Classical aspect of a spectrum delivered by the R=7000 spectrograph in the vicinity of th H-alpha lines. Observation of HD34931 (m=7.5) the November 20.981, 2003 UT. The aurora had disappeared from the sky at this date.
OBSERVATION
SPECTROGRAPHIQUE
DE L'AURORE POLAIRE DU
20 NOVEMBRE 2003
Spectroscopic
observation of the Nov 20, 2003 intense aurora
Observation of the spectrum of the
aurora of November 20, 2003. The emission
lines of the phenomenon were initially detected at the edge of the spectra
of my regular survey Be
stars program, at the beginning of night, by
using a high resolution
spectrograph. The spectral characteristics were
precised by using another spectrograph, showing in only one CCD images all
the visible spectrum (MERIS spectrograph). The
neutral oxygen "forbidden" lines at 6300 and 6364 A appear very intense, which gives the very red
color of the aurora (but this aurora is not directly visible for me with naked eye
because my severe urban observation conditions, thank spectrography !).
One notes also a strong dependence of the lines intensity according to
the zenithal distance. In the explored area of the sky, the green line of atomic
oxygen (5577 angströms) remains weak, but unfortunately the observation of the northern
horizon was prohibited to me, there the aurora was the most intense (see the
beautiful Johannes Schedler
images).
Ci-dessous, un spectre typique du programme "étoiles
Be" avec le spectrographe R=7000 (l'image en deux dimensions du spectre
est réduite d'un facteur deux par rapport à l'original). L'étoile est HD34921
(magnitude 7,50), observée le 20 novembre 2003 à 23H30 TU. Pose de 2 minutes,
réalisée avec un télescope Takahashi CN-212 de 200 mm d'ouverture (pour obtenir
le spectre final on additionne 15 à 25 clichés élémentaires de ce type).
Classical
aspect of a spectrum delivered by the R=7000 spectrograph in the vicinity
of th H-alpha lines. Observation of HD34931 (m=7.5) the November 20.981, 2003
UT. The aurora had disappeared from the sky at this date.
L'image suivante est le spectre de l'étoile Be, HD11606 (magnitude 7,02) observée pratiquement 4 heures avant celui de HD34921 (à 19H39 TU), qui montre sur la partie gauche deux raies en intense émission. Elles sont très élargies, et ce chevauchent même, car la fente d'entrée du spectrographe est large. La fonction de cette fente est simplement de réduire les entrées de lumière provenant du ciel pour faire en sorte que le spectre se projette sur un fond le plus noir possible. Malgré la présence de l'aurore qui illumine le ciel lors de cette prise de vue, présence qui sera comprise plus tard seulement, on voit que cette fente large à bien jouer son rôle en éliminant la lumière parasite au niveau de la raie H-alpha, la zone la plus intéressante du spectre pour ce programme.
During
the observation of the Be stars HD11606 the auroral feature is clearly visible.
They oxygen 6300 and
6364 A are here very widened, and overlap, because the slit of the
spectrograph is broad. The function of this slit is simply to reduce the input
parasitic light coming from the sky background. Date of the observation: November
20.819, 2003 UT.
Il était complètement impossible de voir cette aurore à l'oeil directement compte tenu de la situation de l'observatoire, dans la proche banlieue toulousaine, au milieu d'une forêt de lampadaires, la magnitude limite à l'oeil étant de 2 cette nuit là :
My
observatory situation (Toulouse - south of France). This observatory is not favourable (!) for
the study of the
deep sky objects, but on the other hand, it remains very effective in spectroscopy
(the ability to make astrophysics from downtown is rather
attractive, and one of the revelations of the spectrograph).
Cet observatoire n'est pas propice (!) à l'étude du ciel profond, mais en revanche, il demeure efficace en spectrographie, ce qui est à mon sens l'essentiel (pouvoir faire de l'astrophysique en ville est assez fascinant, et une des révélations de la spectrographie).
Après avoir été fort à propos prévenu vers 21H30 TU par un coup de téléphone de Denis Marchais de la présence d'une aurore boréale dans le ciel, il est devenu clair que l'anomalie dans les spectres provenait probablement de cet événement. Je décide d'arrêter momentanément les étoiles Be en montant un spectrographe de plus basse résolution au foyer du télescope CN-212 : le spectrographe MERIS, qui en une seule image CCD montre l'ensemble du spectre visible.
A 22H20, je réalise le spectre ci-dessous avec une fente longue et étroite (le spectre est représenté en deux dimensions, avec des couleurs ajoutées a posteriori, mais représentatives). Le télescope est pointé au zénith :
A
two-dimensional long slit spectrum of the sky background (22H20 UT) with a Takahashi
CN-212 telescope and the MERIS spectrograph (the colors were added a
posteriori, but representative). The telescope is pointed toward the zenith.
Il s'agit d'un compositage de 8 clichés posés chacun 1 minutes. Les raies dans le bleu et dans le jaune-vert sont pour la majorité la signature de l'éclairage urbain au sodium haute-pression. L'anomalie dans ce spectre sont les deux intenses raies dans le rouge : c'est la lumière de l'aurore polaire. Se sont les raies dites "interdites" de l'oxygène atomique [OI], aux longueurs d'onde de 6300,2 angstroms et 6363,9 angstroms. Elles prennent naissances dans la haute atmosphère terrestre, là où la pression est très faible. Ces raies sont toujours plus ou moins présentes dans le spectre du ciel nocturne, mais jamais avec une telle intensité !
Le graphe suivant montre le profil spectral pour deux hauteurs de pointage, au zénith (distance zénithale, z=0°) et proche de l'horizon sud (z=65°), avec l'identification des principales raies. Les raies rouges du [OI] à 6300 et 6363 A sont considérablement plus intenses au zénith qu'à l'horizon sud. Il est probable que si j'avais pu pointer l'horizon nord, les raies de l'oxygène atomique auraient été bien plus intenses encore, car c'est là que le maximum d'intensité de cette aurore boréale se trouvait, mais impossible de pointer dans cette direction à cause de la présence d'un mur. En revanche, il faut souligner que la raie [OI] à 5577 A, qui donne la couleur verte des aurores est relativement peu intense, quelque soit la direction de pointage. Vu de Toulouse, au moment de l'observation, et dans la direction de pointage, cette aurore était donc d'un rouge presque pur.
Spectral
profile for two zenithal distances (z). For z=65 degrees the telescope is pointed
toward the southern horizon. Note the intensity of red [OI] lines. The Na and
Hg are from the urban pollution.
L'intensité des raies de la pollution lumineuses relativement
à l'intensité des raies aurorales, montre qu'il était vein de voir cette aurore
à l'oeil depuis un cite urbain. En revanche, la spectrographe permet malgré
tout de profiter du spectacle. A 23H10 TU, l'aurore disparaissait totalement
du ciel de Toulouse. Je remontais alors le spectrographe haute résolution pour
poursuivre le programme régulier d'observation des étoiles Be, mais cette fois,
avec un ciel spectralement noir dans le rouge !
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