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Des
instruments pour mieux voir
Avec
une pupille dont le diamètre dans l'obscurité ne dépasse pas 7 à
8mm chez l'enfant et 5 à 7mm chez l'adulte, l'oeil humain ne peut
capter qu'une quantité de lumière assez limitée. Les instruments
d'optique utilisés en astronomie fonctionnent comme des yeux géants
:-) ! Ils comportent essentiellement un dispositif qui collecte les
rayons lumineux et les concentre en un point (le foyer) en donnant une
image que l'on peut observer avec des loupes spéciales plus ou moins
puissantes (les oculaires).
On
distingue deux principaux instruments, la lunette et le télescope,
qui se différencient par la nature du dispositif collectant et
focalisant la lumière : sur la lunette, c'est une lentille (ou un
ensemble) qu'on appelle l'objectif ; sur le télescope, c'est un
miroir concave appelé miroir primaire (ou principal, c'est du pareil
au même).
Alors
que les rayons lumineux sont déviés en traversant l'objectif d'une
lunette, ils ne font que se réfléchir à la surface du miroir
primaire d'un télescope : c'est pourquoi on utilise parfois le terme
de réfracteur pour une lunette et de réflecteur pour un télescope.
Les
clés de la performance
De
même que la puissance d'une auto ou d'une moto dépend de son moteur,
les performances d'un instrument d'observations du ciel sont
tributaires de son système d'optique.
L'objectif
d'une lunette, le miroir principal d'un télescope constituent
véritablement la pièce maîtresse de l'instrument, qui détermine
ses performances. De leur diamètre D dépend la quantité de
lumière collectée, donc l'éclat des astres les plus faibles
observables et la dimension des plus fins détails perceptibles. De
leur longueur focale F dépendent la grandeur et la luminosité des
images : à diamètre égal, une courte focale permet d'obtenir une
image plus petite mais plus lumineuse qu'une longue focale. Il
existe donc un compromis entre diamètre et longueur focale : le
rapport d'ouverture F/D. Plus ce rapport est petit, plus
l'instrument est "ouvert" et plus les images sont
lumineuses.
L'un
des paramètres caractérisant les performances d'un objectif de
lunette ou d'un miroir de télescope est sa clarté. Celle-ci est
égale au rapport entre la quantité de lumière collectée par cet
objectif ou ce miroir et celle captée par l'oeil nu, ou, ce qui
revient au même, au rapport de la surface de l'objectif (ou du
miroir bien sûr) à celui de la pupille de l'oeil. Comme la pupille
a, dans l'obscurité, un diamètre voisin de 6mm, la clarté C
s'exprime par la formule :
C =
(D/6)² = D²/36, avec D en millimètre
Ainsi,
par exemple, la clarté d'un objectif de 60mm est : C = 60²/36 =
3600/36 = 100. Cela signifie donc qu'une lunette munie d'un objectif
de 60mm collecte 100 fois plus de lumière qie l'oeil nu.
Un autre
paramètre essentiel est le pouvoir séparateur. Il caractérise
l'aptitude de l'instrument à discerner de fins détails ou deux points
angulairement rapprochés.
Sa valeur
est liée au diamètre D de l'objectif (ou du miroir). Si D est exprimé
en centimètres, la valeur, en sconde d'angle ("), du pouvoir
séparateur théorique est PS = 12/D. Par exemple, un objectif
de 60mm de diamètre a un pouvoir séparateur théorique de 2".
En fait, il est exeptionnel qu'un instrument permette d'atteindre
cette valeur théorique (à cause de la turbulence de l'air) et il
faut la multiplier par 2 pour obtenir le pouvoir séparateur réel.
Contrairement
à une idée répandue, le grossissement n'est pas un paramètre
fondamental ! A la différence de ceux dont je viens de vous citer
ci-haut, le grossissement G ne dépend pas que de l'objectif, mais
bien de la focale F de ce dernier et de la focale f de l'oculaire :
G =
F/f
Par exemple, un télescope d'une focale F de 900mm adapté avec un
oculaire 6mm donne un grossissement de 150 fois ! Plus le
grossissement est élevé, moins l'image est lumineuse. Mieux vaut
avoir une petite image nette et lumineuse qu'une grosse image sombre
et floue. Une image trop grossie ne montre aucun détail
supplémentaire.
En
règle générale, le grossissement optimal, qui permet d'utiliser au
mieux les possibilités de l'instrument, a une valeur comprise entre 1
et 1,2 fois le diamètre de l'objectif (ou du miroir) exprimé en
millimètres : il sera compris, par exemple, entre 60 et 72 fois pour
une lunette dont l'objectif a 60mm de diamètre, ou entre 115 et 138
fois pour un télescope dont le miroir a 115mm de diamètre.
Le
grossissement maximal à ne pas dépasser sous peine d'obtenir une
image de mauvaise qualité vaut 2,4 fois le diamètre de l'objectif (ou
miroir toujours) exprimé en millimètres (soit 144 fois pour une
lunette de 60mm et 276 fois pour un 115mm).
il
existe aussi un grossissement minimal au-dessous duquel il ne faut pas
descendre si l'on ne veut pas sous-employer son instrument : ce
grossissement est de l'ordre de 0,15 fois le diamètre de l'objectif (ou
miroir) exprimé en millimètres.
Un
quatrième paramètre est l'étendue du ciel que l'instrument
astronomique permet de voir : c'est le champ. Il diminue lorsque le
grossissement augmente.
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