Z80

Pour en finir une bonne fois : rapports d'ouverture, luminosité, etc.

Messages recommandés

Comme vous le savez, on lit ici et là pas mal de propos contradictoires.

Dans un souci de poser un fois pour toutes un certain nombre de notions de base de l'optique astronomique, j'aimerais avoir vos éclaircissements sur les points suivants :

Rapport d'ouverture et luminosité en visuel : un vieux débat !

Puisque cet instrument est cité dans un post tout récent, lisez-en donc le descriptif :

http://www.astronome.fr/celestron_c6_goto.htm

Notez ceci, je cite "Son rapport F/d de 10 permet d'obtenir une plus grande pupille de sortie pour obtenir des images plus lumineuses qu'avec un Maksutov ouvert à F/d15 et ce avec n'importe quel oculaire."

C'est à la fois une évidence et une tromperie, puisque le grossissement est différent pour le même oculaire sur des instruments différents !

On est quand même tous d'accord que la pupille de sortie sera la même à grossissement égal et diamètre d'instrument égal, oui ou non ?


Le point suivant est une question qui me taraude personnellement, en revanche, et j'en profite pour la poser :


Rapport d'ouverture et diaphragme...

Je lis souvent qu'on peut diaphragmer un instrument de grand diamètre pour, je cite "augmenter son rapport F/D"... Avec tout ce qui va avec, notamment une plus grande tolérance de mise au point, etc.

Du point de vue de la pupille de sortie (donc de la clarté aussi, je suppose), OK, ça me semble logique, je veux bien l'admettre.

Mais je vois mal les propriétés géométriques intrinsèques de l'objectif de l'instrument changer : sa courbure notamment ! Alors, "mise au point plus facile" ? Comment ? Par quel miracle ?

Donc, à part assombrir l'image de façon certaine, et peut-être améliorer la netteté de l'image (le diaphragme est un vieux procédé, notamment quand on a trop d'aberrations en bordure de champ), qu'apporte donc réellement cette méthode ?

Je ne suis pas spécialiste en photo, et il est souvent fait état, à propos des diaphragmes, de modification de la "profondeur de champ". Si une personne compétente pouvait m'éclairer sur ce miracle de l'optique, je suis preneur...

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quote:
Je lis souvent qu'on peut diaphragmer un instrument de grand diamètre pour, je cite "augmenter son rapport F/D"... Avec tout ce qui va avec, notamment une plus grande tolérance de mise au point, etc.

Du point de vue de la pupille de sortie (donc de la clarté aussi, je suppose), OK, ça me semble logique, je veux bien l'admettre.

Mais je vois mal les propriétés géométriques intrinsèques de l'objectif de l'instrument changer : sa courbure notamment ! Alors, "mise au point plus facile" ? Comment ? Par quel miracle ?


Tu as raison, il n'y pas de miracle, il n'y a que les observations de la physique et la toute puissance des Maths.

La courbure de champ ne change pas pour un télescope donné (ou un oculaire) si tu diaphragmes. En revanche, les aberrations hors axe telles que la Coma et l'astigmatisme, diminuent effectivement. Je ne me souviens plus exactement quelle aberration évolue comment, mais je crois me souvenir que cela varie entre le "directement proportionnel" et "le cube" de l'inverse du rapport d'ouverture (donc le rapport D/f). En gros cela signifie qu'entre 2 télescopes (2 newton par exemple), l'un à f/d=8 et l'autre à f/d=4, les aberrations hors axe seront entre deux fois et huit fois (2 exposant 3) plus importante a champ réel égal (mesuré en degré ou en radian) au niveau du foyer. J'ajouterais que le même phénomène se produit sur l'axe optique (le centre du champ quand on regarde à l'oculaire) en ce qui concerne l'aberration de sphéricité avec 2 télescopes Newton à miroirs sphériques d'ouvertures relatives (f/d) différentes en ce qui concerne l'aberration de sphéricité: un primaire sphérique de 200mm de diamètre et 1200mm de focale possède une très forte aberration de sphéricité. Diaphragmé à 100mm, l'aberration de sphéricité diminue fortement et les images deviennent excellentes. Tous ces phénomènes sont aussi valables pour un oculaire donné utilisé avec 2 télescopes de f/d différents.


quote:

Je ne suis pas spécialiste en photo, et il est souvent fait état, à propos des diaphragmes, de modification de la "profondeur de champ". Si une personne compétente pouvait m'éclairer sur ce miracle de l'optique, je suis preneur...

La encore, nos amis photographes sont tout à fait dans le vrai. Comme je le disais plus haut, si tu diaphragme, la courbure de champ ne varie pas. Mais il va se produire effectivement un phénomène intéressant concernant la "latitude de mise au point", que nos collègues photographe terrestres appellent "profondeur de champs". Suiter décrit très bien la notion de latitude de mise au point qui devient très grande si le f/d est grand (je crois me souvenir que cela augmente avec le carré du f/d: donc f/d=12 => 4x plus tolérant que f/d=6). Je te renvois vers l'ouvrage de Harold Suiter pour plus de détail. Cette variation de la profondeur de champ (ou de la tolérance de mise au point) avec le f/d est la raison pour laquelle un oculaire comme le TMB supermonocentric n'est pas bon à f/d court, du fait de sa courbure de champ importante (et inchangée quelque soit le télescope). J'ai écrit voici quelques temps un petit sujet là dessus sur Cloudynights. Si tu sais l'anglais je pourrais le retrouver.

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L'anglais ne me pose effectivement aucun problème.

Merci pour ces éclaircissements très intéressants !


En effet, j'éviterai les super monocentriques sur mon instrument ; d'ailleurs, je n'aime pas les trous de serrure ni ces lentilles d'oeil ridicules qui me rappellent trop ces épouvantables oculaires de Huygens fournis avec mon 114/900 ! ^^

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quote:

Je lis souvent qu'on peut diaphragmer un instrument de grand diamètre pour, je cite "augmenter son rapport F/D"...

Etant entendu que si on diaphragme l'objectif, D diminue: cependant, F ne changeant pas, F/D augmente, cqfd. De même, puisque D diminue, à grossissement G constant, la pupille de sortie d diminue aussi, car d=D/G. Cqfd aussi.

Par contre, pour la luminosité, je ne crois pas que l'oeil puisse voir la différence. Seule l'astrophotographie (webcam, ccd) permet de se rendre compte d'un objectif plus lumineux.

J'ai bon ?

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Concrêtement, est-ce à dire qu'un miroir de faible diamètre (par exemple), taillé pour offrir une certaine focale, présenterait exactement la même courbure que la partie laissée découverte d'un autre miroir, plus grand mais de même focale, qu'on aurait diaphragmé ?

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Ah tiens, une question subsidiaire, svp :

Champ !

Prenons deux instruments de diamètre identique, mais de rapport F/D fort différents, un court et un long, par exemple.

Prenons deux oculaires offrant le même champ apparent, mais de focales très différentes : un court pour l'instrument à F/D court, un long pour l'instrument à F/D long. Ils sont choisis pour donner le même grossissement.

Par exemple :

- Un newton 200 F/D 5, donc focale 1000 mm, avec disons un XW 10 mm donnant un grossissement de 100x pour un champ apparent de 70° ;

- Un SCT de 200 mm F/D 10 (LX 200 ? C8 ?), donc focale 2000 mm, avec (toujours au hasard ^^) un XW 20 mm donnant lui aussi un grossissement de 100x pour un champ apparent de 70°...

Question : les champs réels sont-ils dans ce cas les mêmes ?

Si oui, en ce cas, pourquoi lit-on souvent que les SCT offrent un champ réduit et vignettent l'image ? Est-ce uniquement en photo, parce que la focale de l'instrument est tout simplement trop longue, qu'on doit ajouter un réducteur ?

Parce que je dois avouer qu'en visuel, ce jugement à l'emporte-pièce m'interpelle (à tarte)... Voilà ! :P

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« Notez ceci, je cite "Son rapport F/d de 10 permet d'obtenir une plus grande pupille de sortie pour obtenir des images plus lumineuses qu'avec un Maksutov ouvert à F/d15 et ce avec n'importe quel oculaire." »

Ce genre de phrase est très trompeur, pour une autre raison que celle que tu as citée. Elle fait croire que, plus la pupille de sortie est grande, plus on aura de lumière. Un débutant ne connaissant pas bien ces notions peut se faire piéger, car il est évident que plus de lumière rentre dans une pupille plus grande. Mais ce qu'on appelle "pupille de sortie" n'a rien à voir avec l'oeil, c'est le diamètre du faisceau de sortie (la lumière d'une étoile rentre dans le télescope sous forme d'un faisceau parallèle de diamètre celui du télescope, et sort de l'oculaire sous forme d'un faisceau parallèle de diamètre la "pupille de sortie"). Tant que la pupille de sortie est plus petite que celle de l'oeil, toute la lumière concentrée par le télescope peut rentrer dans notre oeil. Si la pupille de sortie est petite, c'est néanmoins la même lumière qui rentre dans l'oeil.

« Mais je vois mal les propriétés géométriques intrinsèques de l'objectif de l'instrument changer : sa courbure notamment ! Alors, "mise au point plus facile" ? Comment ? Par quel miracle ? »

La mise au point est plus facile parce que les disques d'Airy sont plus gros (vu que le diamète est diminué).

Ça me fait penser à un autre effet dont j'ai entendu parler, mais je n'ai jamais eu confirmation : quand on ajoute une barlow, le F/D s'allonge, ce qui augmente la plage de mise au point (ça me paraît normal). Du coup la composante de turbulence radiale défocalise moins les images. Ça me paraît trop beau, mais en même temps je ne vois aucune raison de contredire ça. Avez-vous déjà remarqué un tel phénomène ? (à grossissement égal, moins de turbulence quand on utiliser une barlow)

« - Un newton 200 F/D 5, donc focale 1000 mm, avec disons un XW 10 mm donnant un grossissement de 100x pour un champ apparent de 70° ;
- Un SCT de 200 mm F/D 10 (LX 200 ? C8 ?), donc focale 2000 mm, avec (toujours au hasard ^^) un XW 20 mm donnant lui aussi un grossissement de 100x pour un champ apparent de 70°...
Question : les champs réels sont-ils dans ce cas les mêmes ? »

Oui, les champs réels sont les mêmes.

« Si oui, en ce cas, pourquoi lit-on souvent que les SCT offrent un champ réduit et vignettent l'image ? »

Le vignettage ne "coupe" pas le champ, c'est juste que les étoiles du bord de champ ne sont pas vues par tout le miroir primaire ou secondaire mais seulement une partie. Donc nous ne recevons pas toute la lumière des astres en bord de champ. Ceci dépend surtout de la configuration optique. Sur un Newton, il faut augmenter le miroir secondaire. Sur un Schmidt-Cassegrain c'est sans doute plus compliqué, surtout avec le primaire ouvert à F/2.

Tiens, un truc amusant : pour avoir un télescope à grand champ, on prétend qu'il faut un Newton très ouvert. Prenons un 200/800 et un 200/1600. Pour une pupille de sortie de 5 mm, il leur faut des oculaires de 20 mm et 40 mm respectivement (au coulant 50,8 mm pour le 40 mm). Avec des oculaires à grand champ, le grossissement et le champ sur le ciel seront les mêmes. Mais il y aura une coma insupportable avec le Newton court, et quasiment pas de coma avec l'autre. Alors lequel choisir pour faire du grand champ ? (En fait, l'un nécessite un correcteur de coma et l'autre nécessite le coulant 50,8 mm - dans les deux cas il y a un inconvénient : moralité, mieux vaut un 200 à F/6...)

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Bruno Salque, ce que tu dis pour les 200/800 et 200/1200 est valable en utilisation visuelle.
il me semble que pour l'imagerie ce n'est plus vrai : avec le 200/800 + correcteur on a plus de champ et de lumiere qu'avec le 200/1200 puisque le correcteur ramene la focale à 950mm.
es-tu d'accord avec cela ?

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Je me permet de répondre à la place de Bruno, mais je pense ne pas trop me tromper.

Le champ couvert en photo par un Newton 200/800 ou 200/1200 va dépendre de plusieurs critères:

1) Les dimensions du capteur
2) Le dimensionnement du secondaire
3) Le dimensionnement du porte oculaire.

J'explique plus en détail.

Les dimensions du capteur va donner, en fonction de la focale, le champ couvert maxi.
La focale est notée f
Le grand côté du capteur est noté E
Le petit côté du capteur est noté e
La diagonale du capteur est noté h

Le champ couvert est alors
sur le grand côté: arctan(E/f)
sur le petit côté: arctan(e/f)
sur la diagonale: arctan(h/f) avec h=Racine Carrée (e²+E²)

De ce point de vue, pour un capteur donné, le Newton de 800mm de focale couvre un champ supérieur à un Newton de 1200mm de focale.

Mais il faut regarder le dimensionnement du secondaire. Pour peu que le secondaire soit tout juste assez grand pour intercepter le cone de lumière dans l'axe et le capteur lui même un peu grand, le vignettage va devenir visible. Dans le cadre d'une utilisation photo grand champ on cherche à obtenir le champ de pleine lumière (c'est à dire sans aucun vignettage), le plus étendu possible.

Il faut aussi regarder le diamètre du porte oculaire: un porte oculaire de diamètre trop faible (ou des accessoires de diamètres trop réduits) peuvent eux aussi entrainer du vignettage.

Maintenant rajoutons un correcteur de champ à l'équation déjà complexe...
Les correcteurs de champs pour Newton les plus facilement disponibles dans le commerce ne font que varier la focale dans des proportions limitées. Parfois, ils auraient plutôt tendance à l'acroitre. Il faut donc recalculer le champ couvert par le capteur avec la nouvelle focale.

Imaginons maintenant un Correcteur / reducteur x0.5. Ce type de correcteur est plutôt rare dans le monde des Newtons, mais très fréquent dans celui des Schmidt Cassegrains. En tant que réducteur x0.5, il multiplie la focale par 0.5 (autrement dit, il la divise par 2). En première approximation, le champ est doublé: on vient d'obtenir l'équivalent d'un capteur 2 fois plus grand qui serait utilisé au foyer du télescope d'origine. En théorie, celà est vrai... Sauf que l'on oublie généralement de prendre en compte l'apparition du vignettage qui va venir nous gacher la fête. Si on utilise un Newton 200/1200 avec un Capteur 24x36 et un miroir secondaire suffisament dimensionné pour que le vignetage ne dépasse pas 30% dans les coins du capteur (à 21mm du centre du champ environ), l'utilisation d'un réducteur x0.5 va faire apparaitre la même quantité de vignetage à 10,5mm du centre du champ environ. A 21mm du centre du champ, dans les coins du capteurs, la situation sera plus mauvaise encore. Il faut donc encore agrandir le secondaire du Newton, comme si on l'avait dimensionné pour utiliser un format 6x6!

Et ce n'est pas tout: à ce redimensionnement du secondaire va s'ajouter le fait que le jeu de lentilles du correcteur a lui même un diamètre parfois insuffisant pour limiter le vignettage: il faut donc prévoir un correcteur / réducteur qui risque d'être d'un diamètre impressionnant... (donc couteux) et donc un Porte oculaire de très gros diamètre. Si on veut utiliser au mieux un reducteur x0.5, il faut donc dimensionner les éléments optiques, le porte oculaire et les baffles du télescope, comme s'il devait utiliser un capteur d'une taille beaucoup plus grande.

A ce petit jeu, les Cassegrains "visuels" sont généralement désavantagés, car les problèmes de vignetage dérivent essentiellement de la présence du baffle central qui prolonge le porte oculaire et traverse le miroir primaire. Ce baffle est présent pour empêcher la lumière d'atteindre directement le foyer sur un champ suffisament large: on peut optimiser le diamètre de ce baffle (ainsi que sa forme) pour obtenir le champ de pleine lumière le plus étendu possible, mais on est alors contraint d'augmenter très fortement l'obstruction centrale (ce qui risque de donner au cassegrain en question des performances médiocre en visuel sur les planètes et donc en fait un instrument spécialisé).

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Le message de Z80 se basait sur une description publicitaire dans laquelle il était fait mention de la pupille de sortie. Donc, implicitement, il ne s'agissait que d'observation visuelle.

Dans ce que j'ai dit, il n'est bien sûr pas question de la photo.

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Réflexion bête d'ailleurs que je me fais :

Si je garde les mêmes oculaires, je ne peux théoriquement pas voir la différence de luminosité entre deux télescopes de diamètres différents mais au même F/D. Donc un 300 mm F/5 n'est pas plus lumineux qu'un 80 mm F/5 si j'utilise le même oculaire. Par contre le 200 mm F/10 sera plus sombre. Le comble !! Qu'est ce qui change alors ? le grossissement !!!

Donc quand on change de téléscope, faut il encore changer d'oculaire pour avoir la sensation d'avoir plus de lumière

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Bruno > dans l'absolu, les considérations photographiques m'intéressent également, mais il est vrai que la lumière captée en instantané par l'oeil humain va différer de ce qu'on peut btenir en photo en faisant simplement varier les temps de pose... Ce qui explique les bonnes performances de slunettes de 80 mm en photo.

A propos de ce que tu dis des barlows, je peux apporter mon témoignage. Sur le moment, je n'y ai pas vraiemnt prêté attention, mais maintenant que tu le dis, mes dernièes nuit d'observation n'étaient pas terribles question turbulence et l'emploi du Hi-Le 2,8 ne donnait rien de fameux... Avec le zoom Nagler, je devais me contenter de 300x (4 mm).

Or les nuits précédentes, je poussais vachement loin avec une Powermate 2x, et sans aucune perte de contraste, jusqu'à 600x, ce qui donnait des images réellement impressionnantes de Jupiter, avec des détails dignes des photos de Teiva. Il faut dire aussi que Jupiter circule ici au zénith, à peine un poil vers le sud : ça doit vachement aider... Vous devez l'avoir salement basse sur l'horizon, par contre.

Du coup, comme ça me semblait médiocre avec un oculaire seul, je n'ai pas retenté avec la PM, mais je referai l'expérience (dès qu'il arrêtera de pleuvoir)...


Vincent > mes images RAW prises au foyer newton avec un 350D ne montrent (en apparence du moins) aucune trace de vignettage. D'après la position du P.O. et l'image complète du primaire que j'ai dans cette zone en collimatant, il semble en effet que le secondaire puisse capter tout le cône de lumière, du mois quand on ne recule pas trop le P.O., ce qui est une bonne chose.

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oui Bruno, quand tu mets une Barlow 2x qui double le rapport F/D, la tolérance de map est multipliée par 4. Mais, dans le même temps, la variation de position axiale du foyer due à la turbulence est, elle aussi multipliée par 4. Donc ça ne change rien, pas de chance

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Tyco : pense a la pupille de sortie, cela te ramene au pouvoir collecteur du tube et a sa luminoste. Et tu peux voir qu'avec le meme oculaire, sur un tube de 300 ou une 80 a F/D=5, la pupille n'est pas vraiment la meme. C'est image, mais je pense que tu comprends plus facilement qu'on en prends plus les mirettes avec le 300.

Z80 : mais fait de la photo avec un vrai zobjectif et tu pigeras tout ca Un bon vieux tromblon en M42 ave la map manuelle et qui ouvre sur toute la plage de 1.8 a 22 et tu auras gagne le droit de comprendrationner tout

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Bah Tony, j'ai le truc machin 18-55 Canon livré avec la bête, et on peut débrayer l'AF (pas le choix la nuit de toutes façons, le 350D semble moins doué pour ça que vieil Olympus, paix à ses transistors)...

Les avis divergent vachement, mais dans l'ensemble, il n'est pas jugé trop mauvais, donc j'ai pris le le kit complet.

(Qu'est-ce que je déconne, de toutes façons, y avait que ça de dispo ici ! )

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Je sais pas si ton bazard permet de jouer sur le diaphragme ou pas. Si c'est le cas, tu fais une experience tres simple :

-tu prends un coin avec quelque chose en 1er plan a 3-4m, un second plan a 10-15m et un fond

-tu ouvres a fond (diaphragme le plus petit), tu auras alors le "diametre" le plus grand et par analogie, le rapport F/D le plus petit. Tu fais le point sur le 1er plan. Et tu constates que le reste est flou. Tu fais le point sur le 2nd plan, tu constates que 1er et fond sont flous.

-tu fermes ensuite de plusieurs diaph (disons vers 11), tu auras alors un "diametre" plus petit, le rapport F/D augmente donc. Tu fais le point sur le 1er plan et tu constates que le 2nd plan est net aussi.

Tout ceci c'est possible si ton objectif ferme manuellement le diaph. Avec les totofocus et autres il faut parfois appuyer sur un bouton pour voir ceci (style, "visualisation de la profondeur de champs" qu'on trouve parfois dans les manuels).

Maintenant que tu as fais l'experience, tu peux reprendre quelques cours de physique/optique pour voir ce qu'il s'est passe "scientifiquement" et pige sur le papier ce que tu viens d'experimenter. Et ensuite tu peux voir l'implication en astro ou en utilisant un cache devant l'objectif, ou une barlow derriere le PO, et en changeant donc F ou D, tu bouges la latitude de mise au point.

C'est tres tres parlant comme truc. J'avais du mal a l'expliquer a ma femme et l'experience de l'appareil photo ca fait tilt tout de suite (mais bon de base, j'explique pas bien, vaut mieux une photo ou un dessin avec moi)

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Oui, en effet, c'est ce que semble recouvrir la notion de profondeur de champ.

Normalement, le 350D a des modes manuels et l'AF est débrayable sur l'objectif (pour le diaph, je ne sais pas, mais sinon ça doit être commandé par l'APN - il y a une foutitude de réglages que je ne maîtrise pas, en mode manuel).

Si je comprends bien, une bonne manière de faciliter la map en planétaire, et d'en atténuer la trop forte luminosité qui me fait chier par la même occasion, ce serait de diaphragmer mon tube optique ?

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Vi et non ...

Oui si tu penses diaphragme et laisse le diaph : tu auras une plage de map plus "grande".

Non si tu enleves ensuite le diaph. Parce que pendant ta map avec le diaph, la ou tu trouveras une map, ce sera peut-etre plus dans la plage lorsque tu enleveras le diaph. C'est la aussi la problematique avec les masque de hartmann notamment (puisque ca diaphragme ton objectif, augmente la plage de map, et quand tu enleves tu n'es peut-etre plus dans la plage de map finale).

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Oui, je pensais bien à le laisser en place, bien sûr.

400 ISO semble être une sensibilité trop élevée étant donné le diamière du scope, la solution pourrait être justement de diaphragmer et de pousser un peu les temps de pose pour révéler les détails...

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Thierry Legault : ah oui, si le foyer bouge quatre fois plus, ça compense. Bon, donc pas la peine que j'envisage d'acheter un jour une barlow...

Tyco : « Si je garde les mêmes oculaires, je ne peux théoriquement pas voir la différence de luminosité entre deux télescopes de diamètres différents mais au même F/D. Donc un 300 mm F/5 n'est pas plus lumineux qu'un 80 mm F/5 si j'utilise le même oculaire. »

Heu... tu parles de visuel ? Si tu considères le fond du ciel uniquement, OK. Par contre, dès que tu vas pointer des objets (étoiles, planètes ou ciel profond), quelque chose me dis que tu vas quand même voir la différence !

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Non ! Pas sur les objets etendus. J'ai une lunette 120 600, et je me brule bien les yeux quand je regarde la lune avec !! Mais si je la regarde avec le mak127 avec le même oculaire, et ben la différence est toute autre, parce que le grossissement est tout autre, parce que le F/D est tout autre!! Dans un C8, c'est beaucoup plus gros, et ben pourtant, on se brule pas les yeux ! Il faut raisonner "densité de lumière " et pas "quantité de lumière"...

C'est vrai en visuel et en photo. Seulement la question est pourquoi prendre le même oculaire ? Pour profiter au maximum de la luminosité, il faut une pupille de sortie entre 4 et 5 mm. Pour un F/5 ca fait un 25 mm. Pour un F/10 ca fait 50 mm. Pb, ca existe pas. Alors autant prendre un télescope plus petit. F/7, par exemple, ca fait alors un oculaire raisonnable de 35 mm. C'est l'optimum !

Attention, ce petit débat n'est vrai que pour la luminosité, pas pour la résolution. Et c'est la résolution l'essentiel en planétaire... Cette réflexion s'applique aux nébuleuses diffuses et galaxies étendues.

Pour les étoiles ca ne marche pas, car on ne peut pas vraiment pas parler de "densité de lumière". Donc pour les amas, c'est encore le diamètre qui prime.


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Ces histoires de luminosité, c'est de la connerie, ça sert qu'à embrouiller les débutants .
S'il falait "profiter au maximunm de la luminosité", on aurait tous qu'un seul oculaire, et ça nous ferait des économies, tiens !

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