Astronomie amateur - Définition

Techniques d'observation et outils

La pratique observationnelle de l'astronomie amateur regroupe de nombreuses techniques. La majeure partie des astronomes amateurs pratique l'observation visuelle et/ou l'imagerie, mais il existe également d'autres techniques tout aussi intéressantes qu'on tentera de détailler ici.

L'observation visuelle

La manière la plus facile d'observer le ciel consiste à saisir directement et en temps réel la lumière visible provenant de l'objet observé. Cette technique est appelée « observation visuelle ». Dans tous les cas cela consiste à utiliser les yeux, éventuellement par l'entremise d'un instrument amplificateur.

On pourrait croire au premier abord que seules les performances physiologiques de l'œil (sensibilité rétinienne, stigmatisme cornéen, etc.) suffisent, pour des conditions d'observations identiques, à prédire la qualité de ces observations. En réalité, l'expérience de l'observateur est très loin d'être négligeable : certaines techniques, même faciles à acquérir, permettent de gagner en sensibilité. La plus connue est certainement la « vision décalée » qui consiste à exploiter la périphérie de la rétine plus sensible que la zone centrale (macula), laquelle est optimisée pour la vision diurne : dès lors il ne s'agit plus de fixer l'objet mais de diriger notre regard un peu à côté ; en contrepartie on perd en coloration et en définition (il sera plus difficile de discerner les détails d'une nébuleuse, par exemple) c'est pourquoi il faudra trouver le compromis adapté. La forme physique demeure néanmoins un facteur à ne pas négliger : un manque de sommeil ou une carence en vitamine A peut altérer la vision scotopique de manière significative. D'autres paramètres peuvent varier d'un individu à l'autre : la perception des couleurs en est un exemple.

L'œil nu

La technique d'observation la plus évidente correspond tout simplement à l'utilisation des deux seuls yeux. Bien qu'il s'agisse d'une « technique » élémentaire, l'observation à l'œil nu permet de se familiariser avec les constellations et de profiter de phénomènes astronomiques plus ou moins importants tels que les éclipses (avec un filtre approprié dans le cas d'une éclipse de Soleil), les conjonctions ou encore les « pluies » d'étoiles filantes.

L'œil humain permet d'atteindre une magnitude apparente limite d'environ 8 dans le meilleur des cas (Échelle de Bortle). L'acuité visuelle, la taille de la pupille et surtout la pollution lumineuse constituent les trois facteurs limitants directs. En Europe occidentale, un œil jeune, exercé et dépourvu de défauts situé en haute montagne pourra espérer atteindre la magnitude 7,5 tandis qu'un citadin âgé et non initié pourra difficilement dépasser la quatrième magnitude (une étoile de magnitude 8 est près de 40 fois plus faible qu'une étoile de magnitude 4).

Les jumelles

L'utilisation de jumelles permet de mener une étude visuelle approfondie du ciel. Une paire de jumelles légère tenue à la main est d'une aide efficace pour trouver et observer astérismes et amas ouverts, ainsi que les galaxies et nébuleuses (obscures et en émission pour la plupart) les plus brillantes. Elle peuvent également se révéler plaisantes pour l'observation d'une conjonction serrée ou d'une comète de passage.

On peut également signaler l'existence de grands modèles de jumelles (pour la plupart d'origine japonaise), instruments de choix pour les chasseurs de comètes ; c'est d'ailleurs avec ce type d'instrument que Yuji Hyakutake (1950-2002) découvrit en 1996 la célèbre comète qui porte son nom. Ces jumelles lourdes et encombrantes, dont le diamètre des objectifs atteint parfois 150 mm, peuvent représenter un investissement élevé et nécessiter l'emploi d'une monture stabilisante.

La longue-vue

Même s'il s'agit d'un instrument plutôt conçu pour l'observation ornithologique, une longue-vue peut s'avérer d'une aide intéressante pour l'observation astronomique. D'une utilisation proche de celle des jumelles malgré la perte de la vision binoculaire et de la sensation de confort qu'elle procure, les longues-vues peuvent en outre recevoir des oculaires (souvent spécifiques) permettant de faire varier le grossissement et présenter un renvoi coudé à 45° diminuant les risques de torticolis. Ces instruments doivent être montés sur un pied pour être utilisés dans les meilleures conditions de stabilité et de confort.

Le télescope

Pour nombre d'astronomes amateurs le télescope, qu'il soit réfracteur, réflecteur ou catadioptrique, représente souvent le stade ultime de la pratique de l'astronomie. Il permet d'une part de monter plus haut en diamètre que les instruments précités, d'autre part — et sous certaines conditions — de ne plus se cantonner à l'observation visuelle et s'essayer à l'imagerie.

Le plus déroutant lors de la première utilisation de ces instruments reste l'inversion de l'image : utilisé tel quel un télescope donnera une image renversée (rotation de 180°) de la source. Avec un renvoi coudé, l'image subit une inversion miroir : le haut est toujours en haut mais la droite se retrouve à gauche. Dans le cadre d'une utilisation astronomique, le sens n'a de toute façon que peu d'importance : dans le ciel les notions de haut et de bas sont toujours relatives ; l'habitude aidant, cette inversion n'est plus incommodante.

Ce n'est pas tant pour la taille qu'ils peuvent atteindre que pour la diversité des modèles existants et la polyvalence qu'ils offrent que les télescopes figurent comme les outils les plus appréciés des astronomes amateurs. Non seulement le choix des instruments est vaste, mais celui des accessoires qu'on peut leur adjoindre aussi. En effet, les normes américaines sont aujourd'hui devenu des standards et on peut désormais fréquemment monter un accessoire américain ou chinois sur un télescope russe ou japonais — entre autres combinaisons.

Un télescope est en fait un tout qu'on ne saurait réduire au seul « tube optique » : il doit, pour fonctionner, être accompagné d'accessoires indispensables qui ne seront pas forcément fournis lors de l'acquisition.
Tout d'abord, une monture est nécessaire : les grossissements susceptibles d'être utilisés avec un télescope ainsi que le poids et l'encombrement de ce dernier excluent toute utilisation à bout de bras ; certaines montures sont munies de « mouvements lents » qui permettent d'ajuster manuellement la position du télescope, d'autres sont motorisées afin d'assurer le suivi équatorial (compensation de la rotation terrestre) voire de pointer automatiquement un objet. Aussi, dans le cadre d'une observation purement visuelle, l'amateur devra se pourvoir en oculaires afin d'être en mesure d'adapter le grossissement à son instrument, aux conditions extérieures et bien sûr à l'objet observé.

Quelques accessoires permettent d'aller plus loin :

• Les « chercheurs » et « pointeurs » :
  Ils permettent de trouver l'objet que l'on veut observer. Un chercheur est une petite lunette à champ large (plusieurs degrés) dont l'oculaire est muni d'un réticule. Un pointeur est un dispositif qui dessine une mire virtuelle sur le ciel à l'aide d'une source lumineuse et d'un masque dont l'image est projetée à l'infini sur un miroir plan transparent au travers duquel on regarde (il n'y a donc pas de grossissement ni de retournement de l'image contrairement au chercheur). On se dispense rarement de ce type d'accessoire étant donné le gain de temps qu'il apporte.
  • À noter l'existence d'un appareil équipé d'un GPS et de capteurs de gravitation, nommé Skyscout de la firme spécialisée Celestron, qui permet par une simple visée d'obtenir les informations sur un objet céleste choisi, ou à l'inverse, de choisir dans sa base de données un objet céleste par son nom et de suivre les indications géométriques pour le centrer dans l'oculaire de l'appareil.
• Les filtres :
  Solaires, ils permettent d'observer les taches solaires et la granulation de la photosphère grâce à une transmission lumineuse très faible (de l'ordre de 0,001 %) ; ils se placent à l'ouverture du télescope (et non au voisinage du foyer c'est-à-dire au voisinage de l'oculaire) et peuvent prendre la forme d'un film ou d'une plaque de verre traité. Lunaires, ils permettent d'atténuer la lumière parfois fatigante de la Lune ; ils peuvent être polarisants et révéler des hétérogénéités dans le sol lunaire. Colorés, ils peuvent améliorer le rendu de certains détails planétaires. Interférentiels, ils permettent (entre autres) soit de réduire — avec une efficacité toute relative — les effets de la pollution lumineuse (rejet notamment des raies du sodium, bande « coupante » de l'ordre de la dizaine de nanomètres), soit d'améliorer notablement le contraste des nébuleuses en émission (planétaires et diffuses) en sélectionnant les raies visibles les plus énergétiques (oxygène-III, hydrogène-bêta ou les deux, bande passante de l'ordre de la dizaine de nanomètres), soit d'observer (« en plus » du filtre solaire) les protubérances solaires (hydrogène-alpha, bande passante de l'ordre de l'ångström) ; dans tous les cas il s'agit d'améliorer le rapport signal/bruit ; la difficulté de réalisation étant d'autant plus élevée que la bande passante est étroite, ces filtres sont très coûteux (grosso modo de 10 à 150 €/cm²).

L'imagerie

L'autre pratique extrêmement courante de l'astronomie, chez l'amateur, revient à produire des images du ciel. Elle peut se pratiquer à des degrés très divers, pour des budgets pouvant varier d'un facteur cent suivant le domaine d'observation visé et les résultats attendus.

L'exercice consiste à combiner un objectif et un capteur :

• L'objectif est l'élément optique qui va projeter le ciel sur une surface focale passant par le foyer de cet objectif. En pratique, cet objectif est un objectif d'appareil photographique, de chambre astrographique (Schmidt, Buchroeder-Houghton...) ou plus communément de télescope (réfracteur, réflecteur ou catadioptrique). La distance focale de l'objectif conditionne le grandissement de l'image : plus la focale est grande plus l'image est grande — et donc plus le champ est petit pour une même aire au niveau de la surface focale.
• Le capteur est l'élément qui transforme le signal lumineux en un signal chimique ou électrique et qui se traduira par l'impression d'une image fixe sur un support (tangible ou électronique). Il est placé de manière à coïncider avec la surface focale de l'objectif afin de garantir la mise au point – on parle alors d'imagerie au foyer. La pellicule photographique a été jusqu'à la deuxième moitié du XX^e siècle le seul moyen de fixer une image ; depuis lors, les supports numériques ont envahi le marché et bien qu'il reste quelques irréductibles de l'astrophotographie argentique, l'avenir est aux capteurs optoélectroniques (CCD ou CMOS).

Dans certains cas, on peut effectuer une projection au moyen d'un oculaire ou bien un montage afocal, techniques plus complexes et moins usitées que l'imagerie « au foyer ».

Procédé argentique

L'astrophotographie argentique est rentrée depuis les années 1990 dans un cercle vicieux qui tend à accélérer sa disparition : le grand public étant séduit par les atouts du numérique, les fabricants de pellicule — souvent les mêmes que les fabricants de capteurs électroniques — ont eu tendance à axer leur production sur ce nouvel eldorado, ce qui a fait que le choix en matière de films photographique s'est rétréci comme peau de chagrin, accentuant encore le désengagement du public envers l'argentique.

Les films techniques comme le célèbre Kodak Technical Pan 2415 ont longtemps été, après hypersensibilisation, des outils de choix des astrophotographes. Comme les films couleur sensibles dans le rouge (rouge comme l'abondante raie hydrogène-alpha des nébuleuses), ces films ont aujourd'hui, hormis quelques modèles pour diapositives, totalement disparu du marché.

L'astrophotographie argentique peut toutefois donner d'agréables résultats sur les grands champs d'étoiles notamment (constellations) moyennant des poses de l'ordre de la dizaine de minutes avec un objectif standard, en parallèle avec un instrument de guidage. Plus simple encore : les filés d'étoiles (éventuellement circumpolaires) ne nécessitent pas de suivi. Ceci étant, la photographie argentique « au foyer » a toujours été une technique d'autant plus délicate que la focale de l'objectif est longue, et ce pour des raisons de précision du suivi équatorial.

La photographie grand champ en chambre de Schmidt, technique coûteuse mais efficace, n'est possible qu'avec des films photographiques puisque seuls ceux-ci peuvent être susceptibles d'épouser la surface focale qui a dans ce cas la forme d'une calotte sphérique (le film est étiré par élasticité sur un support qui épouse la surface focale).

Caméra CCD

La voie royale pour l'imagerie du ciel profond reste la technologie CCD (charge coupled device), qui offre une sensibilité exceptionnelle et bénéficie des avancées technologiques les plus récentes. À ses débuts très coûteuse et exigeante, cette technique a eu tendance à se répandre plus facilement grâce notamment à la baisse des tarifs et à l'apparition de l'autoguidage permettant d'automatiser le suivi de la monture supportant l'instrument. Il n'en demeure pas moins que les techniques d'acquisition et de traitement ne sont pas de la première simplicité et exigent un savoir-faire certain.

Ce sont avec cette technologie que les plus belles images de nébuleuses, amas ou galaxies ont été produites. Les amateurs les plus doués possèdent la plupart du temps un observatoire qui leur est propre et qui abrite un équipement coûteux, que cet observatoire soit situé au fond de leur jardin ou perdu à des milliers de kilomètres dans un site de premier choix. Il arrive toutefois que d'excellents astrophotographes restent nomades avec du matériel relativement simple mais utilisé de façon optimale.

Webcam

Les années 1990 ont vu l'apparition des premières webcams, ces petites caméras de visioconférence informatique. Les amateurs qui ont l'idée de les placer au foyer de leur télescope, prennent la précaution de les défaire de leur lentille sommaire faisant office d'objectif.

Utilisées telles quelles, ces webcams devenues astrocams permettent d'enregistrer de petites séquences vidéo de la Lune et de planètes : les capacités de calcul des ordinateurs personnels rendent possible l'application à ces séquences d'images de techniques performantes de traitement d'images (enregistrement, composition...) qui permettront d'améliorer très nettement le rapport signal/bruit par rapport à une image brute, même sans un suivi précis de l'astre. En ce début de XXI^e siècle, la webcam est à la fois l'outil le moins coûteux et l'un des plus efficaces pour produire de belles images de la Lune, de Mars, de Jupiter ou de Saturne.

Même si la taille réduite et la sensibilité limitée des pixels du capteur ne prédispose pas les webcams à une activité en ciel profond, certains amateurs ont réussi à modifier ces caméras afin de les rendre aptes à l'exposition en longue pose. Même si le résultat est assez loin de ce que l'on peut obtenir avec la technologie CCD (ne serait-ce que par le bruit thermique difficile à maîtriser), le coût peu élevé de cette solution permet au moins de goûter sans trop de risques aux plaisirs (et à la difficulté) de l'imagerie des nébuleuses, amas et galaxies.

Appareil photographique numérique

Il a fallu attendre quelques années entre l'apparition des premiers appareils photo-numériques et celle des modèles de type reflex qui permettent la photographie au foyer de l'objectif utilisé. Les résultats obtenus avec les appareils dont l'objectif ne peut être désolidarisé du boîtier sont souvent médiocres, eu égard à des techniques moins naturelles d'acquisition (projection oculaire par exemple). Cependant, lorsque l'on utilise du bon matériel, de superbes clichés peuvent être fait, notamment avec certains APN compacts mis en afocal derrière un télescope. Les images obtenues par les boîtiers reflex sont en revanche bien plus encourageantes : la photographie à grand champ au foyer redevient alors possible, comme autrefois avec les appareils argentiques — les apports du numérique en plus (grand nombre de prises de vues, télécommande, etc.).

Cette technique présente l'avantage d'être moins coûteuse que la CCD et surtout plus autonome : nul besoin d'ordinateur portable sur place. En contrepartie, le bruit thermique n'est pas aussi bien contrôlé dans un appareil photo que dans une « vraie » caméra CCD, ce qui limite sévèrement les temps de pose.

Le dessin

À mi-chemin entre l'observation visuelle pure et dure d'une part et l'imagerie d'autre part, il existe une technique ancestrale mais qui a su conserver un certain nombre d'adeptes. En effet, le dessin astronomique présente le meilleur des deux mondes : la simplicité du premier et la touche artistique (ou utilitaire) du second.

Cette technique permet en outre à l'amateur de développer son sens de l'observation puisqu'il doit retranscrire sur le papier tous les détails constatés à l'oculaire. Celui qui ne dessine pas aura plus tendance à survoler les objets qu'il observe.

La spectroscopie

Pouvant être pratiquée à la fois en visuel et en photographie, la spectroscopie est une manière d'observer le ciel sous un autre jour, plus proche de l'étude de la chimie stellaire que d'une observation désintéressée de toute interprétation astrophysique, comme on le ferait plus volontiers dans le cadre d'observations traditionnelles.

Cette technique consiste à décomposer le spectre visible d'un objet (étoile, planète ou nébuleuse en émission) à l'aide d'un réseau de diffraction ou d'un prisme et à observer ou photographier les raies d'absorption afin de les identifier a posteriori et donc de déduire la composition chimique du corps observé.

La radioastronomie

Même s'il s'agit de sa facette la plus facile à appréhender, l'univers observable n'émet pas exclusivement de la lumière visible. Le domaine accessible par nos caméras CCD est à peine plus étendu que celui de l'œil humain, c'est-à-dire réduit à une portion extrêmement congrue du spectre électromagnétique, c'est pourquoi il existe un capteur adapté à chaque domaine du spectre.

Malheureusement, les technologies nécessaires à l'observation des rayons X et gamma sont aujourd'hui inaccessibles à l'amateur. Du côté des ondes radio, en revanche, la technologie est déjà omniprésente puisqu'elle permet aux foyers isolés de recevoir des données satellitaires. Ainsi, en radioastronomie, une antenne parabolique associée à un vu-mètre permet d'observer un flux qu'aucun de nos cinq sens ne pourrait appréhender sans cette conversion de signal. On peut de cette manière observer les radiosources les plus puissantes : le Soleil, Jupiter, le bulbe galactique, quelques galaxies elliptiques géantes...