etude d'un spectre

ETUDE DU SPECTRE DE SIRIUS

Sirius veut dire en grec brûlant. Elle est aussi dite Grand Chien, et c'est l'étoile la plus brillante du ciel, située dans la constellation du Grand Chien. Les Égyptiens de l'Antiquité la vénéraient pour les crues du Nil et les bonnes moissons. L'éclat intense de Sirius est en grande partie dû à sa proximité; sa distance étant de 8,6 années-lumière, et c'est l'une des étoiles les plus proches. On peut l'observer de n'importe quel point de la Terre. Sa masse et sa température superficielle sont supérieures à celles du Soleil. L'astronome allemand Friedrich Bessel fut le premier à penser qu'elle possédait une étoile compagne. Celle-ci, Compagnon de Sirius ou Sirius B, fut observée pour la première fois en 1862 par l'Américain Alvan Clark; par la suite, l'on put mesurer qu'elle était de petite taille et de faible éclat.

I. LES CONSTELLATION DU GRAND CHIEN ET DU PETIT CHIEN

Le Grand Chien et le Petit Chien (en latin Canis Major et Canis Minor), sont des constellations bordant la Voie lactée, respectivement situées dans l'hémisphère céleste austral et dans l'hémisphère céleste boréal. Le Grand Chien, l'une des constellations les plus brillantes, contient Sirius, l'étoile la plus éclatante du ciel boréal, quarante fois plus lumineuse que le Soleil. Le Petit Chien possède deux étoiles de magnitude supérieure à 5 : l'étoile jaune Procyon et Gomeisa. D'après la tradition grecque, le Grand Chien et le Petit Chien représentent des chiens trottant sur les talons du chasseur grec Orion. Les Égyptiens vouaient un culte particulier à Sirius : l'étoile apparaissait à l'aube vers la fin de l'été, annonçant l'inondation de la vallée du Nil.

alpha = sirius - beta = murim
gamma = muliphen - delta = wezen
e = adara - f = furud
g = aludra

II. SIRIUS DANS L'HISTOIRE DES HOMMES

Les historiens s'accordent à dire que l'astronomie est non seulement la plus ancienne des sciences, mais l'ancêtre de toutes les sciences. On a retrouvé dans des sites de fouilles archéologiques, des gravures vieilles de 30 000 ans représentant la lune et des étoiles entremêlées de lignes ressemblant à un calendrier primitif.
Il existe encore des objets (monuments, stèles et inscriptions etc..) qui témoignent de l'importance qu'a pu prendre l'astronomie en ces temps reculés; Stonehenge et la pyramide de Cheops en sont d'illustres exemples.
Mais pour parler d'une véritable science, il faudra attendre qu'une civilisation instaure un système d'étude, fasse des relevés et élabore des théories. Tout ceci sera fait à une époque aussi lointaine que 4000 ans avant notre ère !
L'astronomie, en tant que science, prit ses racines chez les premières civilisations qui émergèrent le long des grands fleuves comme le Nil en Egypte ou le Tigre en Mésopotamie. La fertilité de ces régions riveraines favorisa l'évolution de l'agriculture sur une grande échelle. Mais, à mesure que les champs s'étendirent, les populations agricoles devinrent de plus en plus affectées par les écarts climatiques, inondations, sécheresses. Dès lors, ils commencèrent à scruter le ciel, d'abord le soleil puis les phases de la lune, pour tenter de prédire les cycles du climat. On peut donc penser que ce sont des considérations agricoles, et aussi climatiques qui sont à l'origine de l'intérêt des hommes pour les astres. L'histoire de l'Egypte illustre bien l'intérêt porté aux astres dans l'espoir de prédire le climat. Les grands prêtres Egyptiens (3 300 av.J.-C.) avaient remarqué l'apparition d'une étoile très brillante (Sirius) à l'est, juste avant le lever du soleil (lever héliaque de Sirius), précédant de quelques jours seulement la crue annuelle du Nil. Il n'en fallait pas plus pour que Sirius prenne une place importante dans la mythologie Egyptienne.

Civilisation égyptienne

Il y a 5000 ans, Sirius était assimilée à une déesse et son culte la représentait comme une jeune fille assise sur un chien. Il est donc naturel qu'aujourd'hui elle soit la plus importante de la constellation du Grand Chien ! Elle a profondément marqué la civilisation égyptienne, civilisation qui, d'après certains spécialistes, lui dédia trois fêtes grandioses, en -2 275, - 1317, et + 139. Ces fêtes devaient marquer la correspondance du lever héliaque(1) de l'étoile avec le début de l'année tel qu'il était programmé par le calendrier égyptien d'alors.
L'intérêt de ce calendrier, lunaire à l'origine, est d'avoir utilisé la Lune comme base de division du temps, vraisemblablement au Ve millénaire avant notre ère. L'année contenait 12 mois de 30 jours, à laquelle on ajoutait cinq jours dits " épagomènes(2) ", soit en tout 365 jours. Trop courte de un quart de jour, l'année égyptienne entière dérivait par rapport aux saisons, ce qui eut pour effet de la rendre " vague " : le début de l'année se déplaçait de quinze jours en soixante ans. Les Egyptiens remarquèrent en outre que le début de la crue du Nil coïncidait avec le lever héliaque de l'étoile Sirius. On fixa alors le commencement de l'année (appelé premier thôth), à cette date. Mais l'année civile n'ayant que 365 jours, le lever de Sirius retardait de un jour tous les quatre ans, de sorte que l'accord ne se trouvait rétabli qu'au bout de 1461 années ; ce siècle prit le nom de période sothiaque ( de Sothis, Sirius en Egypte).
S'étant aperçu que l'année de 365 jours était trop courte de un quart de jours, ce n'est que tardivement que le roi Ptolémée III Evergète tenta, en vain, d'introduire un sixième jour épagomène ( décret de Canope, 238 av. J.-C.). L'année vague fut utilisée après la conquête romaine, concurremment avec le calendrier alexandrin, créé en 25 avant J.-C. Celui-ci est une simple variante du calendrier julien(3), le premier jour de l'année étant le 29 août julien.

Sirius était porteuse d'un fort symbole religieux. Ainsi, dans la pyramide de Kheops, le couloir faussement baptisé " la chambre de la reine " par les Arabes, était-il orienté dans sa direction.
Si dans la civilisation égyptienne elle joua effectivement un rôle important, elle fut aussi l'une des étoiles, avec Aldébaran et Arcturus, qu'utilisa l'astronome grec Hipparque (-194/-120) pour découvrir et mesurer la précession des équinoxes(4).
Dans la navigation grecque Sirius servait de repère du fait de sa grande luminosité.

Civilisation romaine

Les romains lui portaient aussi un vif intérêt qui transparaît dans diverses expressions dérivées du latin " canis " ; comme race " canine " pour les chiens par exemple, et qui a aussi donné " canicule ", désignant ainsi une période de grande chaleur. Et en effet, si nous reprenons Pline l'ancien, Sirius avait son lever héliaque durant l'été et était censée présider aux périodes de beau temps. Sur l'apparition héliaque de l'étoile, Germanicus écrit aussi " …l'été s 'allume…elle fortifie les plantations ". Mais ne quittons pas cette brève page d'histoire sans citer le nom dont l'avaient appelé les bergers de Provence au 17ème siècle : l'étoile du Berger.

III. ETUDE DU SPECTRE

Maintenant, nous allons voir comment tirer des informations d'un spectre. Ici, le spectre a été acquis avec une webcam et un réseau de 300 t/mm. La webcam, munie d'un téléobjectif, a été réglée sur un balayage de 1 seconde par image afin de rendre plus nette les spectres.

Spectre brut (compositage de 4 images). Le spectre ci-dessus est le résultat d'un montage de deux images : une image pour le bleu et une image pour le vert. Elles ont été placées bout à bout à l'aide du logiciel Photoshop. Réduction de la dimension du spectre en longueur à 75% de sa taille d'origine (Photoshop).

Compositage de 20 images, masque flou de la séquence, rotation de 0,6° et soustraction du fond de ciel à tous les points du spectre : logiciel Iris

Graphe logiciel Iris.

UN SPECTRE DE REFERENCE

Les étoiles de classe spectrale A0 (température de surface de 9000 degrés, couleur blanche)ont des spectres caractérisés par les raies spectrales de l'hydrogène ionisée (O II) de la Série de Balmer : H alpha, H beta, H gamma , H delta, H epsilon…. Les raies du calcium ionisées (CA II à 3933 et à 3968 A) commencent à apparaître.