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Quel télescope acheter et pour quel usage ?

Que peut-on observer avec un télescope ? (I)

L'observation du ciel est un sujet aussi vaste que son objet d'étude ! La question est tellement générique qu'on peut dire que tout est accessible au télescope, de l'oiseau perché à 100 mètres dans un arbre aux galaxies situées à... un milliard d'années-lumière !

Il faut toutefois nuancer ces propos. Etant donné la distance de ces galaxies, cela sous-entend que la plupart du temps vous n'observez plus le ciel mais le photographiez, car à cette distance elles sont invisibles même dans les télescopes professionnels.

Aussi nous devons faire une distinction entre l'observation visuelle du ciel et l'astrophotographie dont les moyens et les résultats sont tout différents.

Tout d'abord résumons dans un tableau les performances théoriques des instruments d'astronomie car beaucoup de débutants s'imaginent qu'il suffit d'utiliser un fort grossissement pour obtenir de bons résultats. C'est totalement faux !

Nous devons cette fausse idée aux publicités mensongères de certains commerçants, tout spécialement il y a quelques décennies, avant que ce genre de pratique ne soit sanctionnée par la loi.

En effet, certaines publicités ventaient et ventent parfois encore des jumelles 5x40 ou des lunettes de 50 mm f/7 capables de grossir... 200x, alléchant le client avec une image de la Lune prise par un télescope d'au moins 200 mm d'ouverture ! Arrêtons de prendre les gens pour des idiots ! Ces publicités sont mensongères ! Qu'en est-il exactement ? Ces petites jumelles de 40 mm de diamètre grossissent en réalité 5x et cette petite lunette à tube court offre un grossissement optimal de 125x. Nous verrons tout cela en détail un peu plus loin.

En attendant, voyons tout d'abord les performances théoriques des instruments d'astronomie amateur.

A consulter : Formulaire pratique

L'échelle de Bortle (de magnitude apparente)

Performances théoriques

des instruments d'astronomie amateur

(Formule de Rayleigh tenant compte de la diffraction)

Diamètre

de l'objectif 

Magnitude

visuelle limite

Pouvoir

séparateur

Grossissement

maximum

Résolution instrumentale

(théorique et pratique)

50 mm

10.2

2.8"

125x

60 mm

10.9

2.3"

150x

80 mm

11.2

1.7"

200x

100 mm

12.0

1.4"

250x

125 mm

12.5

1.1"

312x

150 mm

13.8

0.9"

375x

200 mm

14.4

0.7"

500x

250 mm

14.8

0.6"

625x

300 mm

15.5

0.5"

750x

400 mm

16.0

0.3"

900x

La formule utilisée pour calculer le pouvoir séparateur (PS) est la formule de Rayleigh simplifiée : PS = 0.1384/D, avec D le diamètre de l'instrument en mètres pour obtenir la valeur en secondes d'arc. Cette formule est valable pour une longueur visible moyenne (550 nm). En pratique, à travers une atmosphère légèrement turbulente, le pouvoir séparateur peut être multiplié par 2 ou plus (PS~2" pour un 125 mm). Concernant la magnitude visuelle limite, il s'agit de la magnitude apparente (irradiance sous la couche atmosphérique), une valeur indicative qui dépend des conditions d'observation. Par une nuit noire (sans Lune et éventuellement sans planète brillante), très claire et l'objet très haut sur l'horizon, en utilisant une lunette apochromatique plutôt qu'un télescope (à miroir) dans un lieu éloigné de la pollution lumineuse, vous pouvez gagner environ 0.5 magnitudes sur la valeur indiquée. En revanche, en région urbaine ou suburbaine, vous pouvez perdre plusieurs magnitudes si la pollution lumineuse est importante.

Les performances d'une optique astronomique varient avant tout en fonction de son diamètre, de son rapport d'ouverture et de la qualité de fabrication. Elles dépendent ensuite de la qualité du système oculaire et dans une moindre mesure (en photographie) de la qualité de la monture qui la soutient. En complément, sur le terrain plusieurs facteurs limiteront ses performances, en particulier les effets de la pollution lumineuse, de la turbulence et la collimation instrumentale. Ces différents sujets seront traités séparément.

Le système solaire

La Lune

Comme le disait un constructeur bien connu, préparez-vous à un spectacle impressionnant ! De part ses dimensions et son éclat, la Lune est l’objet de prédilection des astronomes amateurs. Sachant qu'on observe une surface sphérique, les plus petites formations lunaires discernables à l'oeil nu mesurent entre 130 et 280 km selon la latitude, ce qui  correspond à la dimension de Clavius (231 km) ou Albatégnius (131 km) ou encore à la largeur de Mare Frigoris (la bande sombre qui traverse le "front" de la Lune) ou la moitié de la largeur de Mare Crisium (la petite mer circulaire situé sur le bord supérieur droit de la Lune mesurant 570x620 km mais vue en biais).

Le grand public ignore en général qu'on peut facilement observer les cratères de la Lune et bien mieux que Galilée les observa. Lors du croissant de Lune (5e jour de la lunaison), au premier quartier (7e jour) ou lorsque la Lune est gibbeuse (8-9e jour), les plus grands cirques sont déjà discernables dans une paire de jumelle 7x50 et sont parfaitement visibles dans des jumelles 20x80. Observée dans un petit instrument, une lunette de 60 à 90 mm d'ouverture par exemple, le spectacle devient merveilleux.

A voir : Astrovisual Moon Phase, Derekscope

(phases lunaires avec le nom des formations)

A gauche, aspect simulé de la Lune telle qu'on peut l'observer dans un instrument de 100 mm f/5 à 100x (à gauche, oculaire de 5 mm, champ apparent de 52°, champ réel de 36'). A titre de comparaison, les dimensions relatives de Jupiter (47") et Saturne (42" avec les anneaux) ont été indiquées. Au centre et à droite, aspect de la Lune à fort grossissement avec le même oculaire de 5 mm dans un instrument de 100 mm f/10 à 200x (centre, champ de 15' avec Barlow 2x) et de 200 mm f/10 à 400x (droite, champ de 7.5'). Document T.Lombry.

Au premier regard, la Lune surprend par sa luminosité. Sans atmosphère pour diffuser sa clarté, la surface de la Lune présente un contraste violent, tout en nuances de gris et de couleurs pastels. Lorsque le Soleil éclaire la Lune en lumière rasante, la surface semble s'animer et révèle toute la variété de ses reliefs. Elle apparaît bombardée de cratères et couvertes d'ejecta, plissée, découpée de toutes parts de profondes crevasses et de failles sinueuses.

Ailleurs, des chaînes de montagnes hautes de 2500 m s'étendent sur des centaines de kilomètres en bordure des mers de basalte. Les pics les plus élevés culminent à près de 7900 m (Liebnitz). Plus loin, le sol est défoncé par de multiples cratères qui s'alignent ou se chevauchent suite aux muliples impacts que connu sa surface il y a plusieurs dizaines de millions d'années. A deux pas de là, les pics émergent de l’ombre et scintillent d’un blanc éclatant. A mesure que le Soleil progresse, les plus petits dômes et les failles les plus étroites deviennent apparents ainsi que les cratelets les plus petits aux remparts les plus lisses. Le spectacle peut vous retenir plusieurs heures si le ciel est clément.

A l’approche de la pleine Lune, lorsque le Soleil s’élève très haut sur les remparts des cratères, les rayons des cratères d'impact, invisibles quelques jours auparavant, s'étendent loin à travers la surface lunaire, les mers prennent une coloration plus claire et sont traversées ci et là par les éjecta émanant des jeunes cratères. A la pleine Lune, tous les détails s'estompent et la belle de nuit prend un autre visage. Puis durant 14 jours le phénomène inverse se produit, la Lune décline et se couche de plus en plus tard, les ombres penchent à présent de l'autre côté du limbe.

La surface lunaire supporte également l’utilisation du filtre polarisant. De part sa densité, ce filtre présente l'avantage de pouvoir contrôler la luminosité de la Lune, souvent trop brillante après le premier quartier et de surveiller l’apparition éventuelle de nouveaux dépôts sur sa surface dont la réflexion sera modifiée en lumière polarisée.

Photographiquement, vous pouvez enregistrer les différentes phases de la Lune ou réaliser des images en haute résolution des cratères grâce à une simple projection oculaire. Les appareils photos numériques, les caméras CCD, y compris couleur, les webcams et autres caméras vidéos, font ici des merveilles. Occasionnellement vous pourrez également photographier les occultations et appulses des planètes par la Lune ou les éclipses de Lune et rivaliser d'esthétisme avec quelques amateurs chevronnés.

A voir : Mare Crisium à travers un C5

La région de Théophile au C5

Lunar Picture of the Day (LPOD)

A gauche, le cratère Janssen perdu dans les terrae photographié avec un télescope Celestron C14 de 350 mm f/10 par les membres d'Astroarts. A droite, la région de Clavius photographiée par Thierry Legault avec un Celestron C14 Edge HD. Les images ont été corrigées numériquement.

La Lune demeure sans conteste l'objet d'étude qui vous coûtera le moins cher car elle se contente de petits instruments à prix modique. Elle vous permettra aussi aux enfants d'aller au lit assez tôt.

Paradoxalement, la Lune est également un sujet admirable pour la haute résolution. Ainsi que nous le rappelle le célèbre astrophotographe Jean Dragesco, "faire de la haute résolution" consiste à essayer d'obtenir une résolution photographique aussi proche que possible des limites théoriques de l'instrument utilisé.

La Lune a beau avoir été photographiée sous tous les angles par les sondes spatiales, elle n'en demeure pas moins un très beau sujet de photographie. Lorsque la turbulence se calme, la vue devient féerique et vous aurez du mal à quitter votre oculaire, d'autant plus s'il présente un grand champ à fort grossissement. C'est durant ces courts moments d'accalmie qu'il vous faudra réaliser vos prises de vue qui, heureusement, sont instantanées (une fraction de seconde sur film ou CCD). La technique s'acquiert rapidement et cette activité enchantera tant les jeunes de 6 à 15 ans équipés de modestes instruments que les adultes chevronnés équipés de télescope de 300 à plus de 500 mm d'ouverture.

Le Soleil

Si le Soleil est un objet très facile à localiser et qui s'observe de jour contrairement à tous les autres objets célestes qui doivent être observés de nuit, son observation requiert certaines mesures de précautions en raison de la luminosité et de la chaleur qu’il dégage.

Comme la plupart des enfants en ont fait l'expérience, la lumière du Soleil captée au foyer d'une loupe est capable de faire brûler des feuilles mortes, une allumette ou de faire fondre n’importe quel objet en plastique en l’espace de quelques secondes ! Imaginez le résultat si vous l'observez sans précaution dans une paire de jumelles ou un télescope... C'est la brûlure et la cécité assurées (et vous ne le ressentirez même pas la rétine n'est pas inervée et n'est pas sensible aux rayons UV ni à la chaleur). N’observez donc jamais directement le Soleil sans filtre adéquat au risque de voir la vie en rose quelques jours ou pire d’y perdre la vue. Nous reviendrons en détail sur les filtres solaires lorsque nous passerons en revue les accessoires.

A lire : Le filtre solaire

Sunspot group AR9393, 160000 km wide

Le Soleil en lumière blanche. A gauche, une photographie du Soleil prise en lumière blanche sous filtre Baader Polysolar le 21 novembre 2014 par l'auteur avec une lunette Bresser de 90 mm f/10 équipée d'un APN Nikon D7000. Les deux groupes de taches sombres sont AR2216 et AR2209. Ils mesuraient environ 65000 km de longueur et étaient visibles à l'oeil nu. Au centre, les taches solaires en lumière blanche (AR 9393, classe Fkc) photographiées en 2016 par Johannes Schedler avec une lunette apochromatique de 100 mm f/9 ED. La photo résulte de l'empilement de 32 images. A droite, la grande tache solaire de la région active AR12546 (classe Cho) photographiée en 2016 par Salvato Giampaolo avec une lunette de 205 mm f/9 à f/36 munie d'un prisme d'Herschel, filtre anti-UV/IR et continuum Baader pour limiter la transmission autour ~540 nm. Cette tache solaire mesurait plus de 50000 km soit 4 fois le diamè!tre de la Terre ! Voici une photo du disque complet prise le même jour par le satellite MDI.

Les plus petits détails visibles à l'oeil nu sur le Soleil (en protégeant vos yeux avec des lunettes d'éclipse ou une feuille mylar adéquate de densité ND5) sont des grands groupes de taches sombres mesurant au moins 43000 km de longueur soit 60" mais Alan MacRobert déclara en août 1989 dans la revue "Sky & Telescope"avoir observé des groupes de taches sombres mesurant seulement 22 à 26" avec la pénombre soit entre 16000 et 19000 km.

Equipé d'un filtre solaire objectif (en polymère organique ou en verre métallisé) et muni d’un oculaire de moyenne puissance (grossissant 1.5x le diamètre de votre objectif exprimé en mm), vous pourrez suivre l'évolution des taches sombres, une activité perpétuelle à la surface du Soleil qui suit un cycle de 11 ans, passant par un minimum et un maximum. Vous pourrez également observer les plages faculaires plus brillantes. A plus forts grossissements vous pourrez distinguer la granulation de la surface solaire.

Quant au transit de Vénus, après ceux de 2004 et 2012, le prochain aura lieu en 2020 et celui de Mercure en 2019.

Enfin, si vous avez un peu de chance et êtes disposé à voyager aux quatre du monde, vous pourrez également photographier les éclipses solaires et observer les formes évanescentes de la fameuse couronne si caractéristique. Ici aussi le filtre polarisant permet de distinguer la vrai couronne solaire de la fausse composante composée de poussières.

Le Soleil en hydrogène alpha

Lorsque le Soleil "tape dur" en été, plutôt que de se réfugier à l'intérieur, une autre activité très passionnante consiste à observer le Soleil au moyen d’un filtre interférentiel centré par exemple sur la raie de l’hydrogène alpha, la plus profonde et la plus large (1.20 Å) des raies de l’hydrogène de la série de Balmer. Nous ne travaillons donc plus en lumière dite blanche mais dans une lumière monochromatique très étroite située dans la partie rouge-rubis du spectre qui à l'avantage de n'exiger qu'une lunette achromatique (à deux lentilles).

A gauche, une photographie du Soleil prise en Hα par Peter Ward avec une lunette Astro-Physics de 130 mm f/6 EDFS StarFire équipée d'un filtre Coronado SolarMax 90. Il s'agit d'un compositage de deux photos (surface + protubérances). Au centre, l'activité de surface et les protubérances solaires photographiées en 2009 en Hα au moyen d'une lunette Meade Coronado SolarMax II de 60 mm f/6.6 équipée d'un système de réglage du filtre étalon RichView et d'un filtre bloquante BF10 de 10 mm. Il s'agit également d'un compositage. A droite, le Soleil photographié dans la raie K du calcium II le 2 novembre 2013 par John Earl avec une lunette de 80 mmm ED équipée d'un filtre interférentiel Lunt et d'une caméra CCD DMK51. Vu l'étroitesse du champ, il s'agit d'une mosaïque de deux photos. Les trois photos ont été colorisées.

Grâce à ce filtre un peu encombrant et presque 100 fois plus cher qu'un filtre Mylar dans sa version la plus économique, vous pourrez observer les protubérances ou les régions actives du Soleil et suivre l’évolution cataclysmique des éruptions chromosphériques en temps réel. Certains éruptions quiescentes durant parfois plusieurs heures, l’observation du Soleil peut vous occuper plusieurs heures.

Aujourd'hui plusieurs entreprises proposent des filtres interférentiels pour l'astronome amateur dont Daystar filters, Lunt solar systems (représenté en Europe par Bresser en Allemagne) et Meade qui a repris les activités de Coronado et vend la Solaris de Tele Vue. On peut également citer des accessoiristes comme Baader Planetarium et Lumicon sans oublier les nombreux distributeurs et autres maison d'astronomie implantées en Europe.

Donnons également une mention spéciale à AiryLab qui depuis 2014 propose aux amateurs de modifier leur télescope catadioptrique Celestron en télescope solaire dédié fonctionnant à pleine ouverture comme on le voit ci-dessous à droite grâce à une lame de fermeture faisant également fonction de filtre ERF offrant une demi-bande passante d'environ 120 nm autour de la raie de l'hydrogène alpha (ce modèle ne fonctionne pas dans les autres raies spectrales).

Quelques instruments dédiés à l'observation du Soleil dans la raie de l'hydrogène alpha. A gauche, une lunette Lunt LS60THA de 60 mm f/8.3 équipée d'un filtre interférentiel Hα dont la bande passante est ajustable. Le filtre étalon est placé à l'arrière, de même que le filtre ERF de réjection d'énergie (B600, B1200, etc) et la lentille divergente 2x. Ce modèle peut être équipé en option d'un porte-oculaire Crayford (Focuser Starlight) de 50 mm. Cette lunette offre une demi-bande passante < 0.7 Å (1999$) ou de 0.5 Å. A sa droite, le même modèle vu de face utilisé par l'auteur. A droite du centre, une lunette Coronado PST (Meade) de 40 mm f/10 basée sur la même conception dont le filtre étalon présente une demi-bande passante de 1 Å (639$) ou 0.5 Å (1199$). A l'extrême droite, un Celestron C8 EdgeHD "HαT" modifié par AiryLab dont la lame de fermeture fait aussi office de filtre ERF. Equipé d'une lentille télécentrique 2.7x, il se transforme en télescope solaire Hα (et lumière rouge) de 203 mm de diamètre fonctionnant à pleine ouverture, une première mondiale (4400 € sans le filtre étalon Daystar Quark en option). Les prix s'entendent hors taxe, sans la monture ni accessoires.

Le marché des télescopes solaires mérite un instant d'attention car la technologie fait appel à des accessoires complexes à fabriquer et avec lesquels les amateurs sont moins familiés en raison de leur prix relativement élevé comparé à d'autres accessoires. Profitons donc de l'occasion pour décrire brièvement quelques produits phares proposés par Daystar filters, la marque la plus ancienne et l'une des plus réputées en ce domaine avec Coronado (Meade), Lunt et Baader.

Les filtres interférentiel Daystar utilisent un étalon de Fabry-Perot constitué d'une paire de surfaces planes protégées par un revêtement diélectrique multicouche séparées par un bloc de cristal. Les filtres les plus sophistiqués demandent une alimentation externe (115V ou 220V à l'époque pour les modèles encore disponibles d'occasion, aujourd'hui sous 12V ou via un port USB).

Lunette achromatique Daystar Quark de 80 mm f/6 équipée d'un filtre interférentiel Quark Assembly (1750$).

Chez Daystar les filtres interférentiels sont garantis 5 ou 10 ans selon les modèles. Entre 1976 et 2006, Daystar proposait 3 séries de filtres de qualité et de prix régressifs (car soit destinés aux universités soit aux amateurs et à usage soit principalement photographique ou visuel) : les séries University, ATM et T-scanner aujourd'hui remplacées par les séries Quantum (modèles SE et PE), Quark et Ion. Les prix varient en fonction de leurs caractéristiques (raie spectrale, bande passante et performances) entre 1195$ pour le Quark Assembly disponible en différentes versions à 15500$ pour le modèle Helium D3 QPE de 0.3Å. Notons que le délai d'attente peut atteindre 6 mois pour les filtres haut de gamme et ajouter entre 1 semaine et 1 mois selon le mode de livraison. Le retour en maintenance suite à défaut, accident ou encrassement du filtre revient à 250$ plus frais de livraison.

Daystar propose également quelques lunettes solaires. Parmi ses modèles les moins chers mais néanmoins de bonne qualité il y a une lunette solaire de 80 mm f/6 présentée à gauche à 1750$ équipée d'un filtre-oculaire Quark Assembly Hα Chromosphere ou Prominence qui ne nécessite aucun ajustement. Mais pour ce prix et si vous n'avez pas d'autres instruments d'astronomie, vous n'avez pas encore grand chose. En effet, à ce montant vous devez ajouter la monture azimutale ou équatoriale motorisée (sans GoTo, 600 € à >1000 €) et au moins un oculaire lumineux ou grand champ (40-300 €).En plus, il vous l'importer. Comptez entre 70-260$ de frais d'expédition, plus ~19 à 23 % de taxes et accises selon les pays, ce qui porte le montant de la facture à environ 2800$ ttc minimum ou 2500 € ttc.

Honnêtement, ce modèle n'a pas de concurrent car les deux candidats plus ou moins similaires sont la lunette solaire Lunt LS80THA de 80 mm f/7 revenant en Europe à plus de 2649 € sans monture et la Coronado SolarMax II BF15 de 90 mm f/8.9 revenant à près de 5000 € sans monture. Les autres modèles même de 60 ou 70 mm sont tous plus chers. Pour trouver moins cher que la Daystar Quark Assembly, il faut se rabattre sur de petites lunettes de seulement 40 ou 50 mm de diamètre voire jouer sur le choix dess options de certains lunettes Lunt de 60 mm.

On reviendra en détails sur toutes ces solutions et en particulier celles exploitant un filtre interférentiel Hα dans l'article suivant rédigé en anglais consacré au marché des télescopes solaires car comme on le constate, aujourd'hui l'amateur a l'embarras du choix.

A lire : The market of solar telescopes

Le marché des télescopes solaires et des filtres interférentiel H-alpha

S'il fallait retenir un seul conseil valable tant pour l'observation du Soleil en lumière blanche qu'en lumière monochromatique, c'est de toujours protéger les filtres contre la chaleur (le rayonnement IR) et le rayonnement UV qui peuvent réduire la durée de vie des filtres étalons interférentiels et notamment abîmer le revêtement des filtres dichroïques et autres multicouches aussi bien qu'ils le font sur des lunettes de vue ou solaires traitées antireflets exposées au Soleil.

Prochain chapitre

Les planètes

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