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Choisir un site d'observation astronomique

Introduction (I)

Voilà le jour venu ! Vous venez d'acquérir le télescope de vos rêves. Reste maintenant à trouver un site d'observation. Enfin, je présume que vous avez déjà une petite idée... Si vous habitez à la campagne et dans votre propre maison, vous avez peut-être de la chance, sinon, la bataille risque d'être sinon perdue d'avance, du moins difficile à gagner dans les conditions de vie actuelles.

En temps qu'ancien météo, je peux vous dire que porter sa préférence sur un site d'observation sans juger sur place des conditions d'observation et du micro-climat qu'il y règne est une aberration !

Mis à part le budget et la disponibilité qui restent les principaux facteurs de décision, le choix d'un site est bien sûr avant tout conditionné par le but que vous poursuivez. Si seule la radioastronomie vous passionne par exemple que peut vous importer qu'il y ait beaucoup de nuages !

En revanche, pour l'astrophotographie ou la spectroscopie un ciel clément et pur est plus que recommandé. Voici donc les conditions indispensables à vérifier sur le site et à suivre sur une assez longue période avant de vous y installer.

Astro-Inn

Si vous êtes fatigué d'observer dans la grisaille où si vous avez la possibilité de profiter de vos vacances pour aller observer dans un endroit privilégié, voici les adresses de quelques particuliers prêts à vous héberger et à mettre à votre disposition du matériel astronomique de qualité, sans bien sûr oublier les clubs d'astronomie.

Puimichel l'Observatoire "La Remise" - Belgique

Eurospace Center de Redu - Belgique

Astronomythe - France

Geospace Observatoire d'Aniane - France

La ferme des étoiles - France

Observatoire des Côtes de Meuse - France

Centre d'Astronomie des Pyrénées - France

Gîte des falaises (F5VLB/ON4EU) - France

Icare - Suisse

COAA - Portugal

New Mexico Skies - USA, NM

StarHill Inn - USA, NM

Space Camp - USA, FL

Grove Creek Observatory - Australia

La météo

La turbulence

On dit souvent qu'au Mont Palomar, une allumette allumée dans la prairie, sous l'ouverture, crée des turbulences durant plusieurs minutes rendant impossible tout cliché où l'on demande la plus grande finesse d'image... S'il ne faut pas exagérer les propos des astronomes, il est un fait que leurs exigences imposent l'obscurité totale et le moins de turbulences et de poussières possibles dans une région qui s'étend sur plusieurs kilomètres autour du lieu d'observation.

Ces conditions mettent le doigt sur le principal facteur limitatif que tous les astronomes redoutent, une atmosphère turbulente qui empêche toute observation où l'on recherche la plus haute résolution.

Figures de diffraction d'une étoile. De gauche à droite, l'image théorique d'une étoile, l'image du disque d'Airy et des anneaux de diffraction agrandie deux fois telle qu'on peut l'observer dans une lunette dans de bonnes conditions d'observation, l'image dans un télescope obstrué à 33% (Schmidt-Cassegrain) et pour finir dans un télescope Newtonien obstrué à 33% dont le miroir secondaire est soutenu par une araignée à quatre bras. La luminosité a été accentuée pour faire ressortir les détails. Images réalisées avec le logiciel Aberrator.

La turbulence est sournoise et se manifeste d'au moins trois manières différentes : 

- La turbulence atmosphérique provoquée par des déplacement d'air de température inégales. Elle se développe surtout à plusieurs kilomètres d'altitude mais provoque au sol des courants contraires et des bourrasques de vents. Elle peut également être liée aux courants jets. On ne peut que la subir. Son effet ne peut donc être contrecarré qu'en se déplaçant vers un site plus propice

- La turbulence locale est provoquée par des gradients de température plus ou moins forts fonction de la nature du terrain et des objets (bâtiments surchauffés, macadam, champs de blés, etc). La brise de mer, la brise de terre et les nuages orographiques (liés au relief) sont des effets de cette turbulence. Ils ont une influence dans les basses couches de l'atmosphère et jusqu'au sol. On peut les éviter en modifiant l'architecture locale ou plus facilement en se déplaçant.

Images réelles d'une étoile prise au foyer d'un Celestron de 200 mm avec une Barlow 3x et caméra CCD Pictor 416XT par Kazuyuki Tanaka. A gauche l'image théorique. A droite sa dégradation en fonction des conditions atmosphériques (turbulence nulle, faible, moyenne et forte).

L'échelle d'Antoniadi permet d'évaluer la turbulence atmosphérique en quantifiant la qualité des images stellaires entre I et V à partir du diamètre apparent de l'étoile : V < 0.4", IV = 0.4-0.9", III = 1-2", II = 3-4", I > 4".

- La turbulence interne est localisée dans l'instrument lui-même. Elle se produit tant que l'instrument n'a pas atteint son équilibre thermique. Expliquons brièvement ce problème qui est rarement développé.

La turbulence interne s'observe avant tout dans les télescopes à enceinte ouverte de type Newton ou Cassegrain. Si le télescope était entreposé à l'intérieur, à une température différente de celle de l'extérieur, en début d'observation il y aura formation d'un courant ascendant d'air dans le tube. Ce courant doit être annulé avant que vous ne fassiez vos premières observations ou vos photographies, sinon vous obtiendrez des images parfois plus brouillées que celles induites par l'effet de la turbulence atmosphérique ! Cet effet peut facilement être évité en ouvrant l'observatoire ou en sortant l'instrument au moins une heure avant la séance d'observation, la durée dépendant de l'instrument et des conditions météo. 

Ce n'est que lorsque l'instrument aura atteint son équilibre thermique que vous pourrez si nécessaire collimater l'optique (voir ci-dessus les figures de diffraction) pour obtenir la meilleure image.

Effet réel d'une turbulence moyenne à forte sur l'aspect d'une étoile. Si la plupart du temps vous observez un disque fractionné ou des images stellaires qui bouillonnent comme ci-dessus, ne choisissez pas cet endroit pour observer car le ciel est trop turbulent. Au centre l'explication de la dégradation des images du fait de la présence de l'atmosphère. Images CCD réalisées par Kazuyuki Tanaka et schéma extrait d'un cours de l'Université d'Oregon.

La nébulosité

Si vous faites de la photométrie ou de la spectroscopie stellaire notamment, surveiller les cumulus et les cirrus. Si la couverture nuageuse est trop importante au cours d'une année vous devrez bien conclure que ce site n'est pas propice à votre activité, pas plus qu'à l'astrophotographie.

La nébulosité est tellement invalidante en astronomie optique que les professionnels se demandent s'il sera encore possible d'observer le ciel en 2050...

En effet, une étude conduite en 2006 par le professeur Gerry Gilmore, titulaire de la chaire Opticon (astronomie infrarouge optique) à l'Institut d'Astronomie de l'Université de Cambridge, nous apprend que les traînées de condensation risquent à l'avenir de perturber les observations astronomiques conduites par les observatoires dans le domaine optique.

Contrails envahissantes annonciatrices d'un changement de temps.

Ces traînées disparaissent généralement assez rapidement mais si le trafic aérien est dense et la masse d'air très humide, elles peuvent subsister plus d'une heure et même se transformer en nuages cirriformes.

Nous savons depuis plusieurs décennies que les astronomes éprouvent des difficultés pour conserver leurs "fenêtres" d'observation en raison de la pollution lumineuse (voir plus bas).

En extrapolant les conditions atmosphériques actuelles, Gilmore est parvenu à la conclusion qu'en 2050 il sera impossible d'exploiter de gros télescopes de 30 à 60m de diamètre en raison de l'augmentation de la vapeur d'eau dans l'atmosphère et des traînées d'échappements (contrails) qui en découlent suite à l'augmentation du trafic aérien.

Mauvais temps pour les astronomes qui devront bientôt se convertir à la radioastronomie...

Il n'est pas exclu qu'à l'avenir les grands télescopes terrestres soient installés en Antarctique où, malgré le coût élevé d'exploitation et la durée réduite des séjours (6 mois en été), le ciel est exempt de contrails et relativement plus clément.

Les précipitations

Liées à la nébulosité il faudra surtout connaître son évolution au cours du temps. Au niveau climatologique renseignez-vous auprès des voisins ou d'un institut météorologique proche pour savoir s'il y a un risque réel de trombes d'eau, d'orages de grêle, etc, plus fréquents dans votre région qu'ailleurs. Il existe en effet des régions propices à leur développement, parfois liées à un fleuve ou une mer proche ou des différences de température élevées entre le sol (mer) et l'air.

Le vent

Attention au vent de sol pour les turbulences autour de l'observatoire. Ce vent peut aussi soulever la poussière. Si vous habitez sur une ligne de crète et s'il n'y a pas de bocages il risque d'y avoir des rafales de vent. Essayez alors, si possible, de vous installer dans un "trou" où il n'y a pas de turbulence. Notez aussi la localisation des fumées d'usines et la tendance générale de la direction des vents. En Europe occidentale un vent du nord est souvent annonciateur de mauvais temps (précipitations).

A consulter sur le web : Limiting Magnitude Calculations

La température

Surveiller les variations diurnes et la vitesse des échanges thermiques jusqu'à la stabilisation au degré près. De ces variations dépendra la qualité des images les plus fines. Consulter la page suivante pour plus de détails.

L'humidité

Le moins possible car elle absorbe le rayonnement visible et oxyde le métal. Connaissez surtout la composition du sous-sol, ancien terrain marécageux, nappe aquifère, sol argileux, roche, etc. Choisissez un endroit où souffle un vent sec ou réputé pour son régime anticyclonique (qui ne vous garantit pas quelques averses...). Par temps chaud dans un régime anticyclonique il faut savoir que la brume matinale peut quelquefois persister toute la journée. Préférez un site situé au-delà de 800 m d'altitude ou au-dessus des vallées brumeuses. Attention au littoral qui peut baigner dans une brume de mer, aux lacs réputés pour leur humidité et éloignez-vous des rivières qui sont autant de sources de brumes et de brouillards.

L'absorption et la pollution lumineuses

Le site d'observation de Robert Gendler. A l'avant-plan son fameux télescope Ritchey-Chrétien de 317 mm f/9 construit par Optical Guidance Systems.

La lumière agit comme un écran total sur la faible lumière du ciel et réduit drastiquement le contraste des objets que l'on observe au travers. Dans ce cas le rapport signal/bruit est très faible, mais le signal est toujours présent et il suffit de disposer du filtre sélectif adéquat pour l'isoler et l'accentuer. 

Ainsi,  même si votre site d'observation est situé en pleine ville, pratiquement noyé dans la pollution lumineuse, comme le site de Robert Gendler présenté à droite, vous pouvez malgré tout pratiquer l'astrophotographie à longue pose avec succès et même la spectroscopie. Les raies d'émission de l'éclairage public pourront facilement être isolées et rejetées au moyen de filtres LPR, tandis que la lumière des aurores par exemple (raies vertes ou rouges) pourra facilement être enregistrée en l'espace de quelques minutes de pose, même si l'aurore n'apparaît pas à l'oeil nu. 

En CCD noir et blanc, l'usage des filtre sélectifs et RGB vous permettront également d'obtenir d'excellents résultats en astrophotographie du ciel profond.

A consulter : 

Les effets de la pollution lumineuse - L'état du ciel

Un tour d'horizon

Sachant que la Terre tourne sur elle-même (et oui !) et que de ce fait les étoiles se lèvent à l'est, culminent au méridien sud et se couchent à l'ouest, il va sans dire qu'un dégagement est-ouest est plus que recommandé pour qui veut pratiquer l'astronomie dans de bonnes conditions. Outre la pollution lumineuse à éviter, il n'est pas toujours aisé de trouver un point culminant présentant un tel dégagement jusqu'à l'horizon. Bien souvent de la végétation, des collines, des montagnes ou pire encore, des constructions dessinent le relief ne rendant accessible qu'une portion de la voûte céleste.

Le site choisi par Alain Drozd en France (Cassis). Panoramique et ensoleillé, ce site serait idéal s'il n'y avait la brume de mer ramenant trop souvent l'humidité de la Méditerranée. Mais lorsque souffle un petit mistral et que le ciel est clair, ce site laisse rêveur.

Pour l'amateur désireux d'observer le ciel, tant la Lune, le Soleil, les planètes que les objets du ciel profond, l'essentiel est d'avoir une fenêtre d'au moins 90° dégagée et non polluée autour du méridien sud entre 25 et 90° d'élévation, quelle que soit la latitude du lieu. C'est le quadrant minimum nécessaire pour pouvoir localiser avec plus ou moins d'aisance la plupart des objets célestes et les observer durant quelques heures. Par ailleurs si la nuit est noire d'encre et claire, si vous observez des objets du ciel profond près du zénith vous gagnerez presque une magnitude sur les limites théoriques et pourrez tenter d'utiliser des oculaires de forte puissance.

Le site choisi par Robert Reeve aux Etats-Unis (Texas). Isolé en bordure du désert, obscur, sec et peu venteux, c'est le site rêvé.

En-dessous de 25° d'élévation, la végétation, l'humidité, les ondes de chaleur et la pollution (atmosphérique et lumineuse) risquent de réduire drastiquement vos chances de pouvoir observer quelque chose, exception faite des sites désertiques ou d'altitude.

Les sites d'Okano Kunihiko à Tokyo (gauche) et de Lorenzo Lovato en Italie (droite).

Prochain chapitre

Votre observatoire

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