Instruments astronomiques - Université Lille 1

L. Duriez - Instruments astronomiques 2
4 Voir ou détecter des planètes extra-solaires 33
4.1 Détection photométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.2 Détection dynamique par mesures de vitesses radiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4.3 Détection dynamique par chronométrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.4 Détection par microlentilles gravitationnelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5 Bibliographie 36
Dans cette option, on aborde l’astronomie par son aspect observationnel : Sachant que c’est le rayonnement
électromagnétique qui nous transmet l’essentiel des informations émises par les astres, on introduit les notions utiles
de photométrie astronomique et quelques propriétés de la propagation de la lumière. On détaille ensuite comment
les instruments (lunettes et télescopes et leurs capteurs associés) sont conçus et utilisés pour l’acquisition de ces
informations dans le domaine de l’astrométrie, puis de l’astrophysique avec finalement l’exemple de la recherche des
planètes extrasolaires.
1 Notions de photométrie
1.1 Photométrie physique
Une source ponctuelle, telle une étoile lointaine, émet de l’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique
véhiculée par des photons de toutes énergies (dépendant de la fréquence ν ou de la longueur d’onde λ du rayonnement
associé) :
E λ = hν = hc
λ
En photométrie globale, on considère l’énergie E sommée pour toutes les longueurs d’ondes ; une source ponctuelle
s émet cette énergie dans toutes les directions. Un écran de surface dS placé perpendiculairement à la direction
du rayonnement venant de s reçoit chaque seconde un flux d’énergie dϕ. L’éclairement de cet écran est par définition :
E = dϕ
dS
On le mesure en W/m 2 . Si la normale à l’écran fait un angle θ avec la direction du rayonnement incident, c’est la
surface projetée qui compte : E = dϕ/dS cos ϑ
L’angle solide dΩ sous lequel est vu, depuis la source s , un élément de surface dS situé à la distance D de la
source, est par définition :
dS cos θ
dΩ =
D 2
On le mesure en stéradians (sr). L’intensité de la source émettant le flux dϕ dans le cône d’angle solide dΩ est par
définition :
I = dϕ
dΩ
mesurée en W/sr. L’intensité d’une source dépend ainsi en général de la direction d’émission, direction définie par le
cône représentant l’angle solide. On en déduit encore :
E = I D 2
Une source non ponctuelle est décomposée en éléments de surface ds . Chaque élément se comporte comme une
source ponctuelle, émettant une intensité élémentaire dI dans une direction faisant l’angle α avec la normale à la
surface ds . La luminance de cet élément de source est par définition :
L =
dI
ds cos α