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Télescope

Introduction

Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité ainsi que la taille apparente des objets à observer. Son rôle de récepteur 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...) est souvent 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...), car leurs réglages ne les rendent propices qu'aux observations d'objets très éloignés et se déplaçant relativement lentement.

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...) d'Herschel de 40 pieds de focale
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 complet de la Terre toutes les 100 minutes. Il est nommé en...), 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, particulièrement 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 observation.) dont l'objectif est composé d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui...) de lentilles, soit exclusivement un parcours dioptrique (réfraction)
  • l'autre, le « reflecting telescope », désigne un dispositif 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...) dont le 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...) (réflexion) est un des composants essentiels.

Le terme français ne désigne que le deuxième type et cet article ne traite que de ce dernier instrument.

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...) astronomique sont généralement constitués de deux systèmes optiques complémentaires : l'objectif et l'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...).

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,...) 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 d’oxyde de...) 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...) 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 physique le total n'est pas forcément...).

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 (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 lumière) a contrario de la...). 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

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 la plus simple du...) 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 oculaires de Huygens et de Ramsden composés de deux lentilles sont aujourd'hui abandonnés. Le 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...) des oculaires est normalisé, il est donc possible de les utiliser indifféremment sur tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) 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 qui supporte et permet d'orienter l'instrument. Il existe deux types de monture :

La monture équatoriale

Le fonctionnement de la monture équatoriale est calqué sur le système de coordonnées éponyme : la mise en rotation du télescope autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit constituent les 5 genres Erythrotriorchis,...) d'un axe fixe permet de sélectionner 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.) à pointer, et un axe perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en formant un angle droit. Le terme de perpendiculaire vient du latin per-pendiculum...) en rotation autour de cet axe d'ascension droite permet de sélectionner la déclinaison. Cette monture est rendue pratique en raison de son aptitude naturelle à compenser la rotation de la sphère (En mathématiques, et plus précisément en géométrie euclidienne, une sphère est une surface constituée de tous les points situés à une même distance d'un point appelé...) céleste : le seul pivotement à vitesse (On distingue :) constante de l'instrument autour d'un axe parallèle à 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...) (c'est-à-dire l'axe d'ascension droite) lui permet de suivre un astre durant tout son passage dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.). De ce fait, les grands télescopes historiques des observatoires modernes (le télescope du mont Palomar constitue l'un des exemples les plus emblématiques) ont longtemps été montés sur une monture équatoriale. L'une des limites de ce type de monture réside dans sa difficulté de mise en œuvre pour les télescopes lourds ; quelques astuces techniques ont toutefois vu le jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil...) pour pallier les difficultés liées à l'équilibrage du système, mais cela n'a pas suffi à stopper la généralisation (La généralisation est un procédé qui consiste à abstraire un ensemble de concepts ou d'objets en négligeant les détails...) des montures azimutales (voir section suivante).

Ce type de monture est toujours très prisé des astronomes amateurs, pour les raisons expliquées précédemment. Du fait de leur vocation universelle et parfois leur caractère nomade, les montures équatoriales sont dotées d'un dispositif de réglage en inclinaison (En mécanique céleste, l'inclinaison est un élément orbital d'un corps en orbite autour d'un autre. Il décrit l'angle entre le plan de l'orbite et le plan de référence (généralement le plan de l'écliptique,...) de l'axe d'ascension droite pour s'adapter à la latitude (La latitude est une valeur angulaire, expression du positionnement nord-sud d'un point sur Terre (ou sur une autre planète), au nord ou au sud de l'équateur.) du lieu. Les plus perfectionnées sont dotées d'un viseur polaire, sorte de petite lunette réticulée logée dans l'axe d'ascension droite, ainsi que de réglages fins en azimut (L’azimut est l'angle horizontal entre la direction d'un objet et une direction de référence.) et en hauteur (La hauteur a plusieurs significations suivant le domaine abordé.), qui permettent d'effectuer une « mise en station » sur l'étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) polaire ou l'équivalent austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère sud.) (souvent la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections sur la voûte céleste sont suffisamment proches pour qu'une civilisation les relie par des lignes imaginaires, traçant ainsi une figure sur la voûte...) de l'Octant). La précision de cette mise en station est cependant souvent insuffisante pour permettre la photographie à longue exposition.

La monture azimutale

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 vers la...), la monture azimutale est la plus simple à concevoir et à équilibrer. Son défaut majeur réside dans son inaptitude à assurer naturellement le suivi équatorial (sauf s'il était décidé d'installer un télescope à un pôle terrestre) : la composition de mouvements sur les deux axes est nécessaire et les vitesses à imprimer sur chacun des axes sont fortement non-linéaires. Le choix de ce type de monture est malgré tout systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain...), aujourd'hui, pour les grands télescopes des observatoires nationaux et internationaux : les calculs trigonométriques qui permettent d'assurer le suivi équatorial et la compensation de la rotation de champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) qui en résulte sont à la portée de n'importe quel 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...), alors qu'une monture équatoriale de taille équivalente serait très coûteuse à mettre au point. Toujours par le calcul, elles permettent également de suivre des objets en déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la valeur, et finalement le sens ...) relatif par rapport aux étoiles lointaines (« voûte céleste »), ainsi que de compenser entre autres le déplacement des pôles célestes dû à la précession des équinoxes (La précession des équinoxes est le lent changement de direction de l'axe de rotation de la Terre.). Les télescopes Keck, le VLT, le LBT, Subaru (Subaru est un constructeur automobile japonais, né en 1956, et faisant partir du groupe Fuji Heavy Industries) et consors, ainsi que des projets comme E-ELT font tous appel à une monture azimutale.

Pour les astronomes amateurs, la monture azimutale 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 ou à fort grossissement. Manuelle, elle n'est généralement utilisée que sur des lunettes astronomiques de petit diamètre. Motorisée, elle peut permettre le suivi d'un astre lorsqu'elle est pilotée par un calculateur intégré ou par un ordinateur. Du fait de la relative facilité de mise en œuvre, c'est sous sa forme azimutale que la monture 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...) sur un astre (fonction dite « Go to ») s'est démocratisée, même si ces systèmes sont également disponibles sur les montures équatoriales de gamme supérieure. Les algorithmes de pilotage de ces montures permettent la mise en station du télescope après pointage d'au minimum deux étoiles de référence en début de séance d'observation. Cette monture est souvent utilisée sur les télescopes de type Cassegrain et dérivés, et en particulier est traditionnellement associée aux Schmidt-Cassegrain. Les amateurs de photographies à longue exposition peuvent la plupart du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) munir ces instruments d'un dispositif de compensation de la rotation de champ (« dé-rotateur »), piloté par la monture.

L'automatisation à la portée du grand public

L'évolution la plus importante de ces dernières années est la possibilité, pour les montures les plus sophistiquées, d'être munies d'un dispositif autonome de correction des erreurs de suivi d'un astre : 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 transformant l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable exemple : une tension électrique,...), et ce grâce à des algorithmes de traitement d'image qui permettent d'asservir la position de la monture aux dérives constatées à l'image.

On peut par ailleurs noter l'apparition de services d'astrophotographie (L'astrophotographie, souvent appelée simplement astrophoto, est une discipline de l'astronomie et de la photographie qui consiste à effectuer des...) par Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la messagerie instantanée et le World Wide Web, en utilisant le protocole de...) (montures pilotées à distance).

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 diversifiés et impliquent...)

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 verbale. Il est défini par les relations externes...) 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...) 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 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 (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...) 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...) 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...) 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 de...) 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, c'est...), 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 (En optique géométrique, un rayon lumineux traversant une séparation entre deux milieux d'indices optiques différents peut subir une réflexion et une réfraction. Lorsqu'il n'y a pas de rayon réfracté, on dit qu'il subit une réflexion...).

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

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...) 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...) (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 distance moyenne...) 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 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...) 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 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...) du filtre pour l'optimiser au type d'observation que l'on souhaite faire.

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0. Vous pouvez soumettre une modification à cette définition sur cette page.

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