Télescope - Définition

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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...) est souvent plus important que son grossissement optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...), 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...), 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...) 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...), 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...) dont l'objectif est composé d'un ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) 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...) dont le miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) (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...) 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...).

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...) pas le verre (Le verre, dans le langage courant, désigne un matériau ou un alliage dur, fragile...) qui sert uniquement de support à une pellicule d'aluminium (L'aluminium est un élément chimique, de symbole Al et de numéro atomique 13....) 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...).

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...). 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) 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...) à pointer, et un axe perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) 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...) 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 (Le nombre de rotations de la Terre sur elle-même est de 365,2425 par an environ (calendrier...) (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...) 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...) 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...) 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...) 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...) polaire ou l'équivalent austral (Le mot austral (du latin australis) est un adjectif qualifiant ce qui se situe dans l'hémisphère...) (souvent la constellation (Une constellation est un ensemble d'étoiles dont les projections 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...) et d'un axe horizontal (Horizontal est une orientation parallèle à l'horizon, et perpendiculaire à 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...), 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...), 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...) 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...) 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...) 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...) automatique (L'automatique fait partie des sciences de l'ingénieur. Cette discipline traite de la...) 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...) 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...) d'astronomie à double capteur (Un capteur est un dispositif transformant l'état d'une grandeur physique observée en une...), 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, voire encore plus radicalement AP,...) par Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services...) (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...)

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...) terrestre le plus éloigné possible comme le toit (Le toit est la structure couvrant la partie supérieure d'un édifice, permettant...) d'une maison (Une maison est un bâtiment de taille moyenne destiné à l'habitation d'une famille,...) 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...) 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...), 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...) 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...) 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 :...) 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...) 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...), 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...).

Lentille de Barlow (Une lentille de Barlow (du nom de son inventeur Peter Barlow) est une lentille divergente...)

La lentille de Barlow allonge la distance focale (La distance focale d'un système optique est la mesure de sa puissance de convergence (focus)...) 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...) (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...) 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 mathématiques, le résultant est une notion qui s'applique à deux polynômes....) 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...) 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...) du filtre pour l'optimiser au type d'observation que l'on souhaite faire.

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