bételgeuse - salsa j
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Groupe international d’astrophysique Hands-On-Universe1
Contact : Suzanne FAYE, professeur de Physique en PC* au lycée Chaptal, Paris mfaye@club-internet.fr
A – EMISSION, ABSORPTION, DISPERSION.
1 – Décomposer la lumière = « étaler » le spectre = dispersion
Pour analyser la lumière qui vient d’une étoile, on utilise un système dispersif appelé
spectroscope, c’est-à-dire un dispositif, à prisme ou à réseau, qui « étale » la lumière en
fonction de la longueur d’onde.
2 – Emission – Absorption
- Les étoiles émettent une lumière qui donne, si on la décompose avec un spectroscope,
un spectre continu de lumière, à la manière d’un arc-en-ciel; la photosphère des étoiles
contient des atomes qui absorbent certaines longueurs d’onde (raies sombres): à
chaque atome, son spectre de raie = sa signature quantique.
Une cellule CCD n’enregistre pas les couleurs, mais les énergies, qui apparaissent sur l’écran
en niveaux de gris. Spectre de l’étoile Bételgeuse- Observatoire de Haute-Provence :
Un logiciel de traitement d’images peut ensuite modifier les niveaux de gris ou donner de
fausses couleurs, et tracer la courbe des énergies en fonction du numéro de pixel2.
1 Pour en savoir plus sur le groupe Hands-On-Universe, voir Annexe 2 ; on peut aussi chercher H.O.U. sur
Internet et pour la partie européenne, chercher EU-HOU. Logiciel gratuit sur le Net : Salsa J
Bételgeuse, géante
rouge
Constellation
d’Orion
2
B - TRAITEMENT D’IMAGES SALSA J (disponible sur EU-HOU)
1 - Dans le logiciel de traitement d’images, vous disposez de barres de taches ; vous allez
d’abord ouvrir une image
2 – Les fichiers du débutant
L’image ouverte avec le logiciel Salsa J peut apparaître renversée en noir et blanc.
- Dans « Opérations », « Rotation », choisir « symétrie verticale »: votre chat a de nouveau la
tête « haute » !
- Dans « Palette de couleurs », remplacer « Noir & Blanc » par « Feu », voici les chats en
fausses couleurs; « montrer la palette » permet d’afficher la correspondance entre fausse
couleur et intensité.
- Si vous agrandissez suffisamment une zone de l’image, vous verrez apparaître des carrés, les
pixels.
Pour cela, prenez l’outil « loupe » et cliquez, au besoin plusieurs fois, sur la zone que vous voulez
agrandir.
2 Pixel : Picture Element, « godet » ; les pixels, disposés en damier, constituent la cellule CCD Coupled Charge
Device.
Fichier Image Opérations Analyse
Couleurs … Fenêtre de mesures
Rotation Photométrie
Palette de couleurs
Ouvrir
Ouvrir une image pour
obtenir les autres
fonctionnalités
Montrer la palette
Coupe
Salsa J peut ouvrir de
nombreux formats( fts,
jpeg… et effectuer les
conversions entre formats)
Images au
format fts
des
astronomes
Image au format jpeg de
photo numérique grand
public, ou obtenu avec un
scanner de photo papier
3
Trait à
tracer pour
préparer
une coupe
A utiliser quand vous avez
demandé
Analyse/Photométrie
4
C – SPECTROSCOPIE
1 - Outil « Coupe »
Barre de taches, cliquez sur la case
Tirez un trait à travers les oreilles du chat.
Dans « Analyse », choisissez « Coupe » ;
Apparaît alors sur l’écran une coupe en intensité le long du
trait que vous aviez tracé.
Sinon, modifier dans options les échelles d’ordonnées
notamment.
La coupe à travers les oreilles du chat montre deux pics de
la lumière renvoyée par les oreilles du chat.
On peut dire que l’on a réalisé le spectre démission de la
lumière par les oreilles du chat.
☺☺☺☺
Et sans se faire tirer
la moustache ! Plus fort
qu’une coupe
de coiffeur !
« Spectre » obtenu par « Coupe » le long des oreilles du chat
Dans ce « spectre », l’abscisse est un numéro de pixels,
représentant la position du pixel ; l’ordonnée est une intensité
(Cf palette de couleurs).
5
SPECTROSCOPIE suite
2 - PHOTOMETRIE
Dans « Analyse », choisir « Fenêtre de mesure », puis « Photométrie ». Cliquer ensuite sur le
symbole ; cliquer enfin sur un œil du chat
Et vous obtenez les informations suivantes :
Intensité (ici 1728, 72) sur le pixel d’abscisse numéro x (ici 350) et d’ordonnée numéro y (ici
792).
Quelques commandes :
Penser à arrêter la photométrie dans « Analyse / Arrêter la photométrie ».
Variante
Relever point par point les valeurs abscisse, ordonnée, (en pixels) et l’intensité
☺☺☺☺
T’as de
beaux yeux,
tu sais.
Mon œil !
6
Spectre d’une étoile
Prenons de même une image de spectre d’étoile, montrant l’intensité en fonction de la
longueur d’onde. Chaque pixel analyse une longueur d’onde différente. L’exemple ci-dessous
étudie l’étoile Bételgeuse d’Orion.
Ici, les atomes de la photosphère absorbe certaines longueurs d’onde du spectre continu émis
par l’étoile ; d’où pics d’absorption.
Nous allons agrandir la zone du double pic d’absorption pour en faire une coupe point par
point; pour cela, utiliser la loupe de la barre de tâches, cliquer sur la zone du double pic, puis
tracer la droite de coupe y=constante; relever les intensités I de chaque pixel le long de la
ligne x=[xmin, xmax].
Tracer la courbe I (x).
Zone correspondant au
pic principal
d’absorption, zone à
agrandir
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AGRANDISSEMENT ET COUPE DANS LA ZONE DU DOUBLE PIC PRINCIPAL D’ABSORPTION
405 32066 428 6576
406 32210 429 6814
407 32010 430 7813
408 31754 431 10237
409 31335 432 13834
410 32097 433 18131
411 32528 434 18818
412 31541 435 16026
413 32509 436 13947
414 31916 437 12929
415 32016 438 12722
416 32060 439 12735
417 32684 440 12910
418 31904 441 14203
419 31841 442 14902
420 30548 443 16470
421 29318 444 17082
422 28187 445 18487
423 23796 446 18768
424 17725 447 19630
425 12672 448 20836
426 9556 449 20961
427 7669
450 21966
Exemple de tableau numéro de pixel/ intensité :
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TRACE DE LA COURBE INTENSITE EN FONCTION DE X, AVEC REGRESSI
Les photos utilisées dans l’exercice (Chats et spectre de Bételgeuse) sont fournies directement
au format FITS3 des astronomes.
VOUS POUVEZ AUSSI FAIRE VOS PROPRES PHOTOS (Personnages, observations
d’astronomie…) ; si vous utilisez un appareil photo numérique grand public, vos photos sont
au format JPEG4 le plus souvent. Pour passer du format JPEG au format FITS, et utiliser ainsi
vos photos avec le traitement d’images proposé ici, vous pouvez convertir vos images d’un
format à l’autre.
LA PARTIE EUROPEENNE DU GROUPE HANDS-ON-UNIVERSE unit plusieurs pays pour mettre
au point un logiciel de traitement d’images multi-langues (allemand, anglais, français, italien,
…) ; cette version, nommée Salsa J, est disponible gratuitement sur Internet, et augmentée
progressivement de « beaux » exercices destinés aux élèves et étudiants européens.
Elle permet de réaliser les exemples proposés ci-dessus ainsi que la conversion JPEG-FITS.
VOUS TROUVEREZ SUR LA VERSION SALSA J des tracés automatisés de spectres ; appliqués à
des systèmes binaires : 2 étoiles / une étoile, un corps sombre / une étoile, une exoplanète/ une
étoile, un trou noir… l’étude des spectres permet d’observer des variations par effet Doppler
notamment ; c’est ainsi qu’ont été détectées la plupart des exoplanètes. Suite possible: voir exercice effet Doppler.
3 FITS = Flexible Image Transfert System, format standard en astronomie (adapté à l’ensemble [tables de
données + images] 4 JPEG = Joint Photographic Experts Group, comité regroupant depuis 1986 des professionnels de l’industrie de
l’image. Point fort : taux de compression réglable
9
ANNEXE 1 : Mon chat a aussi visité le radiotélescope de Nançay (Sologne)
Analyse par effet Doppler des signaux radio provenant d’une galaxie :
Les 2 « oreilles de chat » du diagramme des vitesses correspondent aux pics d’émission radio
dans les bras spiraux, qui tournent à 5 km/s autour du centre de la galaxie ; soit + 5 km/s
d’éloignement à droite et – 5 km/s de rapprochement à gauche.
TEMPERATURED’ANTE
-5 0 5 10 15 20 30 Vitesse (km/s)
1665MHz
1667MHz
Tem
pér
atu
re d
’an
tenn
e
- 5 0 +5
Vitesse ( km/s)
- 5 0 +5
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Annexe 2: HOU (Hands-On-Universe); F-HOU (France-HOU); EU-HOU (Europe-HOU)
Un groupe international recherche-enseignement
France : F-HOU
Président :
Roger FERLET
Institut d’Astrophysique
de Paris
Congrès annuels
2004 : Saint-Pétersbourg, Russie
2005 : Pékin, Chine
2006: Observatoire de Haute-
Provence, France
2007 : Tokyo, Japon
2008 : Lisbonne, Portugal
2009 : Porto-Alegre, Brésil
2010 : Munich, Allemagne
2011 : Boston, USA
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