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Optique astronomique : 2e épisode

Instruments astronomiques à miroirs

Article mis en ligne le 15 mars 2018

par Lerautal
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Miroir, mon beau miroir...

1. De la réflexion, et rien d’autre

Par rapport à l’article précédent, où la réfraction avait la vedette et où la réflexion était considérée comme source de défauts, les instruments à miroir (appelés télescopes en France) reposent sur la seule loi de la réflexion.

En découle un avantage immense : plus de problèmes de chromatisme.
Et plus de traitement anti-reflets, mais au contraire un traitement pro-reflet : l’aluminure.
Quitte à renvoyer la lumière, autant être efficace.

(Ceci étant, certaines combinaisons optiques récentes, réintroduisent des lames de verre telles que la lame de Schmidt et viennent affaiblir de portrait idéal précédent).

2. Et mon oeil, je le mets où ?

Historiquement, les astronomes amateurs ou professionnels, utilisaient leurs yeux pour « faire le travail ».
Examinons l’image suivante :

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En 1 (jaune) l’astronome regarde directement (ou par l’intermédiaire d’un oculaire) l’image créée par le miroir. C’est un schéma idéal : un seul miroir.
Mais la tête (voire le corps) de l’observateur fait obstacle à la lumière du ciel.
Cet instrument parfait ne permet pas d’observer le ciel.
Si l’on renonce à la perfection et accepte de compliquer le schéma, il est possible d’ajouter un miroir qui renvoie la lumière sur le côté (voir chiffre 2).
L’est la combinaison inventée par Newton.
(Imperfection supplémentaire, on est obligé de placer des supports pour le miroir diagonal dans le faisceau lumineux : l’araignée)

Autres combinaisons classiques

Le télescope de Cassegrain utilise deux miroirs, et l’on est obligé de percer le principal pour laisser passer la lumière renvoyée par le secondaire.

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Le télescope de Grégory, de disposition comparable, utilise deux miroirs concaves.

(Ces deux combinaisons produisent des longueurs focales importantes et donc des instrument peu ouverts, avantageux pour observer les planètes ou la Lune, mais pas adaptés du tout au ciel profond).

3. Et mon appareil photo, je le mets où ?

Du temps des plaques photographiques, et avec un très grand miroir comme celui du Mont Palomar (diamètre 5 mètres), il était possible de placer l’appareil (et le photographe) dans une nacelle fixée à l’araignée.
Pas besoin de renvoi...
Il est vrai que cela supposait un observateur peu agité et capable de rester confiné pendant de très longes poses.
Dans le cas des instruments d’amateur, il fallait un grand miroir pour pouvoir accepter la grande obstruction causée par le boîtier.
Ce qui fait que l’on plaçait l’appareil sur le porte oculaire classique.

Les appareils photo numériques étant plus miniaturisés (au moins pour certains), il est devenu possible de les placer directement sur l’araignée.

Le cas particulier du télescope de Schmidt

Cet instrument a été inventé pour réaliser des photographies à grand champ avec les plaques photographiques de l’époque.
Le grand miroir est sphérique et ses défauts sont corrigés par une lame de verre... on réintroduit de la réfraction. Contrainte supplémentaire : l’image n’est parfaite que si l’on applique la plaque sur une surface sphérique.

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Autre contrainte (que l’on voit sur le schéma de principe) : le tube est deux fois plus long de la longueur focale.
Malgré toutes ces contraintes, les chambres de Schmidt on permis de réaliser de photos des grands champs stellaires d’une qualité inconnue avant.

Le télescope de Maksutov

Comme le Schmidt, il rassemble un miroir sphérique et une lame de verre.
La lame, de forme beaucoup simple à réaliser, sert de support au renvoi de type Cassegrain : ce n’est pas un instrument à grand champ.

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4. Et ma caméra, je la mets où ?

On ne parle pas ici des gigantesques caméras des grands observatoires, mais de celles qui sont accessibles au budget des amateurs, plus ou moins argentés.

Une caméra, cela peut être un cylindre de 5 à 10 centimètres de diamètre, occupant le volume d’une boîte de conserve de petits pois (voire moins).
Si l’on décide que l’on ne fera jamais d’observations visuelles avec le télescope, on peut alors décider de fixer directement la caméra sur l’araignée... et l’on se retrouve avec le télescope idéal du premier schéma.

5. Intervention du lecteur

« Il est malin, le rédacteur, il a fermé sa boucle. Et je sais maintenant qu’avec un simple miroir parabolique, un tube, une araignée et une caméra, j’ai l’instrument parfait... et pas trop cher ».

Malin ? Autrefois on mettait en garde les gens crédules des campagnes : « Méfiez-vous du Malin ! »...

Un aspect des réalités de l’optique a été laissé de côté, et il faut en parler maintenant : un miroir parabolique ne donne une image parfaite QUE sur le centre de l’image. Celui (ou celle) qui montera une caméra avec un large capteur au foyer d’un tel miroir sera déçu... et aura dépensé beaucoup d’argent en pure perte.

Pour améliorer les choses il faut intercaler un « correcteur optique » entre le miroir et la caméra. Et il faut qu’il soit à la fois de bonne qualité ET adapté à l’ouverture du miroir (F5, F4, F3.5). Ce qui ajoute de la dépense.
Le correcteur est composé de lentilles... on réintroduit la réfraction, le chromatisme, les traitements anti-reflets.

6. Une nouvelle combinaison très ouverte

La combinaison Wynne-Riccardi est représentée par le plan accessible à cette adresse http://www.professional-telescopes.net/Renderers/ShowMedia.ashx?id=bbf0f150-1f8e-494b-8b31-471e6a3f610b

Le miroir renvoie un faisceau qui traverse des lentilles correctrices avant de parvenir à la caméra. Le principe est simple, même si la disposition n’est pas encore habituelle.
Quand on veut atteindre des rapports d’ouverture tels que 2.8 ou 2.5, cela suppose de très bons éléments et un montage très précis.
Voir quelques images sur ce site :
http://www.professional-telescopes.net/Product-Line/Astrographs/Wynne-Riccardi

Cela n’est pas à la portée de toutes les bourses et on ne peut pas imaginer être « itinérant » avec un pareil équipement.
Mais cela existe.

7. Remarques finales

- D’autres combinaisons bien connues n’ont pas été signalées ici.
- Le prix des caméras « astro » baisse régulièrement et il est utile de penser son équipement en fonction de leurs contraintes (en terme de stockage et de puissance de calcul), mais aussi des facilités qu’elles apportent.


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