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Spectroscopie : Le Sol'Ex / Star'Ex

sw80edstarex1m En 2021, l'excellent et créatif Christian Buil a concocté le Sol'Ex, un spectrographe haute résolution à fabriquer et monter soi-même. L'instrument permet selon sa configuration optique et matérielle l'observation du Soleil, ou celle des étoiles et des objets du ciel profond. Christian Buil, présente son projet d'une manière magistrale sur la page dédiée au Sol'Ex qui recèle d'informations, de conseils, d'astuces...
La version originale du spectrographe est bâti autour de l'impression 3D du corps de l'instrument, d'un kit optique composé d' réseau de 2 400 traits/mm, d'une fente de 10µ, d'une lentille objectif de 125mm et d'une lentille collimatrice de 80mm.
Début février 2022, je suis lancé dans l' aventure Sol'Ex. Ne possédant pas d'imprimante 3D, j'ai fait appel à Azur3D Print , société d'impression 3D recommandée sur la page Sol'Ex. J'ai reçu en moins d'un mois un Sol'Ex en grande partie monté, d'une qualité d'impression excellente. Les accessoires optiques ont été commandés à Shelyak Instruments qui propose un kit composé d'un réseau de 2400 tr/mm de 25 x 25mm, d'un doublet de 80mm de focale pour équiper l'objectif collimateur, d'un doublet de 125mm de focale pour l'objectif de la caméra, et de deux doublets d’une focale de 50mm plus un miroir de 15x15mm d'épaisseur de 3mm pour le cube d’autoguidage Star’Ex. Deux porte-oculaire hélicoïdal 1,25" ZWO ont été ajoutés pour la mise au point des deux caméras. Le budget pour l'ensemble des éléments s'élève à 820€. Utilisateur de l' Alpy 600 depuis 2018, j'ai souhaité débuter avec la version Star'Ex.

Montage du Star'Ex

La prestation fournie par Azur3D Print a grandement facilité la réalisation finale du Star'Ex. En effet, dans l'option choisie, vis, inserts, écrous sont fournis et mis en place. Le ponçage, l'ajustement des trous, le taraudage et le montage des principales parties sont réalisés de manière très soignée. Il ne me reste qu'à insérer les différents éléments optiques et à effectuer leurs réglages.
Pour le montage des pièces optiques fournies par Shelyak Instruments, le visionnage des vidéos mises en ligne sur le site Sol'Ex de Christian Buil est incoutournable. Tout y est expliqué dans les moindres détails... Le collage du miroir de guidage de 15x15mm à la colle Epoxy a été la première tâche accomplie par Céline, ma compagne. En attendant le séchage complet de ce collage, j' ai effectué la mise en place du doublet objectif de 125mm et la focalisation de la caméra, une Atik 314L+.

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Première lumière

Après le montage de la fente de 10µ, du doublet collimateur de 80mm et du réseau de 2 400 traits/mm dans le porte-réseau (toujours Céline), c'est la première lumière du spectro sur table. spectresolairem Le réseau est calé sur la raie Hα, une image apparait sur l'écran de l'ordinateur, un peu flou et de travers : ça fonctionne !!! Quelques réglages d'orientation et de netteté plus tard et j'enregistre une serie d'images du spectre solaire autour de la raie Hα avec la ZWO 178MM. Une balade dans le spectre solaire s'impose ensuite en tournant la roue crantée du porte-réseau. Une multitude de raies spectrales, fines, intenses, se dévoilent !!!
L'étape suivante concerne le réglage de la caméra du cube de guidage du Star'Ex. La fente du spectro se réfléchie sur le miroir de guidage de 15x15mm et la caméra de guidage doit se focaliser dessus. Or la caméra utilisée, une ASI ZWO 178MM ne parvient pas à délivrer une image nette de la fente, même en étant utilisée sans le focuser hélicoïdal pour réduire le backfocus. Le capteur de cette caméra semble très éloigné du point de netteté. Je vérifie le montage des deux doublets de 50mm qui se positionnent dans le bloc autoguidage : ils sont dans le bon sens... Je monte alors, en lieu et place du cube du Star'Ex, le module de guidage de l'Alpy 600, avec lequel j'ai toujours utilisé la cette caméra pour le guidage . Et effectivement, après montage du module, la focalisation de la ZWO178MM sur la fente du spectro est obtenue...
Le Star'Ex est enfin prêt à être monté sur la lunette Skywatcher 80ED.

Accessoires de Calibration

Pour la mise en oeuvre du Star'Ex, la fabrication d'accessoires de calibration est nécessaire (boite à flats, porte-ampoules néon). J'ai adhéré au Fab Lab de l'Université de Bordeaux, COH@BIT , dans le but de réaliser certains d'entre eux. L'équipe de COH@BIT met à dispositions de ses adhérants des imprimantes 3D, du matériel de découpe laser, de gravure et surtout de précieux conseils...
• Boite à flats
La source d'éclairage est un kit ruban LED 1.5m, d'une température de couleur 4000K et d'une puissance de 600 lumens acheté dans un magasin de bricolage pour un montant de 19.90€. Le ruban d' ampoules est collé à l'intérieur d'un bouchon de visite en PVC de 125 mm de diamètre extérieur. Pour diminuer et uniformiser la lumière produite par les LED, une feuille de papier calque a été insérée entre deux disques de plexiglass transparent, découpés au Fab Lab par laser. Des morceaux de fil de fer gainé espacés de 120° viennent maintenir l'ensemble. La boite émet une lumière uniforme, pas vraiment puissante. Après essais, il s'avère que des poses unitaires de 30s sont necessaires pour avoir un signal utilisable.
• Porte-ampoules néon pour la calibration latérale des spectres.
Christian Buil propose, pour les images de calibration néon , une méthode originale consistant à prendre le spectre du néon en même temps que les images du spectre de l'objet observé. Les ampoules néon sont donc placées à l'entrée de l'instrument d'observation et éclairent en permanence le capteur de la caméra-image. Pour réaliser cette manip, un porte-ampoules, imprimé en 3D au Fab Lab, a été collé à l'intérieur d'une section de tuyau PVC de 125mm. Des références d'ampoules néon sont données sur le site Sol'Ex. J'ai retenu les ampoules Barthelme 00022340 Luciole 230 V 0.40 W E10 achetées chez Conrad France. Elles se vissent sur des supports d'ampoule BELI-BECO L40/124 E10. Pour alimenter l'ensemble et limiter les risques électriques, un convertisseur 12 V DC - 220 V AC 150 W vient compléter ma commande. Le coût de cette dernière s'est élevée à environ 80€ (six ampoules néon, cinq culots et le convertisseur).
Céline s'est occupée de la fabrication et du montage de la boite à flats et du support 3D des ampoules. Les deux réalisations sont prévues pour s'insérer facilement sur le pare-buée de la lunette SW80ED.
• Quatre porte-fibre, toujours pour la calibration latérale des spectres, ont également été imprimés en 3D au Fab Lab. Les fichiers STL pour cette impression on été réalisé et mis à disposition par Christophe Gervier sur la liste de diffusion Solex-project, liste qui constitue une véritable mine d'information, de conseil, d'expérience etc... 10 mètres de fibre optique plastique ont été commandées chez Conrad France pour un tarif d'environ 22€. Les quatre morceaux de fibre sont mesurés et découpés à la demande, puis insérés dans leur porte-fibre. Ils sont éclairés par une ampoule néon référencée ci-dessus. Un petit cylindre imprimée en 3D permet d'un côté de recevoir l'ampoule néon et de l'autre les quatre fibres optiques qui partent à l'entrée de la lunette. L'ensemble est alimenté de la même manière que le porte-ampoules par le convertisseur 12 V DC - 220 V. Je n'ai pas encore procéder à des essais sur les étoiles de ce système de calibration latérale. À suivre dès que le ciel le permettra...

Les premiers tests

Voici le setup utlisé pour la première lumière du Star'Ex sur les étoiles, réalisée le 26 mars 2022 à Canéjan :
Lunette SkyWatcher 80ED sur monture EQ6 Évolution,
CCD Atik 314 L+ pour les images spectrale et ASI ZWO 178MM pour le guidage,
• Carte du Ciel et EqMod pour le pointage des objets, PHD2 Guiding pour l'autoguidage et Artémis Capture pour les acquisitions,
• Le porte-ampoules de trois ampoules néon pour les images de calibration latérale,
• La boite à flat bricolée.
Trois étoiles ont été observées dans la constellation du Lion qui culminait au méridien vers 23H, α, γ et θ Leo. Une douzaine d'images science avec calibration latérale ont été enregistrées et une quinzaine de flats d'une durée de 30" unitaire.

Le traitement avec SpecINTI

Pour le traitement des images spectrales, j'ai utilisé la version V1.1.1 de SpecINTI Editor , logiciel développé par Valérie Desnoux et Christian Buil.
Deux fichiers de données (des fichiers texte possédant l’extension .yaml ) sont nécessaires pour exécuter SpecINTI :
• Le premier contient une description de la configuration instrumentale utilisée, l'emplacement du répertoire de travail, les lignes de commande du process du traitement etc... Il doit se situer dans le sous-répertoire _configution du répertoire racine de SpecINTI et se nomme ici conf_80ED_ha_mode3.yaml
• Le second fournit le nombre d'images, d'offsets, de darks, de flats pour tous les objets observés à traiter. Il doit se trouver dans le dossier des observations et se nomme obs_tetleo.yaml.

En suivant les explications, les conseils et les exemples fournis par le tutoriel, SpecINTI déroule le traitement dans la console de sortie et délivre le résultat suivant :

Les fichiers de configuration et les informations de la console de sortie sont diponibles en PDF ci-dessous :
• le fichier conf_80ED_ha_mode3.yaml situé dans le sous-répertoire _configuration de SpecINTI
• le fichier observation obs_tetleo.yaml contenant la liste des images à traiter
• le fichier généré par SpecINTI dans la console de sortie détaillant le traitement.

Présentation des spectres traités avec SpecINTI

 

• thêta Leo

Référencée dans la base Miles (HD97633), θ Leo a été utilisée pour calculer la réponse instrumentale des images spectrales de la soirée d'observation.

Image brute de θ Leo
Réponse instrumentale calculée avec SpecINTI V 1.1.1

 

• alpha Leo
Image brute de α Leo

 

• gamma Leo
Image brute de γ Leo

La dispersion est de 0.1677 A/pixel, la résolution R de 13258 @ 6584 pour thêta Leo, l'étoile de référence.
Pour un premier essai, c'est plutôt encougeant...