Durant la nuit du 3 au 4 août 2005, les rencontres Astro Ciel ont été le théâtre d’un " astro test " d’un nouveau genre. Pas question ici d’évaluer tel ou tel matériel ou accessoire : l’objet du test ce trouvant cette fois dans le ciel.

Au même moment et avec son instrument d’observation, chacun était donc invité à décrire le même objet avec toutes les combinaisons optiques imaginables, avec et sans filtre, dans le but de cerner, selon le diamètre de l’instrument et l’œil de l’observateur, le meilleur compromis possible. Etait alors demandé aux observateur un dessin de l’objet.

Pour ce premier " astro-test " il fallait un objet à la fois facile et porteur d’enseignements. La nébuleuse M27 était tout naturellement désignée car très haute dans le ciel, accessible à tous et particulièrement bien centrée sur la sensibilité de l’œil en vision nocturne (émission à 5007 A).

Au moment de l’ " astro-test " la magnitude visuelle à l’œil nu et à la verticale atteignait 6,2. le vent venait du nord et faisait bouger les branches. La turbulence atmosphérique était estimée à 3, ave parfois des fluctuations de 4 à 1.

La parole aux observateurs

1) Michel Quinquis (MQ) a 30 ans d’expérience en observation et a utilisé son télescope Schmidt Cassegrain de 125 mm de diamètre ouvert à F/D = 10 de marque Celestron, modèle C5. Les observations ont été réalisées sans et avec filtre OIII et LPR. La couleur de la nébuleuse n’a pu être identifiée.

1. Avec une pupille de sortie de 4 mm (grossissement de 31,25 X) :

1.1.1) Sans filtre : M27 visible sous forme rectangulaire. Pas d’étoile sur le fond de la nébuleuse.

1.1.2) Avec filtre : image caractéristique de M27 mais très petite. Pas d’étoile sur le fond nébuleux.

2. Avec une pupille de sortie de 3,2 mm (grossissement de 39 X) :

1.2.1) Sans filtre : forme en haltère aperçue. Une étoile en périphérie sur le fond de la nébuleuse.

1.2.2) Avec filtre OIII : image caractéristique de M27 mais petite. Pas d’étoile sur le fond nébuleux.

1.2.3) Avec filtre LPR : n’apporte rien de plus. Fond de ciel plus noir mais rien de mieux sur M27.

3. Avec une pupille de sortie de 2,5 mm (grossissement de 50 X) :

1.3.1) Sans filtre : la forme caractéristique est visible, environ 5 étoiles sur le fond de la nébuleuse en périphérie.

1.3.2) Avec filtre OIII : la forme en haltère est immédiatement visible mais pas d’étoiles sur le fond de la nébuleuse.

4. Avec une pupille de sortie de 1,25 mm (grossissement de 100 X) :

1.4.1) Sans filtre : forme en diabolo et anses plus faibles. Etoile vue dans le haut de l’anse bien visible.

1.4.2) Avec filtre OIII : image pas assez lumineuse et trop peu contrastée.

2) Michel Conte (MC) a 15 ans d’expérience en observation et a utilisé son télescope Schmidt Cassegrain de 203 mm de diamètre ouvert à F/D = 10 de marque Meade, modèle LX 50. Aucun filtre n’a été utilisé. La couleur de la nébuleuse n’a pu être identifiée.

1. Avec une pupille de sortie de 3,2 mm (grossissement de 62,5 X) :

Objet bien perçu mais assez flou.

2. Avec une pupille de sortie de 2,5 mm (grossissement de 80 X) :

L’image s’affine un peu.

3. Avec une pupille de sortie de 1,26 mm (grossissement de 161,2 X) :



Au T203 avec G = 161,2 X, © : Michel Conte, SAF

Malgré les turbulences et mises au point fréquentes, l’image est plus précise. Apparition d’une étoile dans la nébuleuse (pas l’étoile centrale). Forme de la nébuleuse mieux définie.

4. Avec une pupille de sortie de 0,68 mm (grossissement de 298,5 X) :

L’image n’est pas très claire car trop grossie. On a perdu de la netteté.

3) Ludovic Perbet (LP) a plus de 10 ans d’expérience en observation et a utilisé son télescope Schmidt Cassegrain de 280 mm de diamètre ouvert à F/D = 10 de marque Celestron, modèle C11. Les observations ont été réalisées sans et avec filtre OIII. Pas de précision sur la couleur de la nébuleuse.

1. Avec une pupille de sortie de 2,7 mm (grossissement de 103,7 X) :

Bon compromis sans filtre pour le champ d’étoiles et la vision d’ensemble. Vision décalée obligatoire.

2. Avec une pupille de sortie de 1,8 mm (grossissement de 155,5 X) :

3.2.1) Sans filtre : 7 étoiles sur le fond de la nébuleuse.

3.2.2) Avec filtre OIII : haltère bien visible avec deux taches de luminosité différente. Ovalisation visible mais mal définie.

4) Philippe Morel (PM) a 32 ans d’expérience en observation et a utilisé son télescope Newton de 535 mm de diamètre ouvert à F/D = 3,3 de marque TRASSUD à optique Couder. Les observations ont été réalisées sans et avec filtre OIII, UHC et Swan Band. Teinte bleue verdâtre de la nébuleuse évidente à partir de 125 X.

1. Avec une pupille de sortie de 6,2 mm (grossissement de 87 X) :

Haltère visible mais non dissociée. Ovale perceptible. Etoile centrale visible.

2. Avec une pupille de sortie de 4,3 mm (grossissement de 124,28 X) :

4.2.1) Sans filtre : mieux détaillée. 7 étoiles sur l’haltère avec détails sur la partie sud est. Teinte bleutée visible.

4.2.2) Avec filtre OIII : moins de détails, un peu plus de couleur (due au filtre), étoile centrale invisible.

4.2.3) Avec filtre Swan Band : moins de détails qu’à l’OIII mais étoile centrale mieux visible.

3. Avec une pupille de sortie de 2,7 mm (grossissement de 197,7 X) :

4.3.1) Sans filtre : Teinte émeraude, 9 étoiles sur l’haltère et plusieurs autres sur l’ovale. Rebord lumineux nord ouest visible. Brillance de l’ovale plus importante sur la partie ouest que sur la partie est.

4.2.2) Avec filtre OIII : fond de ciel noir. Moins d’étoiles et étoile centrale quasi invisible. Nébuleuse très détaillée avec des irrégularités dans l’anse nord ouest.

4.2.3) Avec filtre UHC : moins définie qu’à l’OIII. Etoile centrale peu visible.

4. Avec une pupille de sortie de 1,35 mm (grossissement de 394,4 X) :

Perte de la couleur. 2 étoiles sur le fond de la partie ouest de l’ovale. 9 étoiles sur le fond de l’haltère. Les détails sont plus nombreux mais moins contrastés. C’est le grossissement optimal pour " faire du détail " mais pour une présentation de l’objet à qui à peu l’habitude de l’observation poussée, le grossissement de 197,7X offre une image plus avenante. Tout essai de filtre au grossissement de 394 X dégrade l’image.

Constatations

1) L’étoile centrale est mentionnée à partir de 280 mm de diamètre avec une pupille de sortie de 1,8 mm qui correspond à l’optimum pour cet instrument. Elle apparaît avec des instruments de plus petit diamètre, de l’ordre de 200mm pour des vues perçantes dans un ciel sans turbulence et à l’oculaire d’une optique parfaitement collimatée. Il serait toutefois intéressant dans un ciel de turbulence moyenne, de noter à partir de quel diamètre et quelle pupille de sortie elle apparaît.

Pour la voir, le choix de la pupille de sortie importe pour les petits diamètres. Au T535, elle apparaît dès les plus faibles grossissements.

2) La vision optimale des détails et du plus grand nombre d’étoiles est obtenu :

2.1) Pour une pupille de sortie de 2,5 mm à 125 mm de diamètre (MQ),

2.2) pour une pupille de sortie de 1,26 mm à 203 mm de diamètre (MC),

2.3) pour une pupille de sortie de 1,8 mm à 280 mm de diamètre (LP),

2.4) pour une pupille de sortie de 1,35 mm à 535 mm de diamètre (PM).

Il semble donc que les faibles grossissements conviennent mieux aux petits diamètres qu’aux diamètres plus importants. Cependant, bien que 4 observateurs ne constituent pas un échantillon statistiquement représentatif, on ne retrouve pas de relation entre le diamètre et la pupille de sortie optimale mais plutôt une relative constance de ce diamètre à 200mm et au-delà. Un test sur un échantillon bien plus important apporterait peut être confirmation de cette constance.

Cette constance du diamètre optimal de la pupille de sortie pour un objet donné est d’ailleurs suggérée par la modélisation suivante.

Magnitude visuelle et magnitude surfacique

La magnitude visuelle d’un objet correspond à la brillance de l’ensemble de l’objet ramenée à un point. Pour une magnitude visuelle donnée et ainsi définie, plus les dimensions apparentes de l’objet seront modestes et plus facile en sera l’observation car chaque élément de surface apparente de l’objet sera brillant. On définit de la sorte la brillance surfacique ou magnitude surfacique dont l’unité est la mag/seconde d’arc au carré (mag/ ’’²).

On prend en référence la nébuleuse M57 car sa magnitude visuelle de 9 est très voisine de sa magnitude surfacique.

Si L1 et L2 sont les deux dimensions apparentes de l’objet et Mv sa magnitude visuelle,

On détermine la surface apparente S de l’objet :

Pour la référence (M57) la surface apparente est égale à Sref = 14700’’².

Le rapport des surfaces RS vaut alors :

Si l’unité est la brillance surfacique de M57, la brillance surfacique (BS)de l’objet devient donc :

…permettant de déterminer la magnitude surfacique (mag surf) de l’objet :

Exemple de détermination pour M27 :

Cette magnitude surfacique est établie à partir du rapport de la dimension apparente de l’objet avec celle de M57. Comment va évoluer la magnitude surfacique quand on va grossir l’objet ?

Si, par exemple, nous grossissons l’objet 10 X, sa surface apparente sera multipliée par 100 et l’éclat d’un élément d’image de même surface apparente sera 100 x plus faible après qu’avant. Ce dernier aura alors pris 5 magnitudes.

La magnitude surfacique par grossissement (mag surf G) aura pour expression :

Où D est le diamètre optique,

T la transmission des optiques (égale en général à 0,8),

G le grossissement,

De le diamètre de la pupille de l’observateur en vision nocturne (dépendant de l’âge de l’observateur).

En reprenant les grossissements optimaux déterminés par chaque observateur on obtient les mag surf G suivantes :

Ces valeurs de mag surf G forment une moyenne égale à 13,82 +/- 0,5 mag, confirmant cette impression qu’il pourrait exister pour chaque objet du ciel profond une magnitude surfacique par grossissement optimale.

Connaissant cette mag surf G déterminée ici pour M27 (mag surf G = 13,82, d’après nos 4 observations), on peut déterminer quel aurait été le grossissement optimal Gopt à appliquer pour chacune des 4 observations en fonction de D de De et de T :

Ce qui aurait donné pour grossissements optimaux pour les 4 instruments de l’" astro-test " :

Si un même observateur dont le diamètre pupillaire en vision nocturne De = 6 mm était passé à l’oculaire des 4 instruments, ce dernier aurait eu à utiliser pour grossissement optimal dans le cadre de cet " astro-test " :

Il existe donc pour chaque objet non seulement une mag surf G optimale mais aussi une pupille de sortie optimale ne variant pas avec le diamètre de l’instrument mais évoluant avec le diamètre pupillaire.

En appliquant ce raisonnement à plusieurs diamètres pupillaires ont obtient les relations diamètre instrumental-grossissement optimal suivantes pour M27 :

Conclusions

L'auteur tient à remercier Michel Conte, Ludovic Perbet et Michel Quinquis de leur concours à cet "astro-test" d'un noveau genre sans lequel cette étude n'aurait pu être menée.

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