Les tests visuels
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1. Test visuel sur les étoiles
2. Images défocalisées
3. Test visuel sur les planètes
 
 
Image d’une étoile obtenue loin du foyer. Défocaliser suffisamment afin de limiter les effets de la turbulence. L’ombre du secondaire doit être au centre de l’image

 

Avant de procéder au test


  • Colimater l'instrument parfaitement
  • Attendre que la mise en température soit effectuée
  • Centrer l'étoile dans le champ d'observation
  • Penser à défocaliser loin du plan focal (image ci-dessus)

 

1. Test visuel sur les étoiles

Il existe un moyen très simple de tester une optique grâce à une étoile (star test).
Ces tests permettent d'avoir accès aux principaux défauts : les défauts de forme et le zonage.
La formation de l'image d'une étoile au foyer d'un instrument imparfait peut être comprise en combinant deux modèles : la théorie des rayons (optique géométrique) et celle de la diffraction (optique ondulatoire).
Pour avoir une idée de l'image d'une étoile donnée par une optique parfaite sans obstruction, diaphragmez votre télescope avec un disque d'une dizaine de centimètre en dehors de l'axe optique, puis pointez une étoile brillante et observez avec un oculaire de courte focale [6]. L'image est alors assez proche de la figure de diffraction théorique donnée par un instrument d'ouverture égale à celle du diaphragme.

Enlevez le diaphragme. Vous pouvez maintenant procéder au test de votre optique. Mieux vaut que la turbulence ne soit pas trop forte pour pouvoir interpréter les images. L'étoile doit être au centre du champ, car un miroir parabolique aussi parfait soit-il, fournit toujours une aberration en dehors de son axe optique (la coma).

 

Il est indispensable que le télescope soit parfaitement à température et colimaté

(voir la page web de Thierry LEGAULT).
 

Les rayons lumineux issus d'une optique parfaite convergent au foyer à l'intérieur de la tache de diffraction et le font de manière symétrique par rapport au plan focal (si l'objet est à l'infini optique, comme pour une étoile). C'est à dire que l'image obtenue en enfonçant l'oculaire par rapport au foyer (image intra focale) est rigoureusement la même que celle obtenue en tirant l'oculaire (image extra focale). Si c'est le cas pour votre instrument, le test est terminé. Votre optique est a priori bonne (à /10, limite de sensibilité du test) et il vous reste à le confirmer avec le test de Foucault photographique.
Sinon, se présentent alors plusieurs cas :
Le test visuel d'un instrument sur une étoile est aussi simple qu'efficace. Il permet de détecter des défauts jusqu'à /10 [7]. Cependant, il ne laisse pas de trace matérielle. L'idéal serait de pouvoir acquérir deux images intra et extra focales à l'aide d'un capteur CCD et, par un traitement mathématique (logiciel), remonter à la forme du front d'onde. Ce test existe : c'est le test de Roddier.

 
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2. Images défocalisées

 
Nous donnons dans le tableau 1 des simulations permettant aux amateurs de diagnostiquer les éventuels défauts de leurs instruments. Le disque noir au centre représente l’ombre du secondaire. Lorsque l'image est observée loin du foyer, comme c'est le cas ici, la diffraction devient un phénomène négligeable. L'information utile réside alors uniquement dans la géométrie des plages et la répartition de la lumière dans celles-ci (les variations d'intensité sont ici fortement amplifiées pour mieux illustrer le propos).

 
Défaut
Position de l'oculaire intra - focale
Position de l'oculaire extra - focale
Commentaire
Que faire ?
Défaut inférieur à lambda sur 10 PTV sur l'onde
Image de référence symétrique en intra et en extra (obtenue par exemple en diaphragmant fortement l'optique).  
Coma due à un mauvais centrage
L'ombre du secondaire est décentrée, répartition de l'image inégale d'un bord à l'autre Replacer l'étoile au centre de l'image. Si cela ne suffit pas, recolimater l'instrument.
Aberration de sphéricité en sous - correction
Ombre du secondaire dissymétrique, répartition de la lumière inégale du centre vers le bord.
Attendre la mise en température du miroir. Si cela ne suffit pas, vérifier le réglage du barillet (cas des barillets comptant au moins deux couronnes de supports)
Aberration de sphéricité en sur - correction
idem
idem
Zonage Un anneau clair en intra et sombre en extra correspond à une zone en creux (et inversement pour une zone en bosse)  

 

Dernier anneau net en extra, aigrettes en intra
Diaphragmer l'instrument jusqu'à faire disparaître le défaut. L'image n'en sera que meilleure, malgré la diminution de diamètre.
 Images ovalisées, grand axe tournant de 90° entre les positions intra et extra
Faire tourner le miroir de 45° dans son support pour vérifier si le défaut tourne avec (défaut du miroir) ou s'il s'agit de contraintes mécaniques dues aux touches latérales.
 Triangulation des images
Le miroir est contraint, ou bien les trois points qui supportent le miroir sont insuffisants, il faut concevoir un barillet comptant plus de supports

 
 

Problème thermique

Veine d'air chaud (en haut du tube)

 

  Tableau 1 : Les images ont été calculées à l'aide d'une procédure de correction géométrique et photométrique issue du logiciel de test de Roddier. Le contraste des images est fortement amplifié par rapport aux observations à l'oculaire.
 
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3. Test visuel sur les planètes

 
Contrairement à ce que l'on affirme parfois, un télescope de grand diamètre est tout à apte à donner d'excellentes images des planètes. A condition que son optique soit irréprochable. Le fait qu'il soit beaucoup plus difficile de réaliser un grand miroir qu'un petit (et de régler les barillets de ces grands miroirs), et que par conséquent un certain nombre d'instruments de mauvaise qualité (du point de vue de la haute résolution) sont en service, a sans doute entretenu le mythe.
 
Rôle de l’obstruction
 
L'obstruction centrale est plus importante sur ce type d'instrument à cause des rapports F/D utilisés. Mais il est faux d'affirmer que c'est elle qui est responsable de la dégradation des images planétaires. M.D. Russel a mené récemment un très intéressant travail de simulation sur ordinateur en partant d'images spatiales de Jupiter. En réalité, l'obstruction centrale n'entache les images que des instruments de mauvaise qualité (ce qui confirme ce que nous écrivions un peu plus haut). A /16, une obstruction centrale de 33% ne dégrade pas de manière détectable le contraste et la résolution de l'image de Jupiter [5]. On retrouve là le critère de Françon.

Rôle de la turbulence

 
Quant à la turbulence atmosphérique, elle affecte le front d'onde, mais il n'y a aucune raison pour que l'image donnée par un miroir de grand diamètre soit plus mauvaise que celle donnée par un miroir plus petit !
 
La turbulence transforme les ondes planes d'un objet stellaire en une surface irrégulière bosselée et maillée, caractérisée par le pas moyen de son maillage : R0. Le R0 est une cellule de turbulence cohérente ou le critère de Rayleigh est respecté.


Pour un objectif dont le diamètre D est inférieur à R0, la turbulence n'affecte pas la tache de diffraction et la résolution théorique est conservée en courte pose. Pour un objectif de diamètre D supérieur à R0, la tache de diffraction est détruite et remplacée par les « tavelures » (speckles), granules dont le rayon moyen est celui de la tache de diffraction théorique.

A R0 égal, un instrument de grand diamètre ne donne pas des images plus fines qu'un petit, mais nettement plus contrastées.

Donc, à qualité égale, un gros instrument sera toujours supérieur en planétaire.

Le "test" sur Jupiter n'est pas un vrai test optique. Il s'agit surtout d'un test qualitatif qui vient corroborer les autres informations acquises sur la qualité d'un l'instrument. Plusieurs instruments peuvent être testés en parallèles et comparés. Ce peut être l'occasion de passer une nuit à observer tout en testant les instruments, et surtout d'apprécier le gain des bons instruments par rapport aux mauvais.

Un autre intérêt de la planète Jupiter réside dans sa forte luminosité : Si la surface du miroir est diffusante à cause du zonage et du micromamelonnage, alors on verra un halo lumineux, dont le diamètre apparent est environ 2,5 fois celui de la planète. Un bon miroir, tant du point de vue de la forme que de l'état de surface, montrera le limbe de Jupiter tranchant parfaitement sur le fond du ciel bien noir. Attention cependant à pratiquer ce test avec des oculaires bien propres. Un oculaire sale peut produire une diffusion.

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