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Proposition de protocole pour mesurer la distance du Soleil le 8 juin

Comité de Liaison Enseignants et Astronomes

Les moyens actuels permettent des méthodes plus simples que celles utilisées au 19ème siècle. Il suffit d'avoir deux photos du passage de Vénus, prises au même instant depuis deux lieux éloignés et orientées de la même manière. Notre but est d'obtenir avec des moyens simples et avec la participation d'élèves une bonne approximation de la distance Terre - Soleil. A la suite de ces mesures, nous éditerons une fiche pédagogique permettant à d'autres élèves de refaire les calculs.

Ce protocole est proposé après discussion avec Georges Paturel, astronome à l'observatoire de Lyon et président du Comité de Liaison Enseignants et Astronomes, Gilles Dodray, astronome amateur (Calcul de la distance Terre Mars, Cahiers Clairaut automne 2001, Des images pour mesurer la parallaxe de Vénus ou de Mercure, L'Astronomie, mars avril 2003), et Pierre Causeret, astronome amateur (Calcul de la distance Terre-Soleil à partir d'un transit de Vénus, L'Astronomie, février 2000, Calcul de la distance de la Lune par une mesure de parallaxe, Cahiers Clairaut, hiver 2000-2001)

1. Type de photo à réaliser

2. Orientation des photos

3. Le 8 juin

4. Variantes

5. Simulation de calcul

6. En résumé.

 

 1. Type de photo à réaliser

Le but est d'obtenir deux photos de Vénus devant le Soleil prises depuis deux lieux éloignés à la même heure et qu'il faudra superposer. Pour que cette superposition soit plus facile, nous proposons de réaliser deux images montrant au moins la moitié du Soleil. Nous disposerons ainsi d'un diamètre solaire et du pôle sud du Soleil. Il faudra faire des essais de matériel et de photo avant le 8 juin pour être sûrs du résultat.

Différentes techniques sont proposées :

a. Appareil photo reflex argentique derrière télescope de 1,5 mètre à 2 mètres de focale.

C'est une méthode relativement simple. L'appareil photo sans objectif est fixé sur le télescope à l'aide d'un raccord (on trouve dans le commerce des bagues T d'adaptation). Sur le négatif, le Soleil mesurera 18,3 mm et Vénus 0,6 mm pour 2 m de focale.

On choisira une pellicule de 100 ou 200 ISO.

Le temps de pose peut être obtenu avec la cellule de l'appareil. Il faut faire des essais auparavant en variant les temps de pose.

Les filtres : il vaut mieux disposer d'un filtre photographique pleine ouverture (moins dense qu'un filtre visuel), les temps de pose seront plus courts et l'image plus nette.

Difficulté : la netteté n'est pas toujours évidente à faire. Dans les essais qui précéderont, il faudra modifier la mise au point en prenant des repères si c'est possible. On peut aussi utiliser une loupe.

b. Appareil photo numérique à objectif interchangeable.

Même remarques qu'au paragraphe précédent.

Il faudra tenir compte du coefficient correcteur pour obtenir la focale équivalente en 24x36. Un APN avec coefficient de 1,6 derrière un télescope de 900 mm de focale donne l'équivalent d'un 1,44 m de focale en 24x36.

c. Webcam derrière téléobjectif de 300 mm de focale (ou derrière une lunette avec réducteur de focale).

C'est une technique facile. La définition est moins bonne que l'argentique mais elle reste correcte. Pour une ToUCam par exemple (capteur de 480x640) derrière un 300 mm, le Soleil fait environ 490 pixels et Vénus 15 pixels. Son avantage est que la technique est rapide, les images peuvent être envoyées immédiatement et on peut facilement superposer plusieurs images pour réaliser un chapelet.

d. Appareil photo numérique à objectif fixe derrière l'oculaire d'un instrument

Il faut que l'appareil photo soit fixé sur un support pour pouvoir régler précisément son orientation. On choisit l'oculaire pour avoir au moins un demi-soleil dans le champ. Il faudra aussi veiller à ce que l'appareil soit parfaitement dans l'axe pour éviter toute déformation. C'est une technique à tester auparavant.

2. Orientation des photos

C'est un des secrets de la réussite. Le grand côté de la photo devra être orienté est - ouest le plus précisément possible (points cardinaux terrestres). Pour que l'orientation se conserve pendant le passage de Vénus, l'appareil doit être installé sur une monture parfaitement en station.

Pour vérifier l'orientation, une étoile doit suivre le bord du champ au cours du mouvement apparent du ciel (donc sans entraînement). Avec une webcam, on peut fixer sur l'écran de l'ordinateur un fil parallèle au bord et vérifier qu'une étoile suit ce fil. Choisir une étoile assez haute ou au sud pour éviter les problèmes de réfraction.

Cette mise au point sera à tester longtemps avant le transit. On pourra fixer une réglette sous l'appareil photo ou la webcam et prendre des repères sur le télescope pour retrouver rapidement l'orientation. Ce sera utile si le ciel est couvert avant le transit le matin du 8 juin.

En cours d'observation, vérifier que l'appareil est toujours bien orienté. En effet, une mauvaise mise en station amène une rotation du champ photographique qu'il faudra éventuellement corriger.

3. Le 8 juin (toutes les heures sont en heures T.U.)

Si votre monture n'est pas fixe, la mettre en station avant le lever du Soleil en espérant que votre ciel sera dégagé (il faudra commencer tôt, le Soleil se lève autour de 4 h TU en France métropolitaine)

Fixer votre appareil photo ou votre webcam et l'orienter précisément. Si vous avez des repères précis, vous pourrez le faire de jour et vérifier l'orientation sur le Soleil. Sinon, il vaudrait mieux le faire sur une étoile. Attention, quand le Soleil est bas, avec la réfraction atmosphérique qui varie avec la hauteur, le Soleil ne suit pas exactement un parallèle et peut se décaler.

Noter très précisément les heures d'observation des premiers et deuxièmes contacts. L'Institut de mécanique Céleste propose de collecter ces informations pour déterminer la distance du Soleil comme on le faisait au 19ème siècle. C'est aussi intéressant d'y participer.

Faire une image toutes les demi-heures de 5 h 30 à 11 h (T.U.), ce qui fait douze images. Il faudra avoir l'heure exacte à la seconde près (numéro de l'Horloge Parlante : 36 99).

On pourra tripler chaque image pour le temps de pose. 30 secondes avant l'heure, faire une image sous exposée, puis une image au temps de pose prévu à la bonne heure, puis une image surexposée 30 secondes après. En argentique, il faudra prévoir plusieurs pellicules si on veut aussi photographier le début et la fin du transit.

Pour participer au calcul proposé de la distance Terre - Soleil, relever la hauteur du Soleil et son azimut toutes les demi-heures à chaque prise de vue. Un petit appareil gradué très simple sera proposé pour les obtenir.

A la fin du passage de Vénus, noter les heures d'observation des troisièmes et quatrièmes contacts

On pourra observer les jours précédents si la surface du Soleil montre des taches. Cela faciliterait la superposition des clichés.

4. Variantes

a. Webcam derrière télescope

L'inconvénient de la webcam est son manque de pixels. Ce qui peut être compensé par une focale plus grande mais la superposition des images risque d'être plus délicate.

Les images de la simulation qui suivent ont été faites pour une webcam de type ToUcam placé au foyer d'un instrument de 1 mètre de focale. On peut avoir le pôle sud du Soleil (sud au sens terrestre) au milieu du passage avec cet agrandissement et les erreurs d'orientation seront un peu moins importantes à ce moment là.

Pour ceux qui disposent de plusieurs instruments, nous proposons de faire aussi quelques images avec une webcam parfaitement orientée derrière un instrument de 1 m de focale environ aux heures suivantes :

7h45, 8h15 (proche du maximum de 8h20), 8h45. On pourra alors envoyer les images le jour même et avoir la distance du Soleil immédiatement.

b. Chapelet

Réaliser un chapelet par superposition des images obtenues. On reconstitue ainsi la trajectoire de Vénus sur le Soleil.

5 Simulation de calcul

6. En résumé 

* Choisir sa focale pour avoir au moins la moitié du Soleil.

* Mettre l'installation en station en fin de nuit le matin du 8 Juin.

* Orienter précisément le récepteur photo.

* Prendre des clichés toutes les demi-heures exactes. 

* Profiter pleinement du spectacle lors de l'entrée ou de la sortie de Vénus, et noter les quatre instants TU de contacts entre Vénus et le Soleil !

 

 

Si vous êtes intéressés pour participer à ces mesures, je vous propose d'envoyer un mail à l'adresse :

pierre.causeret@wanadoo.fr en notant les instruments utilisés, ainsi que vos questions et vos critiques.

Vous trouverez aussi sur le site du CLEA (http://wvwv.ac-nice.fr/clea) une page sur le sujet.

Espérons que le ciel sera dégagé le 8 juin !

 

 

 

Pour tout contact sur le passage de Vénus :

pierre.causeret@wanadoo.fr

gilles.dodray@chello.fr

Comité de Liaison Enseignants et Astronomes
Laboratoire d'Astronomie, bât. 470
Université Paris Sud 91405 Orsay cedex
Tel / Fax : 01 69 15 63 80

Adresse électronique : clea.astro@astro.u-psud.fr
Site Internet http://wvwv.ac-nice.fr/clea