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Occultation par un objet entouré d'une atmosphère

Lorsque qu'un objet du système solaire entouré d'une atmosphère occulte une étoile, la haute atmosphère joue le rôle de lentille. La phase d'extinction présente des fluctuations d'intensité, reliées à la stratification des couches atmosphériques.

Occultation d'une étoile par Pluton, le 21 août 2002.

Crédit : Observatoire de Paris/ASM

Observations multisites

L'observation de l'occultation sur plusieurs sites permet de déterminer les positions et longueurs des diverses cordes correspondant aux conditions locales d'observation de l'occultation. On en déduit la taille et la forme de l'objet occultant.

Reconstitution de la figure (=profil) de Tethys, satellite de Saturne, suite aux multiples observations de l'occultation du 15 décembre 2002.

Crédit : Observatoire de Paris

Objectifs

Montrer comment une occultation conduit, entre autres, à des mesures inaccessibles par ailleurs : taille et forme de l'objet occultant, sondage de son atmosphère...

Les occultations

Les occultations stellaires sont des phénomènes rares qui mettent en jeu le passage d'une planète ou d'un satellite devant une étoile. Pendant quelques minutes, il est alors possible de sonder avec une très grande précision l'atmosphère du corps, s'il en possède une, de détecter ses anneaux éventuels, ou de mesurer sa taille avec une précision kilométrique.

L'ombre et la pénombre

Une occultation, comme une éclipse, se caractérise par une ombre et une pénombre. La durée de l'ombre dépend essentiellement de la taille de l'objet du système solaire.

La durée de la pénombre dépend du diamètre stellaire (voir en exercice le principe de la mesure, et les échelles de temps associées). Il s'agit là d'une mesure très simple d'une grandeur par ailleurs inaccessible sans interférométrie.

Ombre et pénombre

La taille finie, non nulle, de l'étoile occultée implique une phase de pénombre, durant laquelle le disque stellaire disparaît ou réapparaît peu à peu.

Principe d'une occultation. La durée de la pénombre dépend du diamètre stellaire. La courbe de lumière de l'étoile (en bleu) mesure son flux en fonction du temps.

Crédit : ASM

Pénombre

Difficulté : ☆ Temps : 45 min

On cherche à estimer le diamètre angulaire d'une étoile occultée par un astéroïde.

On note $\omega$ la vitesse angulaire de déplacement sur le ciel de l'objet du système solaire, $\alpha$ son diamètre angulaire, $\beta$ celui de l'étoile. On suppose l'occultation centrale (l'étoile, l'objet occultant et la Terre parfaitement alignés au centre de l'occultation).

Question 1)

Dans une 1er temps, on fait l'hypothèse que le diamètre angulaire de l'étoile est négligeable. Déterminer la durée $\Delta t$ de l'occultation.

Question 2)

On ne suppose plus $\beta$ nul. Déterminer la durée des phases d'ombres et de pénombre. Déterminer les dates t_1 ... t_4 des premier contact, début puis fin de la totalité, dernier contact, en les repérant par rapport à la centralité.

Question 3)

Tracer l'allure de la courbe d'occultation.

Question 4)

A quelle condition peut-on mesurer les diamètres angulaire et linéaire de l'objet, de l'étoile ?

Question 5)

Les objets du système solaire ont typiquement une vitesse angulaire, notée en "/h, de 148/d , avec leur distance au soleil exprimée en UA. La distance a été mesurée à 9.6 UA ; en déduire le rayon de l'objet pour un transit de durée moyenne (repérée par la mi-occultation) de T=12 s.

Question 6)

Chaque phase de pénombre a duré $t=0.6 {\,\mathrm{s}}$ . En déduire le diamètre stellaire, l'étoile étant à $D =4.7 {\,\mathrm{pc}}$ . Comparer le rayon stellaire calculé au rayon solaire.