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Télescope

Un télescope (du grec tele signifiant " loin " et skopein signifiant " regarder, voir ") est un instrument optique qui permet d'augmenter la taille apparente des objets observés et surtout leur luminosité. Son rôle d'amplificateur (On parle d'amplificateur de force pour tout une palette de systèmes qui amplifient les efforts : mécanique, hydraulique, pneumatique, électrique.) de lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement liée...) étant aussi, voire plus important que son grossissement optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.), il permet d'apercevoir des objets célestes ponctuels difficilement perceptibles ou invisibles à l'œil nu.

Les télescopes sont principalement utilisés en astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas être confondue avec la mécanique...), car leurs réglages ne les rendent propices qu'aux observations d'objets très éloignés.

Gravure représentant le télescope d'Herschel de 40 pieds de focale
Gravure représentant le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que...) d'Herschel de 40 pieds de focale
Le télescope spatial Hubble, un des plus célèbres
Le télescope spatial Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour...), un des plus célèbres

Télescope et lunette

Une précision linguistique s'impose ici en raison de la confusion possible dans l'utilisation et la traduction du mot télescope, en particulier lors de la consultation de documentations ou de notices en langue anglaise. En effet, en anglais, le mot telescope désigne deux types d'instruments :

  • l'un, le " refracting telescope ", désigne la lunette astronomique (Une lunette astronomique est un instrument optique qui permet d'augmenter la taille apparente et la luminosité des objets du ciel lors de leur...) avec son objectif composé d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de lentilles,
  • l'autre, le " reflecting telescope ", désigne le télescope proprement dit avec son objectif composé d'un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui, pour...). Cet article ne traite que de ce dernier instrument.

Histoire

Précurseur du télescope, la lunette d'approche a été conçue en Hollande vers 1608; son invention est généralement attribuée à l’opticien hollandais Hans Lippershey. Mais c’est en 1609 que l’astronome (Un astronome est un scientifique spécialisé dans l'étude de l'astronomie.) italien Galilée (Galilée ou Galileo Galilei (né à Pise le 15 février 1564 et mort à Arcetri près de Florence, le 8 janvier 1642) est un physicien et astronome italien du XVIIe siècle, célèbre pour avoir jeté les fondements des...) présenta la première lunette astronomique. Son confrère allemand Johannes Kepler en perfectionna le principe, en proposant une formule optique à deux lentilles convexes.

Réplique du télescope de 6 pouces qu'Isaac Newton présenta à la Royal Society en 1672
Réplique du télescope de 6 pouces qu'Isaac Newton (Sir Isaac Newton était un philosophe, mathématicien, physicien et astronome anglais né le 4 janvier 1643 du calendrier grégorien[1] au manoir de Woolsthorpe près de Grantham et mort le 31...) présenta à la Royal Society en 1672

Dans un télescope, un miroir concave est utilisé pour former l’image. En 1663, le mathématicien (Un mathématicien est au sens restreint un chercheur en mathématiques, par extension toute personne faisant des mathématiques la base de son activité principale. Ce terme recouvre une large palette de...) écossais James Gregory fut le premier à proposer la formule du télescope avec un grandissement dû au secondaire. Néanmoins, Mersenne avait, lui, anticipé un système dans lequel le primaire et le secondaire étaient paraboliques, la pupille (Dans l'œil, la pupille est le trou situé au milieu de l'iris. Il nous apparaît noir étant donné que la majorité de la lumière entrant à l'intérieur de...) de sortie était située sur le secondaire, qui servait ainsi d'oculaire (Un oculaire est un système optique complémentaire de l'objectif. Il est utilisé dans les instruments tels que les microscopes ou les télescopes pour agrandir l'image produite au...). Mais le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) était très faible.

Le mathématicien et physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le...) anglais Isaac (ISAAC est un algorithme capable de générer des nombres pseudo-aléatoires, tombé dans le domaine public en 1996. Son auteur, Bob Jenkins, l'a conçu de manière à ce qu'il soit assez sûr pour être utilisé en cryptographie. Cet...) Newton en construisit une première version en 1671. Dans ce type d’instrument, la lumière réfléchie par le miroir primaire concave doit être amenée à une position d’observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation...), en dessous ou sur le côté de l’instrument. Henry Draper, l’un des tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) premiers astronomes américains à construire un télescope, utilisera deux siècles plus tard un prisme à réflexion totale (En optique géométrique, un rayon lumineux traversant une séparation entre deux milieux d'indices optiques différents peut subir une réflexion et une réfraction....) au lieu du miroir plan du télescope de Newton (Le télescope de Newton, souvent appelé communément un « Newton », est un dispositif optique composé de 2 miroirs. C’est donc un dispositif à objectif « réflecteur » (qui réfléchit la...).

Le pionnier fut le télescope de 2,54 m de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est aussi la longueur de ce segment. Pour indiquer qu'une...) de l’observatoire du Mont Wilson, en Californie : demeuré célèbre pour avoir servi dans les années 1920 aux travaux de l’astronome américain Edwin Hubble (Le télescope spatial Hubble (en anglais, Hubble Space Telescope ou HST) est un télescope en orbite à environ 600 kilomètres d'altitude, il effectue un tour complet...), son utilisation cessa de 1985 à 1992 sous l’effet de pressions financières.

La conception des télescopes Keck marque une innovation importante : la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) réfléchissante du miroir de chacun des deux télescopes est composée d’une mosaïque de trente-six miroirs hexagonaux, tous orientables individuellement grâce à trois vérins. Elle équivaut à un miroir primaire de 10 m de diamètre, sans en avoir le poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale à l'opposé de la résultante des...). Des techniques dites d’optique active permettent de jouer sur les vérins pour optimiser le profil de la surface réfléchissante totale.

De son côté, le Very Large Telescope (VLT, ESO), est composé de quatre télescopes, possédant chacun un miroir de 8,20 m. Il est situé au Chili, au sommet du Cerro Paranal, à 2 600 m d'altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau de base. C'est une des composantes...). Il a été équipé en 2002 du système d'optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un front d'onde grâce à un miroir déformable.) NAOS lui permettant d'être deux fois plus précis que le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par rapport à son homologue terrestre de ne pas être perturbé par...) Hubble.

Il est aussi possible aujourd'hui d'utiliser dans le domaine optique les principes de l'interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles.) pour améliorer la résolution. C'est le principe utilisé par les deux Kecks, mais surtout par le VLT dont les quatre miroirs, distants au maximum de 130 m, ont la même résolution théorique qu'un seul miroir de 130 m de diamètre. La sensibilité n'est cependant pas améliorée, et la technique de l'interférométrie reste assez spéciale, souvent utilisée dans des cas très particuliers.

Éléments constitutifs

Les instruments d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) astronomique sont généralement constitués de deux systèmes optiques complémentaires : l'objectif et l'oculaire.

Objectif

Dans un télescope l'objectif est un miroir concave, le plus souvent parabolique. À la différence des glaces utilisées dans la vie (La vie est le nom donné :) courante, la face réfléchissante est située en avant, de sorte que la lumière ne traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de la voie, sous les rails, pour en maintenir l'écartement et l'inclinaison, et transmettre au ballast les charges des véhicules circulant sur les...) pas le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile (cassant) et transparent au rayonnement visible. Le plus souvent, le verre est constitué...) qui sert uniquement de support à une pellicule d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13. C’est un élément important sur la Terre avec 1,5 % de la masse totale.) de quelques centièmes de micromètres. La lumière étant simplement réfléchie et non réfractée, contrairement à ce qui se passe dans une lunette astronomique, l'achromatisme des télescopes est total ( Total est la qualité de ce qui est complet, sans exception. D'un point de vue comptable, un total est le résultat d'une addition, c'est-à-dire une somme. Exemple : "Le total des dettes". En...).

La lumière est ensuite focalisée en un point (Graphie) appelé foyer image. Le faisceau convergent ( en astronautique, convergent en mathématiques, suite convergente série convergente ) peut être renvoyé vers un oculaire à l'aide d'un second miroir qui est plan dans le cas d'un télescope de Newton. Ce petit miroir provoque inévitablement une obstruction, c'est-à-dire une perte de luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) ce qui n'est pas grave, mais aussi une légère perte de contraste sans gravité (La gravitation est une des quatre interactions fondamentales de la physique.) si elle ne dépasse pas 20%.

Oculaire

Oculaires
Oculaires

L'oculaire est la partie de l'instrument qui permet d'agrandir l'image produite par l'objectif au niveau du foyer-image ; un oculaire n'est rien d'autre qu'une loupe (Une loupe est un instrument d'optique subjectif constitué d'une lentille convexe permettant d'obtenir d'un objet une image agrandie. La loupe est la forme...) perfectionnée. La mise au point se fait en réglant la distance entre l'objectif et l'oculaire. Un télescope est théoriquement un instrument afocal, c'est-à-dire qu'il est possible de faire coïncider le foyer-image du miroir primaire avec le foyer-objet de l'oculaire.

Les oculaires sont interchangeables, ce qui permet de modifier les caractéristiques de l'instrument. Ils sont constitués de lentilles qui introduisent des aberrations optiques plus ou moins bien corrigées selon les modèles. Le plus courant est aujourd'hui l'oculaire de Plössl, les oculaire de Huygens et de Ramsden composés de deux lentilles sont aujourd'hui abandonnés. Le diamètre des oculaires est normalisé, il est donc possible de les utiliser indifféremment sur tout type d'instrument, y compris avec une lunette astronomique. Le standard américain de 1" 1/4 (31,75 mm) est le plus courant. Mais les oculaires de 2" (50,8 mm) sont de plus en plus populaires pour les longues focales, malgré leur prix plus élevé.

Monture

La monture est la partie mobile, celle qui permet d'orienter l'instrument. Il existe trois types de montures :

La monture azimutale

C'est la monture basique, constituée d'un axe vertical (Le vertical (rare), ou style vertical, est un style d’écriture musicale consistant en accords plaqués.) et d'un axe horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à la verticale. Une ligne horizontale va « de la gauche...). Elle est d'une prise en main (La main est l’organe préhensile effecteur situé à l’extrémité de l’avant-bras et relié à ce dernier...) facile mais n'est pas adaptée aux observations prolongées. Elle n'est généralement utilisée que sur les lunettes astronomiques de moins de 60 mm. Elle comporte un défaut majeur qui est la rotation de l'image la rendant impropre aux poses photographiques.

La monture équatoriale

L'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de cette monture est rendue pratique en raison de la rotation de la sphère céleste (La sphère céleste est une sphère imaginaire de rayons quelconques et dont le centre est occupé par la Terre. Ce concept astronomique, hérité de l'antiquité, permet de représenter tous les astres tel...). Elle permet de suivre le même astre en faisant pivoter l'instrument sur un seul axe, l'autre étant parallèle a l'axe de rotation de la terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus...). Pour cela, elle possède quatre axes dont deux permettent de régler, on dit mettre en station, la monture. Les deux autres servant à orienter l'instrument selon les coordonnées célestes données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un...) par la déclinaison et l'ascension droite (En astronomie, l'ascension droite (a ou α) est un terme associé au système de coordonnées équatoriales, qui est l'équivalent sur la sphère céleste de la longitude.). Cette monture requière de maîtriser les bases de l'astronomie mais elle offre finalement un meilleur confort d'utilisation (voir l'article détaillé monture équatoriale). C'est la monture généralement utilisée sur les télescopes.

La monture altazimutale

Comme la monture azimutale, elle est constituée d'un axe vertical et d'un axe horizontal. Mais, comme la monture équatoriale, elle permet le suivi d'un astre car elle est équipée d'un moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la puissance. Il effectue ce...) sur chacun de ses axes. Elle est donc pilotée par un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous forme binaire, ou...) intégré dans le télescope, ou extérieur, avec positionnement (On peut définir le positionnement comme un choix stratégique qui cherche à donner à une offre (produit, marque ou enseigne) une position crédible, différente et...) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la modélisation, de l'analyse, de la commande et, de la régulation des systèmes dynamiques. Elle a pour fondements théoriques les mathématiques, la théorie...) sur un astre (Fonction dite " Go to ") sans mise en station, mais après indication (Une indication (du latin indicare : indiquer) est un conseil ou une recommandation, écrit ou oral.) de la position de deux étoiles en début de séance d'observation. Cette monture est généralement utilisée sur les télescopes Schmidt-Cassegrain de 8 pouces (203 mm) ou plus.

La caractéristique la plus importante de ces dernières années est l'augmentation de la capacité électronique des montures (altazimutales et équatoriales allemandes en particulier) : ces montures permettent le guidage par un autoguideur ou une caméra (Le terme caméra est issu du latin : chambre, pour chambre photographique. Il désigne un appareil de prise de vues animées, pour le cinéma, la télévision ou la vidéo.) d'astronomie à double capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la...) sans avoir à utiliser d'ordinateur extérieur. On peut même piloter un télescope avec un ordinateur via certains logiciels d'astronomie, on peut également le faire par Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la messagerie...).

Accessoires

Outre les éléments déjà décrits et évidemment indispensables à l'utilisation d'un télescope, divers accessoires permettent d'élargir le champ d'utilisation d'un instrument.

Chercheur (Un chercheur (fem. chercheuse) désigne une personne dont le métier consiste à faire de la recherche. Il est difficile de bien cerner le métier de chercheur tant les domaines de recherche sont...)

Ce viseur, une petite lunette généralement réticulée, doit être correctement réglé : il doit être parallèle au tube de l'instrument. Pour le vérifier, visez un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette...) terrestre le plus éloigné possible comme le toit (Le toit est la structure couvrant la partie supérieure d'un édifice, permettant principalement de protéger son intérieur contre les intempéries et...) d'une maison (Une maison est un bâtiment de taille moyenne destiné à l'habitation d'une famille, voire de plusieurs, sans être considérée comme un immeuble collectif.) et regardez si le centre du réticule correspond au centre du champ de vision du télescope. Son but est de faciliter le pointage vers une zone du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.) grâce à son champ de vision plus large, ce qui permet de se repérer plus facilement parmi les étoiles.

Trépied

Élément dont la grande importance ne doit pas être négligée, il accueille la monture et supporte l'instrument. Pour cette raison, il doit être adapté pour supporter le poids de l'ensemble. Divers modèles sont disponibles, réalisés en aluminium ou acier (L’acier est un alliage métallique utilisé dans les domaines de la construction métallique (voir aussi l’article sur la théorie du soudage de l’acier) et de la construction...), tous visant un même but : équilibrer et stabiliser l'ensemble pour éviter au maximum les risques de bascule (Une bascule ou un basculeur est un circuit intégré logique doté d'une sortie et d'une ou plusieurs entrées. La sortie peut être au niveau logique 0 ou 1. Les changements d'état de la sortie sont déterminés par les signaux...) de l'instrument (quelle que soit sa position) et absorber les vibrations.

Filtre (Un filtre est un système servant à séparer des éléments dans un flux.) solaire

En règle générale est également fourni (Les Foúrnoi Korséon (Grec: Φούρνοι Κορσέων) appelés plus communément Fourni, sont un archipel de petites îles grecques situées...) un filtre solaire que l'on visse à l'oculaire. Ces filtres ne doivent pas être utilisés seuls car ils se situent près du foyer et se retrouvent confrontés à une intense chaleur (Dans le langage courant, les mots chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur !) qui peut les faire éclater. Leur utilisation doit impérativement être associée à un hélioscope de Herschel (L'hélioscope de Herschel est une lame de verre transparente dont les deux faces ne sont pas parallèles. Il est utilisé en astronomie pour éviter l'échauffement...) qui disperse la chaleur, cet accessoire est en vente dans les boutiques spécialisées. Pour se spécialiser dans l'observation du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique,...), plutôt qu'un filtre d'oculaire, il est préférable d'utiliser des filtres en verre métallisé qui se placent à l'avant de l'objectif, ils sont plus onéreux mais plus sûrs. En outre ils offrent une image plus stable et permettent de faire de la photographie sans risque pour l'appareil. (voir Observation du Soleil)

Renvoi coudé

Il permet une observation plus confortable et évite d'avoir recours à des postures peu confortables durant l'observation, principalement vers le zénith. Son utilisation n'est pas nécessaire avec un télescope du type Newton du fait de sa construction. Les renvois coudés peuvent être constitués d'un miroir ou d'un prisme à réflexion totale.

Lentille de Barlow (Une lentille de Barlow (du nom de son inventeur Peter Barlow) est une lentille divergente permettant de multiplier artificiellement la distance focale d'un...)

La lentille de Barlow allonge la distance focale (Les distances focales, respectivement objet et image, d'un système optique centré convergent ou divergent sont, par définition, les distances algébriques séparant respectivement le plan principal objet H du foyer objet F et le plan principal...) à laquelle se forme le foyer-image. Elle s'utilise en complément de l'oculaire, dont elle permet de multiplier le grossissement par le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace vectoriel, une fonction de base et ainsi de...) (généralement 2, mais aussi 3) qui la caractérise. Celles vendues avec les télescopes sont souvent de mauvaise qualité. La lentille de Barlow doit être constituée d'un doublet ou triplet achromatique pour ne pas altérer l'image et son utilisation doit être réservée à la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La...) et aux planètes. Son intérêt est d'éviter d'utiliser les lentilles de très courtes focales qui sont coûteuses et fragiles (moins de 5 mm). Elle sert principalement à rejeter le plan focal résultant en dehors de la monture et de pouvoir y placer, dès lors qu'il est accessible, une plaque photographique, un capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité,...) CCD.

Réducteur de focale

Cet instrument a l'effet inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1 désigne...) de la lentille de Barlow, c'est-à-dire qu'il raccourcit la distance focale du foyer-image. Pour cela, il doit être placé entre l'objectif et le foyer. En diminuant le rapport f/D (voir plus loin), il augmente la luminosité sur tout le champ visuel. Son utilisation est réservée à la photographie au foyer (argentique ou numérique) et permet de diminuer les temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) de pose ou d'augmenter les contrastes.

Filtre lunaire (Pour les homonymes, voir Pierrot lunaire, une œuvre de musique vocale d'Arnold Schönberg.) ou Filtre solaire

Ce filtre est utilisé lors de l'observation de la Lune ou du Soleil. Ces deux objets célestes sont très lumineux et peuvent créer un éblouissement. On utilise donc un filtre qui est constitué de deux polariseurs. En les pivotant on peut modifier la transparence (Un matériau ou un objet est qualifié de transparent lorsqu'il se laisse traverser par la lumière. Cette notion dépend de la longueur d'onde de la lumière : ainsi, le verre est...) du filtre pour l'optimiser au type d'observation que l'on souhaite faire.

Caractéristiques et propriétés

Caractéristiques techniques

Le diamètre

Le diamètre de l'objectif, en l'occurrence le miroir primaire, est la caractéristique la plus importante de l'instrument car la plupart des propriétés optiques de l'instrument en dépendent. Plus il est grand, plus il autorise de forts grossissements et permet d'observer des étoiles lointaines. Le diamètre est généralement exprimé en millimètre pour les instruments du commerce, quelquefois en pouces (1" = 25,4 mm). Contrairement à ce que pensent les novices, un télescope de grand diamètre ne suffit pas à faire un bon instrument d'observation, de nombreuses autres conditions relatives tant à la qualité qu'à la stabilité doivent être tenues.

La longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet, sa longueur est celle de l’objet...) focale

Il peut s'agir de la longueur focale du miroir primaire ou de celle des oculaires. La longueur focale de l'instrument à proprement parler correspond à celle de l'objectif, elle est exprimée en millimètre ou bien doit être calculée à partir du rapport f/D.

Le rapport F/D

Le rapport focale/diamètre est le rapport de la longueur focale du miroir primaire et de son diamètre, exprimés bien sûr dans la même unité. Un faible rapport f/D donne un instrument compact, donc stable et facile à manier et transporter. Néanmoins, la précision de collimation croit comme (D/F)². En d'autres termes, un télescope ouvert à F/D=5 sera deux fois plus difficile à collimater qu'un télescope ouvert à F/D=7. Un rapport supérieur ou égal à f/D=5 est très satisfaisant ; au-delà de f/10, l'instrument a un champ limité mais une faible obstruction, ce qui est favorable en planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres représentés sont animés soit...). En outre, les oculaires pouvant être de focale plus longue, le recul d'œil et donc le confort sera meilleur. Pour faire de l'astrophotographie (L'astrophotographie, souvent appelée simplement astrophoto, est une discipline de l'astronomie et de la photographie qui consiste à effectuer des photographies d'objets célestes.) un F/D de 4 sera acceptable surtout si l'on améliore le champ avec un correcteur de Ross à deux lentilles.

Propriétés optiques

Le pouvoir de résolution (En optique, le pouvoir de résolution d'un système optique désigne sa capacité à distinguer des détails fins. Il est défini comme la distance angulaire minimale entre deux éléments d'un objet...)

Le pouvoir de résolution est la capacité d'un système optique à révéler les détails, il gagne en finesse avec le diamètre de l'objectif. Le pouvoir de résolution mesure le plus petit angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) séparant deux points que l'on parvient à voir comme distincts l'un de l'autre, soit environ 1 minute ( Forme première d'un document : Droit : une minute est l'original d'un acte. Cartographie géologique ; la minute de terrain est la carte originale, au crayon, levée sur le terrain. ...) d'arc pour l'œil humain. On peut le calculer fort simplement en divisant 120 par le diamètre de l'instrument exprimé en mm, Par exemple, un télescope de 114 mm de diamètre a un pouvoir séparateur d'environ 1" (120/114), un télescope de 200 mm a un pouvoir séparateur de 0,6". Toutefois, les turbulences atmosphériques, la stabilité de l'instrument et la qualité de l'objectif empêchent souvent d'atteindre la limite théorique de résolution.

On peut déterminer la taille T des détails que peut résoudre un instrument par la relation :

T = \tan\frac P {3600}\times D

Où D est la distance de l'astre que l'on désire observer, et P (seconde d'arc) le pouvoir de résolution. Par exemple, un télescope de 200 mm (P = 0,6"), pourra discerner sur la Lune (D = 392000 km), des détails de 1,14 km (T).

Le grossissement

Il correspond au rapport entre le diamètre apparent de l'image à la sortie de l'oculaire et le diamètre apparent de l'objet réel. Il peut se calculer en divisant la longueur focale du miroir primaire par celle de l'oculaire. Le grossissement ne révèle de détails supplémentaires que dans la mesure où il permet de surmonter le faible pouvoir de résolution de l'œil. Au-delà de la limite de résolution de l'instrument, le grossissement ne révèle plus d'autres détails que les défauts de l'image et induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) une diminution de la clarté. A contrario, un faible grossissement permet d'observer un large champ du ciel, ce qui peut être mis à profit si l'instrument a une clarté suffisante, ou pour l'observation de la Lune et du Soleil. Un faible grossissement nécessite un instrument de courte focale, préférable à l'utilisation d'oculaires de longue focale qui peut entraîner une perte de clarté (pour des conseils plus précis, voir Observation du ciel et Astrophotographie).

La clarté

La clarté augmente avec le diamètre de l'objectif, elle est théoriquement proportionnelle à la surface de la section du télescope, diminuée de l'obstruction du miroir secondaire. On peut calculer un facteur approximatif en divisant le carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses quatre côtés ont la même longueur et ses quatre angles la même mesure. Un carré est...) du diamètre de l'objectif à celui de la pupille (environ 6 mm dans le noir). Par exemple, si un télescope a un diamètre de 114 mm, il collectera 361 fois plus de lumière que l'œil (1142/62). Toutefois, la luminosité des images dépend aussi du grossissement, sauf pour les étoiles qui fournissent toujours une image ponctuelle. Les astres diffus, tels que les nébuleuses ou les galaxies (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par...), doivent donc être observés avec des instruments ayant un faible rapport f/D pour pouvoir appliquer de faibles grossissements. L'œil humain n'est plus guère utilisé comme " capteur " direct. L'ancienne plaque photographique est remplacé par des capteurs électroniques dont le rendement est actuellement proche de 100 %.

Types de télescopes

Un télescope utilise une formule optique qui, par la forme et la disposition des miroirs, cherche à obtenir des images de la meilleure qualité possible, tant en finesse qu'en luminosité, pour révéler le maximum de détails. On peut citer quelques formules optiques :

Type Newton

Ce type de télescope a été mis au point par Isaac Newton. Il utilise un miroir primaire parabolique et un miroir secondaire plan. C'est le montage le plus ancien, il est utilisé actuellement dans beaucoup de constructions d'amateurs en raison de son coût modique. D'une manière plus générale, c'est le miroir secondaire plan, incliné à 45°, qui caractérise le montage Newton (qui peut être décliné sur d'autres types de télescope) ; il permet de renvoyer l'image focale à 90° de l'axe optique près de l'ouverture du tube, ce qui rend la position d'observation plus confortable. Les miroirs paraboliques génèrent une aberration optique, dite de coma ; elle déforme les étoiles en bord de champ, ce qui réduit le champ utile.

Type Cassegrain

Il a été proposé au XVIIe siècle par le prêtre et physicien français Laurent Cassegrain. C'est le prototype des systèmes à deux miroirs concave/convexe. Il est composé d'un miroir primaire concave parabolique et d'un miroir secondaire convexe (En géométrie, un objet est convexe si pour toute paire de points { A , B } de cet objet, le segment [AB] qui les joint est entièrement contenu dans l'objet. Par exemple, un cube plein, un disque ou une boule sont...) hyperbolique. Dans le montage Cassegrain, contrairement au montage Newton, le miroir primaire est percé en son centre et l'observateur se place derrière celui-ci. Le Cassegrain présente à ouverture identique la même coma (Le terme « coma » signifie « sommeil profond » en grec ancien. Le coma est une abolition de la conscience et de la vigilance non réversible...) que le Newton, ce qui limitera en théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une connaissance spéculative, souvent basée...) le champ de netteté. Néanmoins ce type de télescope sera peu ouvert (F/15-F/30) et en pratique cela ne constituera pas une limitation. Compte tenu du primaire qui est parabolique comme le Newton, celui-ci pourra être aussi utilisé en Newton s'il n'est pas trop ouvert (F/4), ce qui en fait un instrument potentiellement généraliste.

Type Schmidt-Cassegrain

C'est une variante du type Cassegrain, très appréciée parmi les amateurs. Ce montage hybride (En génétique, l'hybride est le croisement de deux individus de deux variétés, sous-espèces (croisement intraspécifique), espèces (croisement interspécifique) ou genres (croisement...) reprend le principe du miroir primaire sphérique en l'associant à une lame de Schmidt pour corriger l'aberration de sphéricité. C'est un instrument polyvalent et qui fournit des images lumineuses et nettes sur la quasi totalité du champ. Il a l'inconvénient d'être très coûteux en raison de la difficulté à concevoir les lames de Schmidt.

Type Maksutov-Cassegrain

C'est une autre variante du Cassegrain correctement corrigé. Le primaire est concave sphérique et le secondaire est convexe sphérique, l'aberration étant corrigée par un ménisque (une lentille concave plus épaisse sur les bords). Le principal avantage de ce type de télescope est sa facilité de réalisation par des moyens industriels, car il est composé uniquement de surfaces sphériques, donc facilement réalisables par des machines et avec des résultats homogènes (ce qui n'est pas toujours le cas avec d'autres types de télescope).

Télescope Ritchey-Chrétien

Le Cassegrain donne une image dépourvue d'aberration sphérique ; le Ritchey-Chrétien inventé vers 1910, grâce à un primaire et un secondaire hyperbolique, donne une image focale également dépourvue de coma. Il reste alors l'astigmatisme et la courbure (Intuitivement, courbe s'oppose à droit : la courbure d'un objet géométrique est une mesure quantitative du caractère « plus ou moins...) de champ, laquelle s'annule si les courbures primaires et secondaires sont égalent et opposées. Compte tenu de ses qualités, c'est la formule optique la plus utilisée dans les observatoires professionnels modernes, formule à laquelle est associé généralement un correcteur de champ en quartz plus ou moins complexe afin de corriger les aberrations résiduelles.

Les quatre télescopes principaux de 8,2 mètres de diamètre du Very Large Telescope (VLT) utilisent cette configuration optique, de même que le Télescope spatial Hubble.

Télescope de Schmidt

Télescope de Schmidt de 2 m (télescope Alfred-Jensch Tautenburg, Thuringe, Allemagne
Télescope de Schmidt de 2 m (télescope Alfred-Jensch Tautenburg, Thuringe, Allemagne

La chambre de Schmidt est une chambre photographique de grande ouverture conçue pour l'astrophotographie. Elle est basée sur un miroir primaire sphérique et une lame déformée spécialement réalisée pour compenser l'aberration sphérique (L'aberration sphérique est le défaut optique dû au fait que les rayons lumineux qui passent par les bords de la lentille d'un objectif ne convergent pas sur le même plan que les rayons passant par le centre. Dans ce...) . La luminosité des prises est exceptionnelle grâce à un rapport f/D très faible (environ f/2).

Son rapport d'ouverture la rend parfaitement adaptée pour la photo à grand champ, mais il faut compenser l'image focale qui est une portion de sphère ; elle a longtemps été utilisée pour les études systématiques de grandes portions du ciel. La disponibilité (La disponibilité d'un équipement ou d'un système est une mesure de performance qu'on obtient en divisant la durée durant laquelle ledit...) commerciale des capteurs CCD élargit considérablement ses possibilités. Néanmoins, sa longueur qui est égale au rayon de courbure lui fait préférer aujourd'hui d'autres formules optique plus courtes à trois miroirs, donnant un champ plan et non courbé, permettant des coupoles plus petites et plus économiques.

Télescope à rayons X

En plus de la lumière visible (La lumière visible, appelée aussi spectre visible ou spectre optique est la partie du spectre électromagnétique qui est visible pour l'œil humain.), des télescopes étudient également dans les rayons X. Mais en raison du fait que l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre réfléchit de tels rayons, ces instruments sont embarqués à bord de satellites (Satellite peut faire référence à :).

Pratique

La présente section ne traite que des télescopes astronomiques.

Achat

Avant de se jeter sur le petit instrument de l'opticien du quartier, il est utile de vérifier quelques points :

  • Tout d'abord, chercher l'instrument au diamètre le plus adapté selon votre expérience : n'achetez pas un instrument trop lourd et trop puissant pour commencer, un bon 114/900 ou 150/900 par exemple fera l'affaire du débutant. Le premier chiffre (Un chiffre est un symbole utilisé pour représenter les nombres.) correspond à la largeur (La largeur d’un objet représente sa dimension perpendiculaire à sa longueur, soit la mesure la plus étroite de sa face. En géométrie plane, la largeur est la...) en millimètre du télescope et le second chiffre la focale de l'instrument, ce qui provient de la longueur du télescope et qui indique la puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) brute du télescope. Ces indications variront selon le type de télescope utilisé, soit Cassegrain, Newton ou réfracteur.
  • Les arguments de vente basés sur le grossissement sont des leurres : on peut obtenir, en théorie, n'importe quel grossissement avec n'importe quel instrument. Le vrai facteur limitant d'un instrument est généralement la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) de lumière qu'il peut collecter, c’est-à-dire son diamètre ; gardez à l'esprit que l'on cherche souvent à observer des objets très peu lumineux mais pas nécessairement très petits.
  • Vérifiez que la monture est stable, et que l'instrument est équipé d'un chercheur et d'oculaires corrects, de type Plossl par exemple.
  • Finalement, il est toujours utile de se renseigner dans un club d'astronomie ou encore auprès d'un passionné.

Construction

La construction d'un instrument d'optique est aujourd'hui réalisable assez facilement si l'on ne manque pas de patience et d'un certain savoir faire concernant les travaux manuels. Elle se divise généralement en deux étapes :

  • la réalisation des pièces optiques ;
  • la réalisation mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de...) du télescope (structure, monture, etc.).

Pour la réalisation des pièces optiques il faut s'armer de patience et de persévérance, mais surtout avoir la possibilité de travailler dans un local propre exempt de poussières en suspension ( Le fait de suspendre des particules En chimie, la suspension désigne une dispersion de particule. En géomorphologie, la suspension est un mode de transport des sédiments. Le fait de...).

Pour la mise en œuvre de la partie mécanique, un peu d'ingéniosité sera utile , et l'accès à de l'outillage d'usinage constituera un plus notable.

Comme tout projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le...), il importe de bien le définir au préalable et de demander conseil auprès de connaisseurs, dans les clubs d'astronomie par exemple.

L'élaboration de l'optique est une étape assez longue, qui nécessite au moins une centaine d'heures (L'heure est une unité de mesure  :) de travail pour obtenir un bon miroir. Le temps nécessaire dépend de nombreux paramètres, entre autres du diamètre du miroir primaire, du rapport f/d, et bien sûr de l'expérience. Tailler puis polir un miroir est un art et la précision n'est atteinte qu'après plusieurs étapes : ébauchage et taillage avec des abrasifs, polissage, et enfin déformations et tests répétés de l'optique. Il est toutefois possible et même courant d'obtenir des pièces optiques d'une qualité très supérieure (lambda/15 sur l'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans...) au lieu de lambda/5 classiquement) à celle que l'on peut trouver dans le commerce de l'astronomie amateur et cela pour un prix souvent inférieur.

L'instrument le plus souvent réalisé par les amateurs est le télescope de Newton, qui nécessite de tailler puis polir un miroir primaire parabolique. Les diamètres courants et raisonnables sont compris entre 150 et 300 mm avec un rapport f/d supérieur à 5. Des formules optiques plus exotiques peuvent être réalisées lorsque l'on possède une certaine expérience.

Jean Texereau a étudié ces techniques au travers de plusieurs articles publiés dans la revue l'Astronomie à partir de 1939. Ses travaux ont permis l'accès à des instruments autrement hors de porté des astronomes amateurs de l'époque. Son livre La construction du télescope d'amateur est mondialement considéré comme un ouvrage de référence. Aujourd'hui la commission des instruments de la Société astronomique de France, dont il a longtemps été le Secrétaire, poursuit son œuvre en accueillant tout astronome amateur désireux de réaliser son propre miroir de télescope à l'atelier d'optique de la Sorbonne (La Sorbonne est un complexe monumental du Quartier latin de Paris. Elle tire son nom du théologien du XIIIe siècle Robert de Sorbon, le fondateur du collège de Sorbonne, collège...) à Paris (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle de la Seine, au centre du bassin parisien, entre les confluents de la Marne et de la Seine en...).

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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