Photométrie astronomique professionnelle avec une DSI Pro modifiée

Jeff Hopkins
Observatoire Hopkins Phoenix
Phoenix, AZ

5 septembre 2006

Résumé

L’Imagateur du Ciel Profond couleur (DSI) ne peut pas être utilisé pour la photométrie à filtres astronomiques, contrairement à la DSI Pro. Pour réaliser un travail sérieux, quelques modifications simples de la caméra sont nécessaires.

Ces modifications incluent le remplacement du porte-filtres coulissant par une roue à filtres et l’ajout d’un refroidisseur thermoélectrique (TEC) simple. Grâce à ces améliorations, la DSI Pro (ainsi que la DSI Pro II) offre la possibilité d’effectuer une photométrie astronomique professionnelle avec un télescope modeste, même depuis un site suburbain affecté par la pollution lumineuse. Cet article décrit ces modifications et détaille l’équipement requis pour réaliser une photométrie CCD dans les bandes BVRI avec cette caméra.

Figure 1 : DSI Pro modifiée montée sur un télescope Meade 12” LX200 GPS

Bien que les caméras CCD destinées à l’astronomie existent depuis plus d’une décennie, ce n’est que récemment que des dispositifs CCD abordables et faciles d’usage ont été mis à disposition du marché amateur. Parmi les premiers modèles figuraient les webcams.

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Certains passionnés ont su les adapter pour obtenir des résultats étonnamment qualitatifs. Les webcams donnent leurs meilleurs résultats sur des objets brillants tels que les planètes, la Lune ou pour l’imagerie solaire. Pour l’imagerie du ciel profond, elles doivent être modifiées, des opérations qui dépassent souvent les compétences de nombreux amateurs.

Lorsque Meade a lancé l’Imagateur du Ciel Profond couleur (DSI), la donne a changé. Il devenait alors possible de pratiquer l’imagerie du ciel profond sans avoir à modifier la caméra. De plus, le logiciel AutoStar fourni avec la série DSI est excellent ; il justifie à lui seul le prix de la caméra. Son apprentissage demande toutefois un certain investissement, car sa qualité dépasse largement celle de la documentation fournie.

Deux problèmes empêchent l’utilisation de la DSI couleur pour la photométrie à filtres. Premièrement, la puce CCD de la DSI couleur intègre des filtres RVB, ce qui rend difficile, voire impossible, la recherche de filtres externes compatibles avec le système photométrique standard. Deuxièmement, bien que cela concerne surtout les mois chauds, la caméra n’est pas refroidie et fonctionne à température ambiante.

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Peu après la sortie de la DSI couleur, Meade a commercialisé une version monochrome : la DSI Pro. Celle-ci constitue une excellente base pour une photométrie CCD sérieuse. Étant monochrome, elle est livrée avec un porte-filtres coulissant à quatre positions pour des filtres RVB (vendus séparément). L’avantage d’utiliser la DSI Pro avec des filtres externes réside dans sa plus grande sensibilité et sa meilleure résolution par rapport à une caméra couleur.

Bien que le porte-filtres coulissant inclus puisse techniquement accueillir des filtres photométriques, il apparaît rapidement que cette solution n’est pas idéale. Les filtres photométriques étant coûteux, le fait que le porte-filtres soit ouvert expose ceux-ci à la poussière, à la rosée, aux traces de doigts et aux rayures. Une roue à filtres représente une solution bien supérieure pour maintenir et protéger les filtres.

La première étape consiste à remplacer le support du porte-filtres coulissant par une plaque adaptatrice à profil bas, similaire à celle utilisée sur la DSI couleur (voir figure 2). Cela permet d’éliminer les grandes ouvertures nécessaires au coulissement du porte-filtres et de réduire la distance jusqu’à la puce CCD. Ces adaptateurs peuvent être achetés chez ScopeStuff à l’adresse http://www.scopestuff.com/ pour 37 $.

Note : La pièce de raccord originale de 1,25” peut être utilisée avec le nouvel adaptateur, mais il est préférable de monter la roue à filtres plus près de la caméra que ne le permet cette pièce de raccord.

Le remplacement du support du porte-filtres original par la plaque adaptatrice à profil bas est très simple. Quatre petites vis cruciformes maintiennent l’adaptateur en place. Il suffit de retirer ces vis ainsi que l’adaptateur d’origine, puis de les remplacer par l’adaptateur à profil bas et de nouvelles vis plus courtes.

Note : Quatre vis à tête hexagonale situées aux coins de la caméra assurent son assemblage. Ne retirez pas ces vis pour cette modification.

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Figure 2 : DSI Pro d’origine avec son porte-filtres coulissant et ses adaptateurs (profil bas / original)

Une fois l’adaptateur à profil bas installé sur la DSI Pro, l’étape suivante consiste à ajouter une roue à filtres. Plusieurs modèles sont disponibles sur le marché, avec des prix variant de moins de 100 $ à près de 1 000 $. Un excellent compromis est la roue à filtres manuelle ATIK. Elle est également disponible chez ScopeStuff pour 199 $. Bien conçue, cette roue peut accueillir jusqu’à cinq filtres à visser de 1,25”.

La figure 3 montre la caméra équipée de la roue à filtres ATIK et d’un réducteur de focale F/3,3. Ce réducteur a pour but d’élargir le champ de vue de l’imageur, facilitant ainsi grandement la localisation des étoiles et l’inclusion d’étoiles de comparaison dans le même champ.

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Figure 3 : DSI Pro modifiée avec roue à filtres et réducteur de focale F/3,3

Pour la plupart des applications de photométrie, l’utilisation de filtres spécifiques est indispensable. Les filtres RVB fournis avec la DSI Pro et la DSI Pro II ne conviennent pas comme filtres photométriques.

En photométrie CCD, cinq types de filtres photométriques sont couramment utilisés : ultraviolet, bleu, visuel, rouge et infrarouge (UBVRI). Bien qu’il existe d’autres filtres, ceux-ci sont les plus répandus. À moins de prévoir l’utilisation d’un télescope de taille métrique, le filtre U sera peu utile, car la puce CCD de la DSI Pro n’est pas sensible dans cette bande spectrale. Prévoyez donc d’utiliser uniquement les filtres BVRI.

Plusieurs fournisseurs proposent ces filtres. Astrodon offre le meilleur rapport qualité-prix avec un ensemble de filtres BVRI à 309 $. Consultez les Filtres photométriques UBVRI Schuler chez Astrodon à l’adresse http://www.astrodon.com/products/product.cfm?CatID=4

Les caméras de la série DSI utilisent un refroidissement passif à température ambiante. Elles fonctionnent bien lorsque les températures nocturnes sont fraîches.

Toutefois, il reste nécessaire de créer et de soustraire des images noires (dark frames) de chaque image afin d’éliminer les pixels chauds. Durant les mois d’été à Phoenix, en Arizona, les températures dans l’observatoire peuvent atteindre près de 100 degrés Fahrenheit à minuit. Dans de telles conditions, même la soustraction d’images noires s’avère inefficace.

L’ajout d’un système de refroidissement à la DSI Pro a débuté comme une expérience visant à déterminer ce qu’il était possible de faire avec un coût et des modifications minimaux.

Note : Cette modification de refroidissement peut être appliquée à toutes les caméras de la série DSI. Outre la réduction du courant d’obscurité, le refroidissement augmente la sensibilité de la caméra.

La méthode la plus simple pour refroidir le CCD consiste à utiliser un refroidisseur thermoélectrique (TEC). Les TEC sont des dispositifs fascinants. Ils se composent d’un empilement de semi-conducteurs pris entre deux plaques métalliques.

En appliquant une tension continue aux bornes des plaques, l’une chauffe tandis que l’autre se refroidit. La quantité de chaleur et de froid produite peut être surprenante. Il faut toutefois prendre soin d’éviter toute surchauffe lors des expérimentations. Un dissipateur thermique est essentiel du côté chaud.

De la pâte thermique doit être appliquée sur les deux surfaces des plaques pour assurer un transfert efficace de la chaleur et du froid.

Certains remarqueront l’absence de régulation de température ou de capteur. Bien qu’il soit possible d’en ajouter, cela augmenterait la complexité du montage. L’absence de régulation de température ne pose pas de problème majeur.

Si l’on laisse la caméra fonctionner sous tension avec le refroidissement activé pendant 15 à 30 minutes, la température se stabilise naturellement. La température exacte atteinte importe peu. Une fois la stabilisation obtenue, il convient de capturer de nouvelles images noires pour la soirée en cours. Cette procédure donne d’excellents résultats.

Pour les composants, je recommande les éléments suivants :

• TEC 40 mm, référence PJT-7 @ 14,75 $
• Alimentation 12 VDC 3,5 A, référence PS-1231 @ 15,85 $
• Dissipateur thermique avec ventilateur 12 VDC, référence