Le problème de la comparaison entre les observations du Ciel Profond n'est pas neuf. D'ailleurs, il ne s'agit là que d'un problème supplémentaire parmi bien des comparaisons problématiques d'observation en astronomie : surfaces planétaires, comètes, étoiles variables, etc. Ce qui suit est la proposition d'une nouvelle caractéristique instrumentale destinée à faciliter dans une certaine mesure la comparaison des observations écrites et des dessins en Ciel Profond plus particulièrement, mais aussi plus généralement les comparaisons de n'importe quels travaux en astronomie amateur.
Faisons ensemble le recensement des variables qui diffèrent d'une observation à l'autre pour un même objet selon les critères suivants: observateur, instrument, site.
Observateur : qualité et sensibilité de l'oeil, expérience, ...
Instrument : puissance collectrice, qualité optique, ...
Site d'Observation : transparence, turbulence, pollution lumineuse...
L'observateur est difficile à calibrer : il n'existe pas de test simple et largement répandu chez les amateurs permettant d'étalonner la sensibilité aux faibles éclairements de l'oeil et ses variations d'un individu à l'autre. Cette variable reste donc malheureusement impossible à comparer en pratique... Les qualités d'un site peuvent être mesurés par plusieurs méthodes : estimation de magnitude limite à l'œil nu et au télescope, état de vision de la Voie Lactée, estimation visuelle de la turbulence (échelle de Danjon), etc. Toutefois, ces méthodes reposent sur des estimations à l'oeil et nous avons déjà établi que l'oeil ne peut être calibré, donc on peut seulement dire que la qualité d'un site peut être estimée sans plus. En fait, ces estimations de la sensibilité d'un observateur et de la calibration d'un site sont tellement dépendantes l'une de l'autre qu'elles deviennent presque impossible à différencier !
En ce qui concerne l'instrument, il n'y a pas de problème me direz vous ! C'est le diamètre de l'instrument qui détermine tout et donc la variable est facile à déterminer exactement : c'est-à-dire qu'une lunette de 100mm de diamètre est moins performante de 33% qu'un télescope de 150mm. Cela n'est pas forcément vrai ! En fait, connaître le diamètre d'un instrument, ce n'est pas connaître sa puissance collectrice.
Prenons calmement le temps d'analyser le trajet de la lumière à travers une lunette d'abord : celle-ci traverse les deux (ou plus) lentilles frontales de l'objectif et les multiples lentilles de l'oculaire avant de parvenir à votre oeil. Pour un télescope, une partie de la lumière est arrêtée par le miroir secondaire et le reste se réfléchit sur le miroir primaire puis le secondaire et enfin traverse l'oculaire jusqu'à votre oeil.
Faisons ensemble le recensement des variables qui diffèrent d'une observation à l'autre pour un même objet selon les critères suivants: observateur, instrument, site.
Observateur : qualité et sensibilité de l'oeil, expérience, ...
Instrument : puissance collectrice, qualité optique, ...
Site d'Observation : transparence, turbulence, pollution lumineuse...
L'observateur est difficile à calibrer : il n'existe pas de test simple et largement répandu chez les amateurs permettant d'étalonner la sensibilité aux faibles éclairements de l'oeil et ses variations d'un individu à l'autre. Cette variable reste donc malheureusement impossible à comparer en pratique... Les qualités d'un site peuvent être mesurés par plusieurs méthodes : estimation de magnitude limite à l'œil nu et au télescope, état de vision de la Voie Lactée, estimation visuelle de la turbulence (échelle de Danjon), etc. Toutefois, ces méthodes reposent sur des estimations à l'oeil et nous avons déjà établi que l'oeil ne peut être calibré, donc on peut seulement dire que la qualité d'un site peut être estimée sans plus. En fait, ces estimations de la sensibilité d'un observateur et de la calibration d'un site sont tellement dépendantes l'une de l'autre qu'elles deviennent presque impossible à différencier !
En ce qui concerne l'instrument, il n'y a pas de problème me direz vous ! C'est le diamètre de l'instrument qui détermine tout et donc la variable est facile à déterminer exactement : c'est-à-dire qu'une lunette de 100mm de diamètre est moins performante de 33% qu'un télescope de 150mm. Cela n'est pas forcément vrai ! En fait, connaître le diamètre d'un instrument, ce n'est pas connaître sa puissance collectrice.
Prenons calmement le temps d'analyser le trajet de la lumière à travers une lunette d'abord : celle-ci traverse les deux (ou plus) lentilles frontales de l'objectif et les multiples lentilles de l'oculaire avant de parvenir à votre oeil. Pour un télescope, une partie de la lumière est arrêtée par le miroir secondaire et le reste se réfléchit sur le miroir primaire puis le secondaire et enfin traverse l'oculaire jusqu'à votre oeil.
Il faut savoir que la lumière ne se réfléchit pas sur un miroir et ne se réfracte pas à travers une lentille sans perte. Pour une lentille, une perte de lumière est occasionnée à chaque changement de milieu, on dit aussi pour chaque surface air-verre. Il y a aussi une absorption du verre (environ 2% par cm d'épaisseur). Pour un miroir, une partie de la lumière est absorbée par la surface pourtant dite réfléchissante. Ces pertes sont variables selon la qualité des verres et des traitements optiques pour les lunettes et les oculaires, et selon la qualité des couches réfléchissantes pour les télescopes. Une surface air-verre de lentille optiquement non-traitée réfléchit (empêche de passer) 4,5% de lumière; si cette surface est traitée antireflet (TAR) au magnésium bifluoré, les pertes sont réduites à 1,5% et à 0,5% si le traitement optique est "multicouches" (TMC). De nouveaux traitements multicouches à bande large (TMCBL) réduisent les pertes jusqu'à 0,2% par surface air-verre.
Pour savoir si votre paire de jumelle ou votre lunette est traitée, vérifiez si les reflets d'objets blancs deviennent bleu et bleu clair (TAR), vert, brun ou rougeâtre (TMC) ou bien bleu très sombre sans pratiquement de reflet (TMCBL). En comptant les surfaces air-verre de votre objectif ou de votre paire de jumelles (pour peu que la notice détaille son agencement optique), vous saurez exactement à combien s'élèvent les pertes lumineuses de votre instrument.
Pour savoir si votre paire de jumelle ou votre lunette est traitée, vérifiez si les reflets d'objets blancs deviennent bleu et bleu clair (TAR), vert, brun ou rougeâtre (TMC) ou bien bleu très sombre sans pratiquement de reflet (TMCBL). En comptant les surfaces air-verre de votre objectif ou de votre paire de jumelles (pour peu que la notice détaille son agencement optique), vous saurez exactement à combien s'élèvent les pertes lumineuses de votre instrument.
Typiquement, une lunette classique possède 4 surfaces air-verre TAR et fait 1cm d'épaisseur, une lunette fluorite fait 2 ou 4 surfaces air-verre TMC. Une paire de jumelles occasionne entre 10 et 14 surfaces air-verre et il est avantageux (même si plus coûteux) d'avoir un maximum de surfaces air-verre traitées multi-couches...
Une surface de miroir en argent (Ag) absorbe 7,6% de lumière et une surface en aluminium protégé (Alp) en retient 11,0% (la plus commune). Certains "Schmidt-Cassegrain" et autres télescopes récents ont des miroirs "enhanced" traités spécialement : ils n'absorbent que 5% de la lumière et parfois moins.
Pour les télescopes, il convient de tenir compte de l'obstruction provoquée par le miroir secondaire. Il existe deux manières de l'évaluer : par le rapport des diamètres du primaire et du secondaire, mais aussi par le rapport de leurs surfaces. C'est ce dernier critère le plus intéressant puisqu'il conditionne la quantité de lumière qui atteindra le miroir primaire... Ce rapport se calcule facilement en utilisant la formule suivante (simplifiée) :
Une surface de miroir en argent (Ag) absorbe 7,6% de lumière et une surface en aluminium protégé (Alp) en retient 11,0% (la plus commune). Certains "Schmidt-Cassegrain" et autres télescopes récents ont des miroirs "enhanced" traités spécialement : ils n'absorbent que 5% de la lumière et parfois moins.
Pour les télescopes, il convient de tenir compte de l'obstruction provoquée par le miroir secondaire. Il existe deux manières de l'évaluer : par le rapport des diamètres du primaire et du secondaire, mais aussi par le rapport de leurs surfaces. C'est ce dernier critère le plus intéressant puisqu'il conditionne la quantité de lumière qui atteindra le miroir primaire... Ce rapport se calcule facilement en utilisant la formule suivante (simplifiée) :
où O est l'obstruction en pourcentage de surface utilisée (%), D le diamètre du miroir primaire et d le diamètre du miroir secondaire, tous deux dans la même unité.
Exemple : pour un Schmidt-Cassegrain de 200 à f/10, le primaire mesure 203mm de diamètre et le secondaire 65mm; l'obstruction est donc de 652/2032 = 0,102, soit 10,2% de la surface du primaire inutilisée et autant de lumière en moins...
Pour l'anecdote, le célèbre Herschel, afin de perdre un minimum de lumière n'utilisait pas de miroir secondaire , et se contentait de tailler un miroir principal selon une portion de parabole orientée de manière à obtenir une image sur le coté du tube, analysable directement en tenant l'oculaire (principe du télescope d'Herschel)...
Exemple : pour un Schmidt-Cassegrain de 200 à f/10, le primaire mesure 203mm de diamètre et le secondaire 65mm; l'obstruction est donc de 652/2032 = 0,102, soit 10,2% de la surface du primaire inutilisée et autant de lumière en moins...
Pour l'anecdote, le célèbre Herschel, afin de perdre un minimum de lumière n'utilisait pas de miroir secondaire , et se contentait de tailler un miroir principal selon une portion de parabole orientée de manière à obtenir une image sur le coté du tube, analysable directement en tenant l'oculaire (principe du télescope d'Herschel)...
Enfin, les oculaires sont les parties optiques les plus complexes en ce qui concerne leur transmission lumineuse. Sachez simplement que les oculaires possèdent entre 2 et 9/10 lentilles soit entre 4 et 20 surfaces air- verre, parmi lesquelles certaines (les plus extérieures) peuvent être TAR ou TMC et parfois elles le sont toutes. Voici une liste d'oculaires avec leurs coulants (24,5 ou 31,75) et une estimation éclairée de leurs transmissions en %.
Oculaire |
Transmission |
Ramsden |
85% |
Huygens |
89% |
Kellner |
92% |
Modified Achromatic |
91% |
Orthoscopique |
92% à 98% |
Plössl |
86% à 94% |
Super Plössl |
95% |
Plössl Lanthanum |
95% |
Erflé |
86% à 94% |
Ultima |
89% à 92% |
Super Wide Angle / Wide Field |
92% à 98% |
Ultra Wide Angle / Nagler |
87% (II) à 95% (>V) |
Explore Scientific 100° / Ethos |
92% à 94% |
Nous avons jusqu'ici parlé de pertes lumineuses et il convient à présent de convertir ces données en transmission: une lentille ou un miroir qui perd 5% de lumière en transmet 95%. On peut maintenant combiner ces diverses transmissions en une capacité de transmission totale (CT) du système optique utilisé en pourcentage (%). Cette CT se calcule par une multiplication du pourcentage de lumière non-obstruée Pobs et des transmissions partielles du système instrumental: Tobj transmission de l'objectif (miroirs primaires et secondaires, lentilles, ...) et Toc transmission de l'oculaire utilisé.
CT = Pobs x Tobj x Toc
Nous prendrons pour exemple mon télescope Dobson : le miroir primaire ø445mm et le secondaire ø107mm occasionnent une obstruction de surface de 5,8% (Pobs=94,2%) et sont aluminés normalement (transmission de 89% par surface). La transmission du télescope (Tobj) est donc de 79,2% (=0,89 x 0,89). Si on utilise un oculaire Nagler de 16mm (Toc=95%), on peut calculer les effets cumulés de l'obstruction par la transmission de primaire par la transmission du secondaire par la transmission de l'oculaire: 0,942 x 0,792 x 0,95 = 70,9%. D'après la formule suivante, applicable à n'importe quel instrument :
où OV est l'ouverture virtuelle et D le diamètre de l'instrument, tous deux mesurés en mm. On peut en déduire que ce télescope Dobson fonctionne comme avec une ouverture virtuelle égale à 375mm, ouverture d'un télescope de 375mm hypothétique, sans défaut ni obstruction et avec une transmission de 100% pour les miroirs et l'oculaire...
En guise de conclusion, il est facile de comparer directement les exemples que je citais au début de cet article: la lunette Fluorite de 100mm TMC et le télescope Newton aluminé de 150mm (obstruction de 6%), utilisés tous deux avec le même oculaire. Pour la lunette, on obtient une OV de 98mm et pour le télescope, une CT de 129mm. Comparer les diamètres de deux instruments de 150mm et 100mm comme nous le faisions au début de cet article ne revient pas au même que de comparer les ouvertures virtuelles de deux instruments, soit 123mm et 96mm, non ? Dans le premier cas, le télescope est supérieur de 33% à la lunette alors que dans le second, la différence n'est que de 22%... Nous avons vu la justesse de ce dernier critère par rapport à l'arbitraire et incomplète notion de diamètre, alors devenez adepte de cette pratique de comparaison et accompagnez toutes vos descriptions, dessins, photos ou CCD avec la mention de l'ouverture virtuelle.
En guise de conclusion, il est facile de comparer directement les exemples que je citais au début de cet article: la lunette Fluorite de 100mm TMC et le télescope Newton aluminé de 150mm (obstruction de 6%), utilisés tous deux avec le même oculaire. Pour la lunette, on obtient une OV de 98mm et pour le télescope, une CT de 129mm. Comparer les diamètres de deux instruments de 150mm et 100mm comme nous le faisions au début de cet article ne revient pas au même que de comparer les ouvertures virtuelles de deux instruments, soit 123mm et 96mm, non ? Dans le premier cas, le télescope est supérieur de 33% à la lunette alors que dans le second, la différence n'est que de 22%... Nous avons vu la justesse de ce dernier critère par rapport à l'arbitraire et incomplète notion de diamètre, alors devenez adepte de cette pratique de comparaison et accompagnez toutes vos descriptions, dessins, photos ou CCD avec la mention de l'ouverture virtuelle.