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michel06330

F/D en astrophoto

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Bonjour,

Le rapport F/D de l'instrument a-t-il une incidence sur la vitesse d'acquisition ?

On me l'a affirmé, mais je ne saisis pas trop bien pourquoi.

Merci,

Michel

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Plus le rapport F/D est petit, plus l'instrument collecte de lumière (de photons) et donc la durée de pose est d'autant réduite par rapport à un instrument de rapport F/D plus grand.
J/B

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Non, je connais assez bien les règles en visuel, ce que je pratique et ça ne m'a pas apporté la solution .

Il doit s'agit d'autre chose, qui a un rapport avec la photométrie...

Il semblerait qu'à même diamètre, une focale plus courte permette des temps de pose plus courts. La personne qui m'a énoncé ces principes est très compétente en photo à l'ancienne (posemètre etc...) et je voudrais seulement comprendre.

Michel

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Thierry, je crois que tu as d'autres compétences que celle de compter les points .

Mon ami Google ne m'a pas vraiment aidé, pourrais-tu m'éclairer ?

Michel

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Extrait de ce site -> http://clubastronomie.free.fr/astrophoto/temps_pose_photo_ciel.htm

"Le rapport F/D (focale de l'instrument divisée par le diamètre optique) est un chiffre indiquant la luminosité de l'instrument de prise de vue. Plus le chiffre est petit plus l'instrument est dit "ouvert" ou "lumineux". C'est ce chiffre que l'on trouve sur les bagues de diaphragme des objectif photo (2, 2.8, 4, 5.6....). Dans le cas d'un objectif, le diaphragme vient diminuer le diamètre utile de l'objectif (augmentant ainsi le rapport F/D). Dans le cas d'un télescope, il n'y a pas de diaphragme, le diamètre utile est alors fixe. La focale est aussi fixe, ce qui fige donc le rapport F/D de l'instrument.
Les propriétés de l'œil font que pour voir une différence notable de lumière, il faut un facteur 2 sur la lumière (x2 ou /2). On constate que les chiffres d'une bague de diaphragme, n'ont pas une progression aléatoire. En fait, entre chaque chiffre il y a un rapport de racine de 2 (1,414). Il y a une explication à cela, lorsque le rapport F/D d'un objectif passe par exemple, de 4 à 5,6, le diamètre de ce dernier est diminué d'un facteur 1,414. Si l'on calcul les surfaces (donc la lumière entrant dans l'objectif), on constate que la surface (donc la lumière) de l'objectif a été divisée par deux...
Donc à chaque diaphragme, il y a doublement (ou division par deux) de la quantité de lumière..."

Rethicus

[Ce message a été modifié par RETHICUS (Édité le 05-03-2008).]

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La règle, c'est : plus le diamètre est grand, plus l'instrument collecte de photons.

Mais le F/D intervient à cause de l'échantillonnage, c'est-à-dire de la taille que représente un pixel sur le ciel (en général, de l'ordre de la seconde d'arc).

Dans un instrument de focale 2000 mm, les pixels représentent sur le ciel une zone 4 fois (2x2) plus petite qu'avec une focale de 1000 mm (pour un capteur donné). Si on compare un 200 mm à F/5 et un 200 mm à F/10, ils reçoivent exactement la même quantité de lumière (même diamètre), mais ne la répartissent pas de la même façon : comme les pixels du second sont 4 fois plus petit, chaque pixel reçoit 4 fois moins de lumière.

Une façon équivalente est de dire qu'il faudra poser 4 fois plus longtemps pour avoir la même quantité de lumière _par pixel_.

J'ai pris l'exemple de 1000 mm et 2000 mm de focale, mais on peut généraliser à n'importe quelles focales : à diamètre donné, une focale x fois plus longue impose un temps de pose x^2 fois plus long (car à temps de pose égal, chaque pixel reçoit x^2 fois moins de lumière).

J'ajoute que si on fait varier le diamètre en laissant le F/D fixe, on obtient un résultat qui peut paraître curieux a priori. Comparons un télescope de 200 mm à F/5 et un 400 mm à F/5. Le télescope de 400 mm capte 4 fois plus de lumière car la surface de son miroir est 4 fois plus grande que le premier. Mais sa focale est deux fois plus longue, donc la lumière s'étale dans des pixels 4 fois plus petits (j'appelle "pixel" la zone du ciel que représente un pixel physique). De sorte que ça se compense : le télescope est plus lumineux (au sens où il capte plus de lumière) mais comme les pixels sont plus petits, le 200 mm à F/5 et le 400 mm à F/5 donnent la même quantité de lumière par pixel. C'est pour ça que le critère important en photo, c'est le F/D. (*)

---------------
(*) En fait, le critère important est l'échantillonnage, car tous les capteurs CCD n'ont pas lâ même taille de pixel, et il faut bien choisir le capteur et le tube optique pour avoir un échantillonnage adapté - exemple : si on choisit des pixels trop petits par rapport à la focale du télescope, on devra poser très longtemps.

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 08-03-2008).]

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Bruno : "Si on compare un 200 mm à F/5 et un 200 mm à F/10, ils reçoivent exactement la même quantité de lumière (même diamètre), mais ne la répartissent pas de la même façon"
Oui et non, le champ observé est différent, et si tu vises une zone avec de forts contrastes ou avec de nombreuses étoiles ou objet, pour moi tu n'auras pas la même quantité de lumière.
Maintenant si j'ai écrit une connerie...je m'équipe de mon casque

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Merci pour ces réponses.

Avant de les lire, je m'étais dit:
- la luminosité de l'image diminue avec le grandissement
- en photo au foyer, seul le F/D définit ce grandissement
- à D constant, le grandissement augmente avec F
- donc l'image est d'autant plus lumineuse que F est petit
- donc la durée d'acquisition diminue avec F.

Ce qui répond qualitativement à ma question; Bruno y répond quantitativement, merci.

Ceci implique donc de devoir adapter F à la taille de l'objet photographié.

Michel

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Un schéma d'optique avec une lentille d'un côté et un plan de projection au point focal serait plus parlant....
deux lentilles de même diamètre et de focale différente. Celle de courte focale a un rapport F/D petit, celle de longue focale a un rapport F/D grand.
Concrètement, au plan focal, l'image (inversée) sera plus petite pour la lentille à courte focale, donc l'éclairement du capteur sera plus intense, d'où durée plus courte.
Crobard à la noix

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Bruno a trés bien expliqué.
Cela peut paraitre curieux qu'un 200 mm à F5 donnera à priori la même luminosité qu'un 400 à F5 (donc une détection équivalente avec le même temps de pose et le même CCD..).

Si on extrapole aux Observatoires professionnels, un telescope de 3 metres de diamétre ouvert à F5 donne la même luminosité qu'un teslescope de 200mm ouvert à F5... en principe...

Et Bruno pourrait rajouter que c'est pour cette raison que les CCD des observatoires professionnels sont équipés de matrices à trés gros photosites. Pour compenser le suréchantillonnage du à la focale. N'est ce pas ?


Christian

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<< Le rapport F/D de l'instrument a-t-il une incidence sur la vitesse d'acquisition ?>>
***
Sur la Vitesse d'acquisition ? , aucune incidence,
bon faut pas attendre non plus qu'il fasse jour pour appuyer sur le déclencheur..........
Sur la durée d'acquisition ? , oui il y a une incidence.

Amicalement Bernard_Bayle

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Michel06330 : « Ceci implique donc de devoir adapter F à la taille de l'objet photographié. »

Le fait que l'on doive adapter la focale à la taille de l'objet n'a rien à voir avec le problème du F/D. C'est juste qu'un objet plus grand nécessite un champ plus grand, donc une focale plus courte.

Christian_d : « Et Bruno pourrait rajouter que c'est pour cette raison que les CCD des observatoires professionnels sont équipés de matrices à trés gros photosites. Pour compenser le suréchantillonnage du à la focale. N'est ce pas ? »

Tout à fait ! Il ne faut jamais oublier que les pixels de nos webcams et APN (et caméras CCD à bon marché) sont minuscules. Ça permet surtout d'annoncer plein de mégapixels à bon marché. Les caméras CCD professionnelles ont des pixels de l'ordre de 25 µm (si ça n'a pas changé depuis la dernière fois que j'ai vu cette information). Un télescope de 4 mètres ouvert à 4 donne un échantillonage de 0,6" si l'on fait du binning 2x2. Sur un site professionnel, on s'attend à avoir un seeing de moins de 1", donc l'échantillonnage est correct. Par contre, avec les pixels de 6 µm usuels chez nous, l'échantillonnage serait de 0,077" (1/13 de seconde d'arc !) : ce serait ridicule, et on aurait par pixel seulement 1,44 % de la lumière reçue avec la configuration précédente. Avec un télescope de grand diamètre, il faut donc absolument choisir le bon échantillonnage.

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Le rapport focale/ diametre ( F/D)définit l'ouverture d'un objectif ou d'un instrument astro .
Pour un objectif , il est réglé par le diaphragme .
Le diaphragme en gros est à l'objectif ce que la pupille est à l'oeil ...( Si on regarde l'oeil d'un greffier , il va ajuster la taille de sa pupille pour recevoir la quantité de lumière qui lui va bien , en plein soleil , une simple fente , au crépuscule ou dans la nuit ,la pupille est ouverte en grand pour ramasser toute la lumière ... bon , le greffier ne fait pas de pose ).

Ce diaphragme , on l'ouvre ou on le ferme pour laisser entrer plus ou moins de lumière . Et plus le diaphragme est ouvert et moins il faut de temps pour que le film recoive une quantité de lumière donnée .POur collecter la même quantité de lumière avec un diaphragme plus fermé , il faudra attendre un peu plus longtemps ...

La progression des valeurs de diaphragme marquées sur un objectif fera passer d'un facteur 2 la quantité de lumière ,cela d'une valeur à la suivante , ainsi en passant de l'ouverture f/d 8 à f/d 5,6 , je double la quantité de lumière reçue , pareil pour 5,6 à 4 et idem pour 4 à 2,8 , et 2,8 à 2...On note que chaque fois que la valeur d'ouverture est divisée par racine de 2 , on double la quantité de lumière reçue pour un temps t .

MEA CULPA : Rethicus avait déjà tout dit !

[Ce message a été modifié par Mezzo (Édité le 06-03-2008).]

[Ce message a été modifié par Mezzo (Édité le 06-03-2008).]

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Personnelement j'avais déjà compris tout ca. Mais une question me taraude depuis quelque temps, je profite de ce topic pour la poser : pourquoi le rapport F/D n'a pas d'influence en visuel ?
La pupille de l'oeil est bien assimilable au pixel d'un capteur non ?

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Bonjour,

Merci pour vos réponses que je découvre au réveil .
Deux remarques pour commencer:
- certains se lèvent vraiment très tôt
- difficile de répondre et d'avoir les messages sous les yeux, je dois ouvrir deux fois "Astrosurf" dans des onglets différents.

Pour Bruno> Merci pour tes réponses très détaillées.
Les pixels sont apparus avec le numérique, mais je crois que le F/D existait bien avant . J'ai bien compris quand même et ça répond à ma question.
Ce que tu développes concerne aussi bien la photo au foyer, que la projection oculaire.

Le choix de l'instrument a un rapport avec la focale en ce sens que je connais un astrophotographe qui a plusieurs lunettes de focales différentes adaptées à la taille de l'objet qu'il "attaque".

Il me semble qu'un paradoxe peut être décelé dans ta phrase:
"Dans un instrument de focale 2000 mm, les pixels représentent sur le ciel une zone 4 fois (2x2) plus petite qu'avec une focale de 1000 mm (pour un capteur donné). Si on compare un 200 mm à F/5 et un 200 mm à F/10, ils reçoivent exactement la même quantité de lumière (même diamètre), mais ne la répartissent pas de la même façon : comme les pixels du second sont 4 fois plus petit, chaque pixel reçoit 4 fois moins de lumière."

En doublant la focale, on divise par 4 la portion de ciel "vu". A diamètre égal, la quantité de lumière entrant dans l'instrument est la même.
Chaque partie de ciel "vu" par l'instrument de plus grande focale devrait donc être 4 fois plus lumineuse !!!
C'est bien entendu l'inverse de la réalité et je conçois assez facilement où réside le défaut de raisonnement.
On sent ici que je suis plus à l'aise en math élémentaire qu'en photo !!

Pour Mezzo> Merci aussi, j'avais bien capté ce qui se passe sur un appareil photo avec objectif, mais j'avais du mal à l'adapter à un instrument astro.

Discussion de bonne tenue. Thierry compte les points .

Michel

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Pour Whathefok>

En visuel, ça me semble clair: plus on grandit (grossit), moins l'image est lumineuse, ce qui justifierait un temps de pose plus long.

Michel

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Mezzo : ce que tu dis, ainsi que Rheticus, ne s'applique que pour les objectifs photo, pour lesquels on diminue le F/D en augmentant le diamètre, à focale égale. Or en astronomie, c'est le diamètre qui est fixe, et la focale qui peut varier (avec un réducteur de focale par exemple). C'est pour ça que je n'aime pas trop entendre qu'un court F/D donne un instrument plus lumineux : c'est vrai pour un objectif photo parce que le diamètre est alors plus grand, mais c'est trompeur pour un instrument d'astronomie.

Whathefok : « une question me taraude depuis quelque temps, je profite de ce topic pour la poser : pourquoi le rapport F/D n'a pas d'influence en visuel ?
La pupille de l'oeil est bien assimilable au pixel d'un capteur non ? »

Non, la pupille de l'oeil est assimilable au capteur. L'équivalent des pixels, ce serait les "pixels" de l'oeil, donc l'acuité visuelle, disons.

Ce qu'il faut comprendre, c'est qu'en fait ce n'est pas le rapport F/D qui compte en photo, mais l'échantillonage.

Faisons des analogies.

1) En photo, il existe un échantillonage qui correspond à la résolution effective de la photo. Couramment, on s'attend à une résolution de quelques secondes d'arc. On conseille parfois de choisir comme échantillonnage la moitié de la FWHM (largeur à mi-hauteur des étoiles, qui vaut de l'ordre de 4" sous un ciel de plaine). Rappel : cette résolution ne dépend pas du diamètre mais de la précision du suivi.

J'appelle cet échantillonnage l'"échantillonage résolvant" (ça dit bien ce que ça veut dire).

Si on diminue la focale, on va sous-échantilloner : les étoiles tombent entièrement dans un seul pixel (c'est pas beau sur l'image, elles seront "pixélisées", et le fond du ciel va monter (car un pixel du capteur représente sur le ciel une portion plus étendue que lorsqu'on utilisait une focale plus longue). On va donc noyer les plus faibles étoiles dans le fond du ciel. En contrepartie, ce qui est valable pour le fond du ciel l'est aussi pour les nébuleuses étendues : elles aussi offrent plus de lumière dans chaque pixel. Si on utilise un filtre interférientiel, on y gagne - tant pis pour les étoiles.

Si au contraire on utilise une plus longue focale, on va sur-échantilloner : chaque pixel représentera une zone plus petite du ciel, donc recevra moins de lumière. C'est vrai des étoiles (qui vont s'étaler sur plusieurs pixels) et du fond du ciel, mais aussi des objets étendus. Si on sur-échantillonne, on perd de la lumière par pixel, il faudra donc poser plus longtemps.

Bilan : il est judicieux de choisir un échantillonnage "résolvant". Au-delà (sur-échantillonage) il faudra poser plus longtemps. Pour un capteur donné et un diamètre donné, c'est la focale (donc aussi le F/D) qui permet de choisir cet échantillonage. En pratique, vu la petite taille des pixels, il faut vraiment une focale très courte pour sous-échantilloner, on va donc conseiller un F/D court. Mais il ne faut pas choisir le F/D le plus court possible, il faut choisir le F/D le plus court possible qui ne sous-échantillonne pas (en pratique c'est souvent pareil).

2) En visuel, il existe un grossissement avec lequel l'oeil détecte le pouvoir séparateur du télescope. Comme le pouvoir séparateur du télescope dépend du diamètre, le grossissement résolvant en dépend aussi. Il vaut D/2 si l'oeil a un pouvoir séparateur de 1", D si on choisit 2" pour l'oeil, et un peu moins s'il y a de la turbulence ou des défauts optiques. (En pratique, disons qu'il vaut D/2 à D.)

Si on diminue le grossissement, on va "sous-grossir" : les étoiles sont ponctuelles (on ne peut pas voir le disque d'Airy), et le fond du ciel va monter (car un "pixel d'oeil" représente sur le ciel une portion plus étendue que lorsqu'on utilisait un grossissement plus fort). On va donc noyer les plus faibles étoiles dans le fond du ciel. En contrepartie, ce qui est valable pour le fond du ciel l'est aussi pour les nébuleuses étendues : elles aussi offrent plus de lumière dans chaque "pixel d'oeil" (c'est lié à la notion de clarté pour les objets étendus). Si on utilise un filtre interférientiel, on y gagne - tant pis pour les étoiles.

Si au contraire on utilise un plus fort grossissement, on va "sur-grossir" : chaque "pixel d'oeil" représentera une zone plus petite du ciel, donc recevra moins de lumière. C'est vrai des étoiles (qui vont devenir des objets étendus : des disque d'Airy) et du fond du ciel, mais aussi des objets étendus. Si on sur-grossit, on perd de la lumière par "pixel d'oeil", et comme l'oeil ne sait pas l'accumuler sur une certaine durée, il n'y a rien à faire. Sur-grossir n'est donc utile que sur les objets lumineux : planètes, nébuleuses planétaires, étoiles doubles.

Bilan : pour les objets faibles, il est judicieux de choisir un grossissement résolvant, car au-delà (sur-grossissement) on perd de la lumière (en l'étalant). Pour un oeil donné et un diamètre donné, c'est la focale de l'oculaire qui permet de choisir ce grossissement. En pratique, tous les grossissements sont possibles (gamme étendue des oculaires du commerce), on n'est donc pas dans la situation de la photo où le sous-échantillonnage était quasi impossible.

--> Bref, c'est pareil, mais en photo ça se traduit par le choix de la focale (donc du F/D) et en visuel par le choix du grossissement.
- En visuel, c'est le diamètre qui est le plus important (vis à vis de la quantité de lumière et de la résolution), à condition bien sûr de choisir correctement le grossissement (pas de grossissement abusif), ce qui s'obtient par le choix des oculaires.
- En photo longue pose, c'est le diamètre qui est le plus important (*) (vis à vis de la quantité de lumière mais pas de la résolution), à condition bien sûr de choisir correctement l'échantillonnage (éviter de sur-échantillonner), ce qui s'obtient par le choix du capteur et du F/D. En pratique, comme d'une part on a beaucoup moins de choix que pour les oculaires, et d'autre part nos capteurs ont des petits pixels, il faut choisir un F/D petit.

(*) En effet, si on suppose qu'on est à l'échantillonnage résolvant (c'est un nombre constant, indépendant du diamètre), alors doubler le diamètre fait bien multiplier par 4 la quantité de lumière reçue par pixel. Tout le problème est qu'avec un grand diamètre, il est difficile de ne pas sur-échantillonner...

Remarque 1 : en visuel, tous les grossissements sont intéressants :
- "sous-grossir" pour mieux voir les nébuleuses faibles ;
- le grossissement résolvant pour mieux voir les étoiles, les galaxies, etc.
- "sur-grossir" pour avoir une vue plus confortable (mais sans résolution supplémentaire, et avec une baisse de clarté) des objets lumineux.

En photo, c'est pareil. Il est intéressant de sous-échantillonner (photo en parallèle avec un objectif photo), d'échantillonner de façon résolvante (photo au foyer courante) ou d'allonger la focale pour le planétaire (qui sont des objets lumineyux - en fait ce n'est pas un sur'échatillonnage puisqu'on réalise des poses très courtes de sorte de s'approcher du pouvoir séparateur théorique, qui est bien plus petit que la résolution d'une photo longue pose).

Remarque 2 : ce que j'appelle "sous-grossir" n'est pas grossir sous le grossissement équipupillaire, mais sous le grossissement résolvant. Tous les termes entre guillemets ne sont pas des termes rigoureux, je les ai inventés...

Remarque 3 : l'oeil n'est pas fait de pixels, mais j'avais discuté de ça il y a quelques années avec un étudiant qui étudiait la vue, et il paraîtrait qu'on peut quand même faire une analogie. En gros, il y aurait des espèces de cellules qui joueraient le rôle de "pixels vivants" : ces cellules sont plus petites au centre et se serrent en fonction de là où on regarde, quelque chose dans ce genre...

Michel06330 : « Les pixels sont apparus avec le numérique, mais je crois que le F/D existait bien avant . J'ai bien compris quand même et ça répond à ma question. »

Ce qui est valable pour les pixels est valable pour le grain d'une pellicule argentique. Mais c'est plus facile d'expliquer avec les pixels, je trouve.

« Il me semble qu'un paradoxe peut être décelé dans ta phrase: [...] »

En fait, je n'ai pas été précis, je parlais de la lumière reçue par le télescope qui est issue d'une étoile donnée (ou d'une région d'un astre donnée), pas de toute la lumière reçue par le champ du télescope. Effectivement, le champ étant 4 fois plus petit avec une focale double, on reçoit au total (sur tout le champ) 4 fois moins de lumière à diamètre identique, et donc autant à diamètre double. Mais ce qui importe, c'est la lumière reçue sur un pixel, donc issue d'une zone particulière du ciel (étoile, portion de galaxie, etc.) Et cette fois, ça se passe comme je l'ai décrit.

[Ce message a été modifié par Bruno Salque (Édité le 06-03-2008).]

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Bruno , ce que tu dis sur l'échantillonnage , je n'ai rien contre mais c'est une autre question , qui a soit son importance mais qui ne répond pas à la question posée de "la vitesse d'acquisition" .

La notion de rapport FD d'un objectif et d'un scope est rigoureusement la même . Même si dans le cas d'un scope ,il n'y a pas de diaphragme au sens de l'objectif photo et que les moyens de faire varier l'ouverture sont essentiellement le réducteur ou la barlow , cette ouverture du scope déterminera sa capacité à se gorger de photons plus ou moins rapidement .

[Ce message a été modifié par Mezzo (Édité le 06-03-2008).]

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Mezzo : tu as raison, mais je trouve que c'est quand même trompeur de s'arrêter là. Si je pose 1 minute avec une lunette de 80/400, et 1 minute avec un télescope de 1 mètre ouvert à F/5, est-ce que j'obtiendrais la même magnitude limite ? Bien sûr que non ! Ce qui est identique, c'est le niveau du fond du ciel et des objets diffus sur chaque pixel (si le capteur est le même). Rien de plus.

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Bruno > La sémantique que tu utilises m'a servi à comprendre mais, faute de l'utiliser chaque jour, je ne vais pas l'assimiler; il me faut donc traduire en termes plus courants .

Pour une surface de capteur donnée et un ciel donné (rayonnement uniforme pour faire simple), plus le champ vu est grand et plus l'image est lumineuse, donc la durée d'acquisition courte.

Pas de contresens ?

Michel

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Bruno.. Bruno... Bruno...
Comprends plus !!

Tu dis :

"..Si je pose 1 minute avec une lunette de 80/400, et 1 minute avec un télescope de 1 mètre ouvert à F/5, est-ce que j'obtiendrais la même magnitude limite ? Bien sûr que non !.."

Souviens toi, lors de tes explications de Décembre dernier tu disais le contraire.
A savoir : Un instrument de 80 mm ouvert à 5 (80/400) donnera la même magnitude limite qu'un instrument de 500 mm ouvert à 5, en utilisant le même capteur et le même temps de pose of course.

Et désormais tu dis "non" ??

Je viens de vérifier avec ton programme de calcul, basé sur la ST7, avec une Fwhm de 2", une ouverture de 80 mm à F5, 60 secondes de pose en 1 fois j'obtiens : 19.3463 magnitude.

Je refais le même calcul avec un télescope d'1 métre ouvert à F5, même paramétrage, même pose et j'obtiens : 19.3463

Donc la même chose !


Alors cé koi qui va plus hein Bruno ??

Christian

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