes sur les optiques, principalement la fenêtre du CCD. Elle permet aussi de corriger les variationsdesensibilitéd'unpixelàl'autreàlalumière.mêmesicesvariationssont petites,ellessonttrèsimportantessilevéritablefluxenvoyéparl'objetobservéveut êtreretrouvé.lesplusontdesimagesccdexposéesàunelumièreuniformed'une durée d'une fraction de minute. Elles peuvent être obtenues dans l'après midi en pointantletélescopesurla coupoleetenouvrantuneporte,des fenêtres et/oula Stageélèveingénieur 33

GOMEZMAQUEOCHEWYilen trappedefaçonàavoirunpeudelumièredujour(pournepassaturerlespixels)ou égalementpendantlanuitenallumantlalumièredelacoupole. Sidesfiltressont utilisés,ilfautfairedesflatsdanschaquefiltreetcorrigerlesimagesprisesavecun filtredonnéaveclesflatscorrespondants.pourbienfaire,l'imagedepludoitêtre prisejusteavantouaprèschaquenuitd'observationparcequelespoussièrespeuvent changerdeplace. Voiciunexempled'unePLUdelacaméraduCCDdutélescope120àl'OHP avecunfiltrercousins. Stageélèveingénieur 34

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Lestachesnoiresenformed'anneau,aubasetaumilieuduchamp,sontles imagesdéfocaliséesdepoussièresprésentssurleccd.lefaitquelefoyern'estpas uniformémentéclairéestaussiévidentpuisquel'imageestplusbrillantedanslecôté gaucheaubasquedanslecoindroitenhaut. L'image de précharge ouoffset estune imagequine dépendpas dela températurenidutempsdepose.elleestréaliséeavecl'obturateurferméetavecle Stageélèveingénieur 35

GOMEZMAQUEOCHEWYilen tempsdeposelepluscourtpossible,c'est a direqueleccdestjustelu.sonrôleest dedonnerdevaleurdebase,oubienlevaleurdezéro,pourchaquepixeldel'image. Cettevaleurestobtenuequandlachargenégativedechaquepixelaétévidéeetquele CCDrestesansêtreécaliré.L'OFFSETdoitêtresoustraitdetouteslesimages.Ils sont très utiles quand les caractéristiques et la qualité du CCD veulent être déterminées. Voiciunexempled'uneimagedepréchargepriseaussiaufoyerdu télescope120àl'ohp. a. Lenettoyagedesimages Stageélèveingénieur 36

GOMEZMAQUEOCHEWYilen La première étape de la réduction astrométrique consiste au nettoyage des imagesfaiteaveclelogicielmidassouslapartiedeccdphot.d'abord,lesimages decalibration,offsetetplu,sontcherchéesparmiles FITSenregistrés. Pour cela,lelogicielcherchedansl'en têtedechaquefitslesmotsclésquiindiquentle typedel'image(pourunexempledel'en têted'unfitsseréféreràl'annexec). Unfoisquecettereconnaissanceestfinie,touteslesimagesenregistréessont converties au format BDF afin de pouvoir être traitées par MIDAS. Avec cette conversion,lenomdechaqueimagequiestdiviséenracine,compteuretsuffixeest changédemanièreàcequ'engardanttoujourslaracine,lesuffixeestsuppriméetle compteurreinitialisé.unnomtypiquepouruneimagefitsestp151697f1.fits.en considérantcetteimagecommelapremièredelanuitetp152013f1.fitscommela dernière,laracineseraitp15,lecompteuràinitialiser1697etlesuffixef1. Une relationdesanciensetnouveauxnoms,aussifaite,esttrèsutileetpourtantimprimée commeréférencefuture (pourunexempledecetterelationseréférerà l'annexe D). PuisunemoyennedesPLUetdesOFFSETestcalculéeafindetrouverlavaleurà soustraireauximagesbrutesaucoursdutraitementdécritaudébutdecettesection. Laméthoded'associationdesimagesdecalibrationchoisieestlaréjectiondespixels extrêmeséloignés. Ainsilesimagesréduitesdenotreintérêtparticulier,lesobservationsnettoyées desbruitsetdesparasites,sontobtenues.lesdeuximagessuivantessontlamême observation:lapremièreestl'imagebruteetladeuxièmeestl'imageréduitedontilya clairementplusd'étoilesvisibles. Stageélèveingénieur 37

GOMEZMAQUEOCHEWYilen b. Lareconnaissancedesétoilesduchamps Cettedeuxièmepartiedelaréductionconsisteenl'extractiondesinformations depositioncontenuesdanslesimagesccd. L'étalonnageduchampd'étoilessur l'imageparrapportàuncatalogued'étoilesderéférenceestpourtantnécessaireafinde relierlesmesuresdesdistancessurl'imageenpixelsàdesmesuresangulairesen alphaetdeltadansleciel. Les catalogues d'étoiles servent à classer les étoiles en fonction de leur position, leur couleur, leur éclat. Il existe un grand nombre de catalogues astronomiquesàcejour,chacuncontenantunnombrevariabled'objetsquigrandit sans cesse grâce aux observations réalisées. Parmi eux, au cours de ce stage, seulementsontutiliséslecatalogue«guidestarcatalogue»(gsc)etlecatalogue «U.S.NavalObservatory»(USNO)A2.0parcequ'ilssontlesseulsàrépertorierde nombreusesétoilesdansunchampde12',correspondantànosimages. Lepremier,leGSC,contientlesétoileslesplusbrillantesduciel,untotalde 18819291étoiles,jusqu'àunemagnitudevisuellede15,avecuneincertitudesurleur positionde0,4''. IlaétéfaitauxEtats Unispourassurerleguidagedutélescope Hubble.Parlasuite,l'USNOA2.0aétéréaliséaussiparlesAméricainsetcomprend 526280881étoilesquiontjusqu'à20enmagnitudevisuelle.Sonincertitudesurleur positionestdel'ordrede0,25'',plusfaiblequecelledugsc.lesétoilesrépertoriées sontcelles quiontété détectées partrois«skysurveys»photographiques duciel Stageélèveingénieur 38

GOMEZMAQUEOCHEWYilen complet,tanthémisphèrenordcommesud.cesphotographiesontétéprisesavecdes émulsionsrougesetbleuesetseulementlesétoilesprésentesauxdeuxcouleursontété inclusesdanscecatalogue. Dans lapratique,lelogicielfindstarestutilisé pourtrouverles étoiles de référencedansnosimages.sonprincipedefonctionnementestlesuivant.illitdans l'en têtedel'imagefitslescoordonnéeséquatorialesducentreduchamp.unefois reconnueslescoordonnées,ladateetlatailledel'image(12'x12'),ilchercheles étoiles répertoriées dans le catalogue choisi et présentes dans ce champ. Puis l'extraction des objets présents est faite afin de détecter les étoiles répertoriées correspondantauchampvisiblesdansl'image. Lefichierdesortieextension.saout (pourunexemplairedecefichierseréféreràl'annexee)quimontrelesnomsselonle cataloguedesétoilesvisiblesestdonccrééenmêmetempsquelecataloguelocaldes étoiles duchamp, lequel sera utilisé après (pour voir en détail cette procédure se référeràl'annexef).ilafallufairedeuxfoislaprocédurepourquel'imagefinaleait d'étoilesgscetua2parcequel'optiondelefaireensemblenemarchaitpastrèsbien etilétaitnécessairedelefairemanuellementàl'aided'unéditeurdetexte.pourcela, unecomparaisonentrelesétoilesua2référencéesetlesétoilesgscréférencéesaété effectuéepourajouteraufichierua2cellesquin'étaientqu'augsc. Le logiciel Saoimage permet de visualiser le fichier de sortie de Findstar (.saout)surl'imagefitsoriginelleafinderepérersurellelesétoilesquel'onappelle étoilesderéférenceetquiserventàdéfinirlapositionastronomiqueducorpsobservé. Ilyadiversescommandespourmanipulerl'imagefacilitantcerepérage. Lesplus importantessont:scalequidétermineletypedelecturedel'imagedufond;colorqui permetdechangerlescouleursoulesinvertir;cursorquimontrelescoordonnéesdu pointchoisiaveclasouris,etpanquicontrôlel'affichageparrapportàlataille. Stageélèveingénieur 39

GOMEZMAQUEOCHEWYilen VoiciuneimageFITSvueavecSaoimageetquialesétoilesderéférencebien repérées. Une fois que le repérage des étoiles est fait et que leurs coordonnées équatoriales sont connues grâce aux catalogues, il faut trouver leurs positions en Stageélèveingénieur 40

GOMEZMAQUEOCHEWYilen pixelscorrespondantàl'image.cetravailestfaitsousmidas,avecl'aidedulogiciel CCDPhot.D'abord,ilfautcommencerparpointersurl'imageBDF,sortiedupremier traitement,aveclasourisl'objetobservéetdeledénommer. Lepointageestfaità l'aided'uncurseurcarréententantdecentrerlepointlumineuxsurcelui ci. Puis touteslesétoilesretenues,ennégligeantcellestropbrillantesoutropfaiblesetcelles prèsduborddel'image,doiventêtresuccessivementpointéesetdénommées. À partir de là, le logiciel assimile la variation de luminosité sur la petite surfacecarréeà unegaussiennedontlesommetestcherchépourdétermineravec précisionlecentredel'étoilepointée.puisquecesommetestcensécorrespondreau centredel'objetoudel'étoile. Enfait,lamesureprisecorrespondaupointplus lumineuxdel'astremaispasforcémentàlapositionducentredegravité.néanmoins, cettedifférenceestnégligéeencausantunerreurdemesure. Lerésultatdecetteapproximationfournitlapositionetestrentréedansun fichierd'extension.datoùsontstockéeslescoordonnéespixelsdechaquecorpsetles mesurescorrespondantsdefluxlumineux (pourvoiràdétailcefichierseréférerà l'annexeg). Lepointagedesastresestfaitmanuellementsurlapremièreimagedelasérie etilestréitérédefaçonautomatiquesurlesautresimagessimilairesparunalgorithme deccdphotquipermetsarecherched'uneobservationàl'autre.siuneétoileaété malpointéemaisquelechampcomprendsuffisammentd'objetsderéférence(environ unetrentaine),cetteétoileneserapaspriseencomptedanslasuitedutraitement.les étoiles n'auront pas changé de position, a priori. Par contre, le satellite se sera légèrementdéplacé. Stageélèveingénieur 41

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Voicil'imagedesétoilesderéférenceavecl'objetétudié,enl'occurrenceJ11, aprèsl'approximationdeleurpositionetdelamesuredefluxlumineux. Lesdeux étoilesgrandesaubasn'ontpasétéprisesparcequ'ellessonttropbrillantesparrapport auxautres. Stageélèveingénieur 42

GOMEZMAQUEOCHEWYilen c. LesCoordonnéesÉquatoriales Cettepartiedutravailréalisé apourbut d'établir larelationmathématique entre les deux systèmes de référence (astronomique et photométrique) afin de convertir les coordonnées pixels (x, y) de l'objet en coordonnées équatoriales (, ). Eneffet,lecatalogueutiliséfournitlescoordonnéeséquatorialesdesétoilesde référenceetleurscoordonnéespixelssontdéjàdéterminéesparccdphot.alors,ilne resteplusqu'àdéterminerlaloipermettantdepasserd'unsystèmedecoordonnéesà l'autre. Cecalculconstituelaphasederéductionproprementditeetestfaitavecle logiciel Priam qui est disponible sur l'adresse: http://www.imcce.fr/cgi bin/priam/fr/priam.cgi(pourleprincipedefonctionnementdecelogicielseréférerà l'annexeh). Pourcommencerlaphasedelaréductionastrométrique,Priamabesoinde quelquedonnées:lesconditionsgénéralesdel'observation(lieu,matériel,météo),les mesuresdesobjetsàréduire(positionsen(x,y)sortiesdanslefichier.dat),lesétoiles de référence (positions sur la sphère céleste en (, )). Une fois que toutes les données sont fournies, le logiciel Priam obtient les coordonnées équatoriales des étoilesd'aprèslescatalogueassociés,gscouua2etillescalculepourlecorps observé.ilpermetdechoisirounonlesétoilespointéescommeréférenceetd'agirsur l'algorithmederéductionàtraversdifférentsparamètrestantquelerésultatn'estpas satisfaisant.parmicesparamètressetrouveledegrédupolynômedel'approximation astrométrique. Danslaplupartdescas,laréductionastrométriqued'uneimagenécessitela déterminationd'aumoins6paramètres(lesconstantesdeplaque,degrédit"zéro"du polynôme)constituantlafonctionderaccordemententrelerepère(x,y)del'imageet unrepèredelamécaniquecéleste.danscertaincas,commelesimagesastronomiques à grand champ obtenues à l'aide de chambres de Schmidt, il est nécessaire de complexifierlafonctionderaccordementpourprendreencomptedeseffetsinhérantà latailledurécepteur(déformationsnon linéairesdesasurface).danscecas,lechoix d'undegré1(8constantes)ou2(10constantes)pourlepolynômeestjustifié. Au Stageélèveingénieur 43

GOMEZMAQUEOCHEWYilen delà,ilfautbienpenseràl'interprétationphysiquequel'onpeutdonneràlafonction deraccordementpourjustifierlechoixd'unteldegré(pourlaformedelafonctionde raccordement voir Définitions relatives à la réduction astrométrique; auteur : Berthier,J.ISBN:2 910015 24 8) Pourjugersilerésultatdelaréductionestsatisfaisantounon,ilfautprendre encomptecertainscritères:lavaleurdesconstantesdeplaqueetleursincertitudes,la valeurdesrésidusconcernantlapositiondesétoilesetlesincertitudesconcernantles positions astrométriques de l'objet étudié. Sur les premières, elles doivent être réalistes,c'est à direquelesfacteursd'échellethéoriquesenxetenynedoiventpas avoirététropmodifiésetqueledécalageparrapportàlapositionréelledupoint tangentdoitêtrefaible. Surlesdeuxièmes,cesrésidussontladifférenceentreles coordonnéescélestesdéduitesdesobservationsetlescoordonnéescélestesthéoriques donnéesparlecatalogueetdoiventnécessairementêtrepetites.danslecascontraire, sidesétoilesontdesrésidustropimportants,ilestnécessaired'éliminercesétoilesdu processusdecalculetrecommencerlaréduction.surlesdernières,l'erreurenalpha etl'erreurendeltaconcernantl'objetétudiéestunevaleurestiméed'aprèslepointage réaliséetl'erreuraugmentelorsquelaqualitédel'imagediminue. Tout ce travail de réduction et d'amélioration des résultats conduit à la formationdedeuxfichiersprincipaux,und'extension.datetl'autre.mpc(pourvoirun exempledufichier.dat seréférerà l'annexe Ietdufichier.mpcà l'annexe L). Le premiercontienttouslesrésultatsdutravailderéductionastrométriqueparpriam aveclescoordonnéeséquatorialesaumoinsaumillièmeprèstantdel'objetobservé quedesétoilesderéférence.lesecondnecontientqueladateetlescoordonnéesde l'objetaucentièmeprès,condenséesauformatmpcadéquatpourlecalculfuturdes résidus. Afindenepasperdredelaprécision,lesdécimalessupplémentairessont ajoutéesaufichiermpc. Stageélèveingénieur 44

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Stageélèveingénieur 45

GOMEZMAQUEOCHEWYilen 3. LecalculdesO C Des nombreuses observations sur plusieurs satellites de Jupiter ont été réaliséesetilestdoncimportantdecomparerlespositionsastrométriquesobtenueset cellesdéduitesdelathéorie.cettecomparaisonsefaitparlecalculdesrésidus,aussi appeléhabituellemento C,c'est à direlapositionobservéemoinslapositiondéduite Calculéed'aprèslathéorie.Lescalculsd'O Cpermettent,silavaleuresttropgrande, de négliger l'observation en question et aussi, quand il y a un bonne série d'observations,derecalculerlesconditionsinitialesaveclesnouvellesobservationset d'affinerlathéorie. LesrésultatssontjugéssatisfaisantssilesO Csontprochede0''dedegrés. Pourlesanalyser,ilfautétablirlestypesd'erreursprésents:leserreurssystématiques, duessoitàuneerreurthéoriquesoitàuneerreurd'observation,etleserreursaléatoires dont la cause est difficile à déterminer. Ces dernières sont supprimées tout simplementlorsqu'unpointd'unenuitestmauvais.lesrésultatsdeso Ctropélevés, majeursà2'',sontnégligésavantdefairelesgraphiquescaraucontrairel'écartentre leso Cseraittropgrandpourqu'ilssoientanalysés. Siontrouveparmicesrésultatsd'O Cunevariationconstanteoustructurée, l'erreurestthéoriqueetleso Cpeuventalorsnousaideràl'améliorationdel'orbite théorique. Par contre, quand les erreurs sont aléatoires, les observations sont mauvaisesetnedoiventpasêtreprisesencompte. LesO Cdel'ordredequelquesdizainesdesecondespeuventêtredusàune erreurlorsdelaréductionouàuneerreurd'identification.onsaitquelessatellites tournesureux mêmesetautourdelaplanète,lédaetcallirrhoeparmiplusieursont uneformeirrégulière.cetteformecauseunedifférenceenmagnitudevisuellelorsde leur rotation. Une autre cause de variation de la magnitude visuelle du satellite observé est les nuages. Pendant la prise des images, le satellite ne restera pas forcémentpareiloccasionnantunevariation,mêmesifaible,important. Bienqu'au débutdel'observation,lecorrectcorpsaitétépointé,aufuretàmesurequelasérie desimagesestpriseonpeutsetromperenprenantàsonlieuunastreproche:une autresatellite,unastéroïde,uneétoileou n'importequelcorps. Lescorpscélestes Stageélèveingénieur 46

GOMEZMAQUEOCHEWYilen avec des magnitudes visuelles entre 20 et 21, entre lesquels se trouvent Léda et Callirrhoe,sonttrèsdifficilesàrepéreretpourtanttrèsfacileàconfondre. Ilexistedetrèsnombreuxprogrammesàl'IMCCEquisontdestinésaucalcul deséphéméridesdescorpsdusystèmesolaireetdesautresquisontencoreenprocès d'évolution.pourlessatellitesd'intérêtparticulieràcestage,lédaetcallirrhoe,les calculsrespectivesdeso ContétéfaitssousdifférentsprogrammesenFortranavec uneinterfacewebcommune.ilsfontchacunpartied'unefamilledesatellitesjoviens différenteetilsontaussidesmodèlesthéoriquesdifférentspourdécrireleursorbites. L'interface web est maintenant seulement sur intranet car elle est encore en développement.quandilseraterminé,celogicielpermettralecalculdesascensions droitesetdéclinaisonsdessatellitesnaturelsparrapportauxplanètesdansuneéchelle detempschoisieauxdatesvoulues,soitd'aprèsunfichiermpcousoitd'aprèsunedate dedépartetunpas.actuellement,avecletravailréalisédanslecadredecestage,les satellitesdejupiteretphoebédesaturnesontlesseulsàpouvoirêtretraités.tantque l'optionn'estpasvalablepourtouslessatellitesdesplanètesextérieuresàlaterre,la pageresteraseulementaccessibleenintranet. Leséphéméridespourlesdeuxsatellitessontcalculéesenprincipedelamême manière. D'abord, par milieu des CGI de l'interface «utilisateur programme de calcul»,ilfautdéterminerlesatellitepourlequell'onveutcalculerleso C.Unefois quelesatelliteestdéfini,lesoptionsnormalementchoisiesautomatiquement,comme: lechoixdesunitésdesrésultats,l'échelledetemps(utcoutt)etlesdatesducalcul ouladatesuivied'unpasetchoixdecalculounondeso C,sontvérifiés.Dansnotre cas,ilnefautpasmettreunedateinitialesuivied'unpas,ilestnécessairedefournir lesdifférentesdatesd'observationetlescoordonnéeséquatorialescorrespondantau satellite. ParcequenotreintérêtparticulierestdecalculerlesO Cpourcertaines datesspécifiquesquin'ontpasforcémentunécartdetempségalentreellestoutes. Cesdonnéessesonttrouvéesauformatcorrectdanslesfichiersmpcquiontétécréés àlafindelaréductionastrométriquesouspriam.donclecalculestprêtàêtrelancé et le travail, avant sur les CGI de l'interface web, retombe maintenant sur le programmerespectifdecalculfortranselonlesatelliteétudié. Lapremièrepartieduprogrammeestdédiéàl'initialisationetàladéfinition desparamètresnécessairespourlescalculs.elleprendlesdonnéesducgiencréant lefichiertemporel«pourobs»correspondantaufichiermpcfourni.puisquelecgi Stageélèveingénieur 47

GOMEZMAQUEOCHEWYilen accepte un format flexible, les dates des mpc reçues sont alors arrangées uniformémentdansunautrefichiertemporel«pourobsbis». Lepourobsbisestlu pour lire la date de début et la date de la fin et pour compter le nombre des observationsdonnées. Lafenêtred'écritureoùtouslesrésultatsserontmontrésaux utilisateursestouverteetl'en têted'introductionestécrit.lasous routinedécrivant l'orbitethéoriqueetquipermetd'obtenirlapositioncalculéeestappelée. Elleest différentepourchacundesdeuxsatellites.lesvaleurscalculéespouralphaetdelta sontlescoordonnéesgéocentriques,c'est à direcoordonnéescentréessurlecentrede laterre.unefoisqu'ellessontcalculées,l'onpasseauxcalculsdeso C.Avantle calcul,ilfautfairelaconversiond'alphaetdedeltaencoordonnéestopocentriques, c'est à direcoordonnéescentréessurunobservateursituédanslasurfacedelaterre, pourqu'ellessoientenconcordanceaveclescoordonnéestrouvéesd'aprèslaréduction astrométrique.lacomparaisonentrelesdeuxdonnéesestfaiteetimpriméedansla fenêtrederésultats. Laprogrammationauseindel'IMCCEestfaitedemanièreà optimiserla créationetl'exploitationdesesprogrammesdecalcul.elleconsisteprincipalementen unebasededonnéesforméeparungrandnombredesous routinesquifontchacune des tâches spécifiques. Ces sous routines sont analysées et vérifiées par les chercheurs de l'imcce afin qu'elles soient toujours correctes et que leurs tâches soient atteintes. Par exemple, si pour accomplir son travail, le programmateur a besoindefaireuneconversiondeladatedonnéeenannée,mois,jour,heure,minute, secondeetdécimalesdesecondeenunedateenjourjulien(l'échelledetempsutilisée pardesastronomesetquiaunformatenjouretfractionsdejour),ilnedevraque prendrelasous routine,appeléedatejj,quifaitcetteconversionetquiaétévérifiéde bienlefaire.celaréduiténormémentleserreursdeprogrammationetparconséquent rendplusprécislescalculs,critèretrèsimportantpourleséphémérides. Aussi,ce systèmedeprogrammationrendlesmisesàjouretcorrectionsplussimplespuisquesi un problème est trouvé sur une sous routine, une fois qu'elle est corrigé il faut seulementlaremplacerdanslesautresprogrammesquiontbesoind'elle.pourqueles programmesmarchentcorrectement,ilfautsavoircommentellesfontleurcalculpour pouvoirbienlesinitialiseretbienreprendrelessortiespourlasuite. Stageélèveingénieur 48

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Stageélèveingénieur 49

GOMEZMAQUEOCHEWYilen a. Léda DanslecasdeLéda,leprogrammenécessairepourcalculerseséphémérides etleso Cétaitdéjàfait.Néanmoins,pendantsonutilisationpourletraitementdes observationsdecesatellitefaitesdès1998,dontbeaucoupontétéréduitesaucoursde cestage,uneerreurinformatiqueou«bug»aétédécouvert. Cetteprogrammation remontaitauprintemps2001.enfait,cebugapparaissaitquandilyavaitunécartde temps trop prononcé entre les dates d'observations fournies, et les coordonnées calculéesd'aprèslathéoriedevenaientfaussesetleso Cdevenaienttrèsforts. Par contre,silesmêmesdonnéesétaienttraitéesséparément,lesrésultatsobtenusétaient corrects.leprogrammen'avaitjamaisététestéauparavantdansdetellesconditions puisquelesobservationsréduitesquiétaientdisponiblesencetemps làétaientpeu nombreuses. D'abord,uneanalysedétailléeduprogrammeaétéfaitepourtrouverlacause de ce problème. Elle était dans la sous routine de calcul qui détermine l'orbite théorique.desfauxcoefficientsdelafonctiond'approximationétaientprispourles dates éloignées. Cela était dû au but original du programme, quand au lieu de travailleravecdesobservationsindépendants,ilfallaitdonnerunedatededépartet calculerlasuiteselonunpas(unécartdetempsentrelesdates)définipourunnombre déterminédedates. Pourlecorriger,ilafallutfaireunevérificationdel'écartde temps entre une date et la suivante (pour voir le programme Fortran se référer à l'annexej).d'aprèsplusieursessaisavecdesconfigurationsdifférentes,lalimitede cetécartaétédéfiniecommede700jours.sil'écartestplusgrandquelalimite,les coefficientsdelafonctiond'approximationsontreinitalisés.etdonclesrésultatsque l'on obtient sont corrects (pour voir un exemple des résultats avant et après la correctionduprogrammeseréféreràl'annexek). Une fois que le programme était débuggé, le calculs des O C pour les observationsontétéfaits. Lefichiermpccorrespondantauxobservationsréduites pourlédaauntotalde373entréescomprisentreaoût1998etjanvier2003(pourvoir àdétailcefichierseréféreràl'annexel). Pourbiencomprendrelefonctionnementduprogramme,unexempleestdécrit danslasuiteaveclesobservationsfaitesle15janvier2003. Le fichier des dates et des observations doit obligatoirement contenir 13 Stageélèveingénieur 50

GOMEZMAQUEOCHEWYilen valeursnumériquesséparéespardesblancs(lenombredesblancspeutvarier),selon l'ordreci dessous;touteslesvaleursau delàneserontpasprisesencomptejusqu'àla colonne128;lessignessontobligatoirementcollésaunombresuivant. Ellessontprésentéesdansleformatacceptéparl'interface: An M Jr Date h m s h Alpha m s Delta o ' '' Col 56 (par exemple) Code Obs. Marsden 2003 01 15 3 0 28.519 09 16 32.9322 +16 55 18.372 511 J20030115 2003 01 15 3 8 38.399 09 16 32.7771 +16 55 19.140 511 J20030115 2003 01 15 3 24 40.394 09 16 32.4452 +16 55 21.439 511 J20030115 2003 01 15 3 32 43.914 09 16 32.3111 +16 55 22.365 511 J20030115 2003 01 15 3 45 19.399 09 16 32.0570 +16 55 24.068 511 J20030115 CesdonnéessontdoncfourniesauprogrammedecalculparmilieudesCGI,le fichierpourobsestcrééetestlesuivant: 2003 01 15 3 0 28.519 09 16 32.9322 +16 55 18.372 511 J20030115 2003 01 15 3 8 38.399 09 16 32.7771 +16 55 19.140 511 J20030115 2003 01 15 3 24 40.394 09 16 32.4452 +16 55 21.439 511 J20030115 2003 01 15 3 32 43.914 09 16 32.3111 +16 55 22.365 511 J20030115 2003 01 15 3 45 19.399 09 16 32.0570 +16 55 24.068 511 J20030115 Évidemment, ce fichier est exactement pareil aux données fournies par l'utilisateur. Cela démontre que l'interface marche comme il faut pour permettre l'introductiondesdonnéesetledémarrageducalcul.lefichierpourhomogénéiserce dataetrejetercequinenousintéressepasetappelépourobsbisestdonccréé: 2003 2003 2003 2003 2003 1 1 1 1 1 15 15 15 15 15 3 0 28.5190 3 8 38.3990 3 24 40.3940 3 32 43.9140 3 45 19.3990 9 9 9 9 9 16 16 16 16 16 32.9322 32.7771 32.4452 32.3111 32.0570 16 16 16 16 16 55 55 55 55 55 18.372 19.140 21.439 22.365 24.068 511 511 511 511 511 Aprèslalecturedecesdatesfournies,l'en têteestimprimésurlafenêtredes résultats: Stageélèveingénieur 51

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Ces résultats sont dans le fichier: /usr/local/apache/htdocs/tmp/ephesat/leda-18-42003-19558 que vous pouvez rapatrier sur votre machine =================================================================================== EPHEMERIDES DU SATELLITE LOINTAIN DE JUPITER - LEDA - (Satellite J13) (c) Bureau des longitudes - Magnitude visuelle a l'opposition:20.0 L'usage professionnel ou commercial de ces ephemerides est soumis a autorisation =================================================================================== L'Echelle de temps est le Temps Universel Coordonne Le repere est un repere equatorial terrestre J2000 Les O-C sont calcules Stageélèveingénieur 52

GOMEZMAQUEOCHEWYilen Lathéorieestdoncappeléeetunepartiedelamatrice«raldel»quisertà ordonnerlesdonnéesfourniesetcalculéeestremplie.cettematriceestrangéepar colonneetchacunedeseslignescorrespondàunedesdatesfournies.lescolonnes ontlasignificationsuivante: lapremière ladeuxième latroisième laquatrième lacinquième lasixième laseptième lahuitième laneuvième ladixième laonzième ladouzième latreizième laquatorzième laquinzième lesalphasobservéesenheures, lesdeltasobservéesendegrés, lesalphascalculéesenheures, lesdeltascalculéesendegrés, leso Cdesalphasenheures, leso Cdesdeltasendegrés, lejourenjourjuliens lamoyennedesalphas lamoyennedesdeltas lenumerodel'observatoire ladistanceentrelaterreetl'astre lesigmaenalpha lesigmaendelta l'écart typeenalpha l'écart typeendelta Leremplissagedutableauaprèslecalculdescoordonnéescalculéesestencore partiel.lamatricen'estcomplétéequ'aprèslecalculdeso Cetdesécarts types. Les coordonnées astrométriques de Léda avec un repère géocentrique qui viennentd'êtrecalculéessontimpriméesàl'utilisateur: Commecescoordonnéessontgéocentriques,uneconversionàcoordonnées topocentriquesestfaite.lescoordonnéesobservéessonttopocentriquescarellessont prisesdepuisunendroitspécifiquesurlaterre. Cetendroitaunelongitudeetune Stageélèveingénieur 53

GOMEZMAQUEOCHEWYilen latitude respectives qui vont le situer sur la surface de la Terre. Par contre, les coordonnées calculées sont géocentriques car la théorie est faite pour qu'elle soit applicable dans tous les cas. Pour faire une comparaison entre les deux, il est indispensablequelesrepèresdansledeuxcassoient,enfait,lemême. Aprèslaconversion,lesO Cpeuventêtrecalculéesetenmêmetempsles écarts typesd'alphaetdedelta.cesrésultatssontdoncécritssurlafenêtredesortie pourquel'utilisateurpuisses'enservir. Cettefenêtreestfermée,unefoisquetoutestimpriméetleprogrammese termine.lafenêtredesortieestcomplète(pourvoirlafenêtrecomplèteseréférerà l'annexem). Le calcul des O C de Léda avec les données obtenues de la réduction astrométriques des observations à l'aide du programme de calcul Fortran que l'on viensd'expliquerestalorsfaitetonobtientlesgraphiquessuivantes. Lapremière nous montre les O C en ascension droite ou, une fois que les données correspondants aux O C forts ont été négligés de façon à avoir une meilleure Stageélèveingénieur 54

GOMEZMAQUEOCHEWYilen comparaisonentrelesdonnéesutilisées.etladeuxièmeestlagraphiquedeso Cen déclinaisonou. O C Ascensiondroite Stageélèveingénieur 55

GOMEZMAQUEOCHEWYilen O C Déclinaison Stageélèveingénieur 56

GOMEZMAQUEOCHEWYilen b. Callirrhoe PourCallirrhoe,leprogrammeFortranquicalculeseséphéméridesetsesO C aétédéveloppédepuissondébutpendantcestage(pourvoirleprogrammefortranse référer à l'annexe N). L'analyse du programme pour les calculs de Léda a servi commebaseàlaprogrammationdecetautrecar,àpriori,lefonctionnementrestait toujourspareil. D'abord,l'interfacewebdudébutaduêtreadaptée(pourvoirles sourcesdescgiethtmldel'interfaceseréféreràl'annexeo).l'interfaceancienne necontenaitpaslechoixdetraiterlesobservationsdesnouveauxsatellitesdejupiter, au délàdeléda,c'est a direqu'ilafallutajouterlessatellitesquiontlesnuméros provisoires: S/1999 J1 (Callirrhoe), S/2000 J1, S/2000 J2, S/2000 J3, S/2000 J4, S/2000J5,S/2000J6,S/2000J7,S/2000J8,S/2000J9,S/2000J10etS/2000J11. Alorscesderniersontétéajoutéspourquelebonprogrammedecalcul,celuifaitau coursdecestage,soitappeléaubesoin.lerestedesoptionsestrestépareil.lecgi qui envoieles paramètres fournis par l'utilisateur parl'interfaceauprogramme de calculaété aussimisàjourpourquelesvaleurscorrectessoiententréesdansle programme. Callirrhoeetlerestedesnouveauxsatellitesjovienssontdescorpsquiontété découvertsilyaseulementquelquesannéesetpourdesquelslesobservationssontpeu nombreuses.celarenddifficileledéveloppementd'uneorbitethéoriquecorrecteet spécifiquepourchaquesatellite,alorslesmouvementsdecesnouveauxcorpssont décritsparunmouvementképlerien(poursavoirplusdesloisdeképlerseréférerà l'annexep).cettethéorieesttrèssimpleetelleestutiliséepourdécrireladynamique detouslesnouveauxcorpsdusystèmesolairetantqu'unethéoriespécifiquen'estpas crééeparlesscientifiquesdédiésàcetterecherche.enfait,lathéorieétaitétabliepar rapportauxobservationsdel'année2000. Pourcela,pendantqueletempspasseet quel'ons'éloignedecettedate,leso Ccalculéesparceprogrammedeviennentde plusenplusfausses. LefichierdesobservationsréduitesdeCallirrhoecomprend,dèsnovembre 2000àlafindécembre2002,seulement87dates(pourvoiràdétailcefichierse référerà l'annexeq). LeprogrammedecalculdescoordonnéesetO Calemême principequececidelédaetparconséquentunexempledefonctionnementn'estpas donné. LecalculdesO CdeCallirrhoeàl'aideduprogrammedecalculFortranque Stageélèveingénieur 57

GOMEZMAQUEOCHEWYilen l'onviensd'expliquerestalorsfaitetonobtientlesgraphiquessuivantes.lapremière nousmontreleso Cen etladeuxièmeestlagraphiquedeso Cen. Stageélèveingénieur 58

GOMEZMAQUEOCHEWYilen O C Ascensiondroite Stageélèveingénieur 59

GOMEZMAQUEOCHEWYilen O C Déclinaison Stageélèveingénieur 60

GOMEZMAQUEOCHEWYilen V. Conclusion Aucoursdecestage,j'aiapprisbeaucoupplusdeschosessurdenombreux pointsdevuequejen'enauraisjamaisimaginé.toutd'abord,c'estlepremierstage quej'effectueauseind'unlaboratoire.decettefaçon,j'aiétéintroduiteàl'ambiance scientifique,àlarecherchequisansdouteestdifférenteàuneentreprise. Unedes grandesdifférencesentrecesdeuxestlamanièred'atteindrelesobjectifsétablis.pour unchercheur,lecheminestinconnu,c'estluiquidoitleproposeretlesuivre. Du premier coup, il ne vas pas forcément le trouver et il doit revenir au début du problèmeavantdepouvoircontinuer. S'ilavisealorsuneautrepossiblesolution,il doitessayerencoreunefoisdecomplétersatâche.mais,s'ilsetrompe,ilfautencore reculer. C'estlefameuxprinciped'«essai erreur»quifaitdeprogrèspetitàpetit. Mêmes'ilneaccompliepascomplètementlebut,ilaquandmêmeavancélarecherche etaumoinsilsaitcommentilnefautpasfaire,cequirendrel'investigationplus précise. Plus spécifiquement, j'ai vu comment travaillaient les chercheurs en astronomie,etj'aipudiscuteraveceuxdeleurtravail. La base du travail réalisé pendant ce stage est composée d'abord par les observations. Le séjour à l'ohp m'a fourni une introduction très complète à l'observation astronomique: la planification, la réalisation et l'analyse des observations,lesinstrumentsnécessaires,lerèglementquigèreunobservatoire,les politiquesdetravail.endehorsducôtéscientifique,ilm'apermisd'apprendresurla vied'unastronome. Lemétierd'astronomedépenddefacteursendehorsdenotre portée,spécifiquementdutemps. Ilyadesphénomènesspectaculairesquiarrivent seulementchaquemilliardd'années. Mêmesilespréparatifspréalablespourrendre possiblel'observationduphénomènesontdéjàfaits,toutel'instrumentationestprêteet onsedéplacedeskilomètresetkilomètrespouravoirunmeilleurchampdevision,si lecielestcouvertonnepeutrienfaire.tantquecetinstantn'estpasencorepassé,ily a toujours l'espoir de trouver un trou entre les nuages permettant d'observer le phénomène.maissil'instantestdéjàpassé,laseulechoseàfaireestdereporterla tâcheauxgénérationsfutures. Pour la réalisation de la réduction astrométrique, il a fallu apprendre l'utilisationdeplusieurslogicielsspécialisés.ilsn'estpastoujoursfaciledes'enservir carlaplupartentreeuxsontdeslogicielsenphasepréparatoireetontplusieursbugs. Ilfautêtreattentiveetconnaîtrelesprocédurespourdépannerledéroulementdela Stageélèveingénieur 61

GOMEZMAQUEOCHEWYilen réductionencasoùlesproblèmesseprésentent.toutaucoursdelaréduction,ila fallutravaillersurlesdifférentsserveursduréseauinformatiqueselonladisponibilité deslogicielsdanschacun. Celafaisaitlasuitedutravaild'unejournéeàuneautre compliquée. Commechaqueséried'imagesàréduireavaitaumoinsunetrentaine d'étoilesderéférence,lepointageaveclasourispourlespositionnerdanslechamp était laborieux et un peu mécanique. De plus, si au cours de cette partie, on se trompait,ilfallaitrecommencer. Del'autrecôté,j'aidéveloppéunméthodesurle travailréalisésurpriampourlerendreplusefficace.celan'estpasévidentcarchaque fichier.datintroduitpoursonanalyseadesvariationsàcausededifférentserreurs d'observation,erreurstechniqueseterreursdepointage.cettepartiedelaréduction pouvaitêtretrèsaléatoire.leméthodealorsconsistaitenanalysertouslespossibilités avantderemueruneétoilepourgarderleplusgrandnombred'étoilesderéférenceen réduisant l'écart entre la position des étoiles selon le catalogue et la position par rapportàl'algorithmeobtenueparpriam. LecalculdesO Cétaitlapartieplusintéressantcarelleétaitlaplusprèsde l'obtentiondesrésultats.unefoisquelesprogrammesdecalculontétéfaits,leso C obtenuesnousdonnaientunebasesurlaquelledévelopperlathéorie.pourleso Cde Callirrhoe,ilafallutprendrelescoordonnéesthéoriquesfournisparleJPLcarelles étaitpluscorrectaufuretàmesurequel'ons'éloignaitdel'année2000,pourlequella théoriedel'imcceaété originalementdéfinie. DanslesgraphiquesdesO Cde Callirrhoe,onpeutvoirunsignalsinusoïdalentrequelquespointsaléatoires. Cela nousfournitunbondémarragedel'améliorationdel'orbitedusatellite. Stageélèveingénieur 62

GOMEZMAQUEOCHEWYilen VI.Bibliographie Informationgénérale: http://www.imcce.fr/ http://www.obs hp.com/ http://www.obspm.fr/ Spectrographie: CamérasCCD http://www.amtsgym sdbg.dk/as/ccdintroduction/ccdintro.htm http://www2.globetrotter.net/clubio/module6f.htm http://www.ias.fr/cdp/docu/ccd1.html http://www2.globetrotter.net/astroccd/biblio/berdt600.htm Histoiredel'Astrométrie http://astro.esa.int/gaia/ Jupiteretsessatellites http://users.erols.com/njastro/faas/ http://beaulieu.free.fr/symbolisme/astronomie/jupiter.html CataloguesdesÉtoiles: http://www gsss.stsci.edu/gsc/background/background.html http://www.nofs.navy.mil/projects/pmm/catalogs.html http://stdatu.stsci.edu/cgi bin/dss_form Éphémérides: http://media4.obspm.fr/demo/iufm/chapitre1/souschapitre8/souschapitre1_8.h tml Stageélèveingénieur 63

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeA Fonctionsd'approximation (référence:page4) Stageélèveingénieur 64

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeB Registresd'observation (référence:page24) Stageélèveingénieur 65

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeC En têtefichierfits (référence:page30) Stageélèveingénieur 66

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeD RelationdesnomsdeFITSàBDF (référence:page30) Stageélèveingénieur 67

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeE Fichier.saout (référence:page31) Stageélèveingénieur 68

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeF ProcéduredulogicielFindstar (référence:page31) Stageélèveingénieur 69

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeG Résultatd'approximation (référence:page33) Stageélèveingénieur 70

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeH PrincipedulogicielPRIAM (référence:page35) Stageélèveingénieur 71

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeI Fichier.datpourPRIAM (référence:page36) Stageélèveingénieur 72

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeJ ProgrammeFortranpourLéda (référence:page40) Stageélèveingénieur 73

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeK Exemplesdesrésultatsavecetsans«bug» (référence:page40) Stageélèveingénieur 74

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeL Fichier.mpcdesobservationsdeLéda (référence:pages36et40) Stageélèveingénieur 75

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeM Fenêtredesortiedel'interfaceweb (référence:page43) Stageélèveingénieur 76

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeN ProgrammeFortranpourCallirrhoe (référence:page47) Stageélèveingénieur 77

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeO CGIetHTMLdel'interfaceweb (référence:page47) Stageélèveingénieur 78

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeP LoisdeKépler (référence:page47) Stageélèveingénieur 79

GOMEZMAQUEOCHEWYilen AnnexeQ Fichier.mpcdesobservationsdeCallirrhoe (référence:page47) Stageélèveingénieur 80