l`astronomie amateur - Section Astronomie de la SLA

L’ASTRONOMIE AMATEUR
L’oeil: notre premier instrument
Anatomie de l’œil
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La cornée
Le cristallin
L’iris
La pupille
La rétine
Photo-récepteurs
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Les cônes
Les bâtonnets
L’oeil:
Pour simplifier, l’œil est composé, comme l’appareil photo qui s’en est inspiré,
d’une lentille (le cristallin), diaphragmé par la pupille, et qui forme une image
renversée sur la rétine, à la fois écran et capteur qui envoie les informations
reçues au cerveau par l’intermédiaire du nerf optique.
C’est notre premier instrument. Il est puissant et capable de s’adapter à de très
grandes variations lumineuses.
Les modes de vision
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•
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nocturne
diurne
crépusculaire
ANATOMIE DE L’OEIL
La cornée:
C’est une membrane de soutien blanchâtre sur la périphérie et
transparente au centre. Par sa courbure, elle joue un rôle de
focalisation sans possibilité d’ajustement.
La rétine:
C’est la surface sensible à la
lumière sur laquelle se forme l’image.
Elle est tapissée de photorécepteurs :
cônes et bâtonnets.
La pupille:
C’est un trou au centre de l'iris qui permet de faire
passer les rayons vers la rétine.
Le cristallin:
La fovéa est une zone de la rétine où
la vision des détails est la plus précise.
Elle est située dans le prolongement
de l'axe optique de l'œil .
C’est une véritable lentille optique biconvexe
qui a la propriété de se déformer. Ainsi, il effectue
le réglage de la mise au point de près comme de
loin.
L’iris:
C’est une membrane richement colorée, constituée de muscles
qui font variés l'ouverture de la pupille (entre 2.5 et 7mm) afin de
modifier la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil afin d'éviter
l'aveuglement en plein soleil ou capter le peu de lumière la nuit.
Il joue le rôle de diaphragme.
PHOTO-RECEPTEURS
Les cônes:
Ils sont environ 5 à 7 millions à se loger dans la fovéa. Leur sensibilité à la lumière est
faible. leur perception du détails est très grande car il y a une densité très élevé de cône
dans la fovéa et surtout chaque cône de la fovéa transmet son information à plusieurs
fibres du nerf optique : la vision est donc de jour. Ainsi ils ont une très bonne
sensibilité aux couleurs.
Les bâtonnets
De forme allongée, ils sont environ 130 millions, sont absent de la fovéa et logent à la
périphérie. Ils ont une très grande sensibilité à la lumière, d'ou leur capacité à percevoir
de très faibles lueurs la nuit. Ils ont une très faible perception des détails et des
couleurs car plusieurs dizaines de bâtonnets ne sont liés qu' a une seule fibre du nerf
optique.
La vision nocturne
: elle est utilisée dans l’obscurité presque
totale. Malgré une pupille ouverte au maximum, le peu de lumière
entrante n’excite que les bâtonnets. Elle permet de distinguer que de
pâle nuances de couleurs: la nuit, la plupart des nébuleuses sont
grises.
Les bâtonnets sont situés en périphérie de la rétine: pour observer un
objet céleste, il vaut donc mieux ne pas le regarder en direct mais
légèrement à côté : c'est la vision décalée.
Pour voir les détails à l’aide des bâtonnets, le cerveau a besoin d’un
temps d’adaptation de 15 à 20 min :
la nuit, les lampes blanches puissances sont à éviter.
MODE DE VISION
La vision diurne
: elle est active sous un éclairage
important comme le jour, une ampoule électrique. Dans
ce mode, l’iris diaphragme la pupille pour limiter la
quantité de lumière. Cette vision est très sensible au
couleurs et au détails.
La vision crépusculaire
: elle est active dans des
conditions médiocres d’éclairage ( crépuscule, clair de
lune, …) . Les 2 modes précédents de vision se fondent
en un seul.
sources:
ASTRODESSIN: observation & dessin en astronomie (Tome1)
L’ASTRONOMIE AMATEUR
La lunette astronomique
La lunette astronomique
Aberration chromatique
Lunette achromatique / apochromatique
LA LUNETTE ASTRONOMIQUE
Elle appartient à la famille des réfracteurs. En effet, elle utilise
la réfraction de la lumière à travers un système de lentilles, appelé
objectif.
Ce dernier est placé à l’avant du tube formant la lunette. La
lumière provenant de l’objet observé traverse d’abord l’objectif
avant d’être focalisée sur le foyer situé à l’autre extrémité du tube.
Au niveau du foyer, toutes les lunettes possèdent un tube
coulissant muni d’une crémaillère au bout duquel est installé un
autre système de lentilles : l’oculaire. Il est amovible. Le
changement
d’oculaire permet d’augmenter ou diminuer le
grossissement
notes :
• Les chiffres qui sont donnés sur une lunette, par exemple 60/400
correspondent dans l’ordre au diamètre de l’objectif et à la focale (en
millimètre).
• Le grossissement se calcule en divisant la focale de la lunette par celle
de l’oculaire
Aberration chromatique:
L'aberration chromatique est un défaut caractéristique des lunettes
astronomiques ou de tout objectif constitué de lentilles.
Elle se traduit par une mise au point différente selon la longueur
d’onde.
Image avec
aberration
Image sans
aberration
En pratique cette aberration se présente sous la forme d'un halo
faiblement coloré, souvent bleu-violet, quelquefois mêlé d'un peu de
jaune-rouge autour des objets forts contrastés comme les étoiles
brillantes.
Aberration d’une simple lentille
Lunette achromatique / apochromatique
Les lunettes modernes ont toutes des objectifs et des oculaires composés de plusieurs
lentilles. L’aberration peut être corrigée ou diminuée en appariant plusieurs lentilles ayant
des verres d'indice différent.
Exemple Quintuplet apochromatique
Astrographe Vixen Ultra-lumineux VSD100F3.8
•
le doublet achromatique est un assemblage de 2 verres différents: 2 couleurs
peuvent être superposées au plan focal, la 3ième est floue. L'image possède une frange
colorée souvent jaune/violette et le contraste est moyen.
•
le triplet/quadruplet ou quintuplet apochromatique est un assemblage de 3, 4 ou 5
lentilles permettant de corriger les trajectoires de plus de 3 faisceaux de longueurs
d'onde différentes. Ce type de lunette est exempt de défauts sur des plages plus
grandes .
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Le télescope
Réplique du 1ier télescope:
le télescope de Newton
Le télescope Newton
Le télescope Cassegrain
Notions sur les lunettes et télescopes
Le télescope spatial : Hubble
Le télescope de NEWTON
Appelé communément « Newton », c’est un dispositif optique composé de 2 miroirs. C’est donc un
dispositif à objectif « réflecteur » (qui réfléchit la lumière) a contrario de la lunette astronomique qui
est un dispositif à objectif « réfracteur ».
Le fameux Newton 115-900 qui a
été pendant plusieurs décennies
le télescope du débutant
Il est composé :
• D’un miroir primaire parabolique situé au fond du tube et concentrant la lumière en point
focale à l’avant du tube.
• D’un petit miroir secondaire plan situé à l’avant du tube, son rôle consiste à détourner à 90°
la lumière réfléchie par le primaire.
• Un porte-oculaire à crémaillère permettant d’ajuster la mise au point.
Dans un Newton, l’astronome observe latéralement à l’avant du tube dans un oculaire.
Le télescope Cassegrain:
Il est composé :
• D’un miroir primaire concave parabolique ou sphérique situé au fond du tube
et concentrant la lumière en un point focal à l’avant du tube. Sa partie centrale
est évidée.
• D’un petit miroir secondaire convexe situé à l’avant du tube, son rôle consiste
à renvoyer la lumière réfléchie par le primaire vers le centre de celui-ci.
L’astronome observe à l’arrière du tube comme pour une lunette.
Celestron C8
Schmidt-Cassegrain
Il existe des diverses variantes dont les plus connues sont :
Schmidt-Cassegrain, Ritchey-Chrétien, Maksutov, Dall-Kirkham
Notions sur les lunettes et télescopes
•
Le diamètre : Il correspond à la dimension de l'objectif ou du miroir. Sur un 114/900 l’objectif est de 114 mm, plus ce chiffre est grand, plus votre instrument
sera lumineux.
•
La distance focale : Il s'agit de la distance qui sépare le centre de la lentille ou de la surface du miroir et du point appelé Foyer Image. Celui-ci étant le
point de convergence des rayons lumineux. Toujours sur notre 114/900, la distance focale est de 900 millimètres. Plus la distance focale est grande, plus
les grossissements sont théoriquement grands. La turbulence de l’atmosphère est un facteur limitant du grossissement.
•
Le rapport F/D : C'est le rapport entre la focale et le diamètre. Ce rapport nous indique la luminosité de l'instrument. Autrement dit sa capacité à "voir" les
faibles luminosités. D'une manière générale, un rapport F/D faible ( <6 ) indique un instrument adapté à l'observation du ciel profond, car très lumineux ; un
rapport F/D important (>10 ) désigne les instruments adaptés aux observations planétaires. Entre les deux nous dirons que l’instrument est assez
polyvalent .
L’ASTRONOMIE AMATEUR
La monture des lunettes et télescopes
La monture azimutale
La monture équatoriale
Les montures motorisées GOTO
La monture azimutale
La monture azimutale est une monture des plus simples. Elle comporte un axe vertical,
ou encore axe d’azimut, et un axe horizontal, également appelé axe de hauteur. Cette
disposition permet de viser facilement l’objet à observer.
Les plus petites lunettes et télescopes d’amateurs en sont équipés par défaut, au vu de
la simplicité de sa mise en œuvre. Sa réalisation mécanique est beaucoup plus simple
que la plupart des montures équatoriales.
Pour suivre le mouvement apparent d’un astre, il faut agir sur les 2 axes à la fois.
Cette monture même motorisée n’est pas adaptée à la photo en longue pose (ciel
profond) car le champ va tourner. Seules les étoiles du centre de la photo seront nettes.
La monture équatoriale:
Une monture équatoriale est un dispositif comportant un axe de rotation
parallèle à l'axe de rotation terrestre (l'axe horaire). L'axe des
déclinaisons permet de pointer l’astre sur la voûte céleste.
Le mouvement apparent (circulaire) des étoiles se fait selon l’axe des
pôles. Pour suivre un astre, il faut effectuer uniquement une rotation
inverse sur l’axe horaire.
C’est la monture idéale pour faire de la photo longue pose car le champ
d’étoiles ne tourne pas contrairement à la monture azimutale.
Il existe différents modèles de montures équatoriales, les plus connus
sont :
• la monture allemande,
• la monture à fourche,
• la monture à berceau.
Monture équatoriale allemande
Les montures motorisées GOTO
Aujourd’hui, la plupart des télescopes amateurs de moyenne gamme
possèdent un système appelé souvent « GOTO ».
Le Go-To est presque magique pour le débutant. Il suffit d’entrer la
date, l’heure et le lieu, de pointer trois étoiles et le GOTO prend les
choses en main. Il se charge de trouver et de suivre automatiquement
tous les objets du ciel qui vous intriguent : la planète Jupiter, les
anneaux de Saturne, les nébuleuses, les amas d’étoiles et les galaxies
du ciel n’auront plus de secret pour vous !
Avec ce système, on peut aussi commander la monture directement à
partir d’un PC et d’un logiciel de planétarium ( par ex: Stellarium).
Kit GOTO de motorisation d’une monture
sources: Wikipédia, Webastro
L’ASTRONOMIE AMATEUR
La pollution lumineuse
ANPCEN
Association Nationale pour la Protection du Ciel et de l’Environnement Nocturne
Pollution lumineuse dans le Choletais
La nuit ?
La nuit, c'est la moitié de la vie.
Chaque jour, la vie est un cycle nourri autant par le jour que par la nuit. En une
cinquantaine d’années, l’homme a bouleversé cette alternance naturelle du jour
et de la nuit en développant de manière anarchique et disproportionnée
l’éclairage artificiel extérieur.
La quantité globale de lumière émise la nuit n'a pas cessé d'augmenter depuis
quelques décennies.
L’ANPCEN s'attache à expliquer et à prévenir l'ensemble des effets des
éclairages extérieurs nocturnes non adaptés. Elle a adopté une approche globale
et transversale afin d'éviter l'incohérence de certaines approches sectorielles,
comme par exemple ne raisonner qu'en termes d'économies d'énergie en
oubliant les effets sur la biodiversité ou les effets sur le sommeil et la santé. Ce
qui peut conduire à des décisions contreproductives. Notre association se donne
donc pour objectif la convergence et la cohérence des solutions proposées pour
améliorer la situation actuelle et limiter collectivement la quantité globale de
lumière émise la nuit.
Source: http://www.anpcen.fr
Pollution lumineuse dans la CAC
Blanc : 0-50 étoiles visibles (hors planètes) selon les conditions. Pollution lumineuse très puissante et omniprésente. Typique des très grands centres
urbains et grande métropole régionale et nationale
Magenta : 50-100 étoiles visibles, les principales constellations commencent à être reconnaissables.
Rouge : 100 -200 étoiles : les constellations et quelques étoiles supplémentaires apparaissent. Au télescope, certains Messiers se laissent apercevoir
Orange : 200-250 étoiles visibles, dans de bonnes conditions, la pollution est omniprésente, mais quelques coins de ciel plus noir apparaissent ; typiquement
moyenne banlieue.
Jaune : 250-500 étoiles : Pollution lumineuse encore forte. Voie Lactée peut apparaître dans de très bonnes conditions. Certains Messiers parmi les plus
brillants peuvent être perçus à l’œil nu
Vert : 500-1000 étoiles : grande banlieue tranquille, faubourg des métropoles, Voie Lactée souvent perceptible, mais très sensible encore aux conditions
atmosphériques ; typiquement les halos de pollution lumineuse n’occupent qu’une partie du Ciel et montent à 40 -50° de hauteur
Cyan : 1000-1800 étoiles : La Voie Lactée est visible la plupart du temps (en fonction des conditions climatiques) mais sans éclat, elle se distingue sans plus
Bleu : 1800-3000 : Bon ciel, la Voie Lactée se détache assez nettement, on commence à avoir la sensations d’un bon ciel, néanmoins, des sources éparses
de pollution lumineuse sabotent encore le ciel ici et là en seconde réflexion, le ciel à la verticale de l’observateur est généralement bon à très bon
Bleu nuit : 3000-5000 : Bon ciel : Voie Lactée présente et assez puissante, les halos lumineux sont très lointains et dispersés, ils n’affectent pas notoirement
la qualité du ciel
Noir : + 5000 étoiles visibles, plus de problème de pollution lumineuse décelable à la verticale sur la qualité du ciel. La pollution lumineuse ne se propage
pas au dessus de 8° sur l’horizon
sources:
http://www.avex-asso.org/
http://www.anpcen.fr
L’ASTRONOMIE AMATEUR
LE DOBSON
Histoire de Dobson
1970,
Construction
du
premier 24" (610mm), Long
Eye par John Dobson et
Brian Rhodes, tube sonotube
en carton, monture azimutale
pivotant sur un combiné
téflon/formica.
Le Dobson c'est quoi exactement ?
Pourquoi fabriquer un dobson ?
John Lowry Dobson, né le 14 septembre 1915 à Pékin en Chine et mort le 15 janvier 2014 à Burbank en
Californie, est un astronome amateur et vulgarisateur américain.
Il obtint un diplôme de chimie à l'université de Californie à Berkeley en 1943. Pendant 23 ans à partir de 1944,
Dobson sera moine dans une obédience de spiritualité Vedānta.
À la fin des années 1960, il proposa une formule simplifiée de construction de télescopes amateurs qui portent
aujourd'hui son nom : monture azimutale fabriquée à l'aide de matériaux de récupération, utilisation de miroirs
minces de grandes dimensions pour l'époque. John Dobson est l'un des cofondateur d'un groupe amateur en
astronomie nommé Sidewalk Astronomers de San Francisco. En 1970, le groupe disposait d'un télescope de 24
pouces (61 cm), facilement transportable, leur permettant de montrer des objets du ciel profond.
En savoir plus : http://dobsonfactory.blogspot.fr/2011/11/la-grande-histoire-du-dobson.html
sources: Wikipédia
Le Dobson c'est quoi exactement ?
Le Dobson n'est autre qu'un télescope de type Newton
monté sur une monture très simple, dite azimutale.
Sa monture appelée base ou rocker, fonctionne sur 2 axes. Un
axe horizontal appelé « axe d’azimut » et un axe vertical
nommé « axe de hauteur».
Le pointage ou la recherche d’objets dans le ciel se fait ainsi
très simplement en déplaçant les 2 axes séparément ou
simultanément.
La philosophie du Dobson, originaire des USA de par son
inventeur: John Dobson, veut que l’instrument soit le plus
simple possible dans sa conception et donc dans son
utilisation. J. Dobson a eu l'idée de rendre accessible ce
nouveau concept au plus grand nombre. Après avoir essuyé un
refus auprès de la très célèbre revue d'astronomie amateur US
« Sky and telescope » il a persévéré et a trouvé par la suite, de
nombreux adeptes, la plupart du temps en leur proposant
simplement d'observer avec ses instruments lors de « starparty » informelles et même directement dans la rue !!!
Le concept Dobson vise à fabriquer soi-même ou à acheter à
un prix abordable un instrument de gros diamètre: de 150mm à
plus de 800mm.
Le Dobson est capable de s’adapter aux technologies
modernes avec par exemple, l’adjonction d’une aide au
pointage électronique facilitant le repérage des objets célestes,
confirmant ainsi sa grande facilité d’utilisation et d’adaptation.
Source:http://www.astrosurf.com/wack-regards/le_dobson.htm
Pourquoi fabriquer un dobson ?
Il n'est pas facile de trouver le dobson de ses rêves. L'offre commerciale en Europe et en France est le plus souvent limitée à des instruments relativement lourds et
peu maniables.
Lorsque l'on regarde un dobson de plus près, on s'aperçoit que, mis à part le miroir, sa fabrication ne fait pas appel à des techniques très sophistiquées. On n'y
trouve que du bois, de l'aluminium, un peu d'inox et de plastique. De même, il ne requiert pas des usinages complexes puisque l'essentiel se concentre dans des
planches, plus ou moins fines à couper, et quelques tubes à ajuster à la bonne longueur. En résumé, rien d'impossible à réaliser pour un bricoleur moyen.
Les avantages inhérents à la construction maison sont nombreux. Tout d'abord, le coût est sensiblement moins élevé et cela permet d'investir au maximum
dans l'optique; ensuite, la fabrication de l'instrument permet sa totale maîtrise, car on maîtrise mieux ce que l'on connaît bien; enfin, l'instrument convient aux
besoins de l'utilisateur, car c'est lui qui l'a conçu.
C'est un projet passionnant, et si l'on y prend goût, la fabrication est un plaisir. Si la réalisation d'un télescope motorisé sur monture équatoriale est l'objectif final, la
simplicité de la conception permet, en attendant l'achèvement de la fabrication, d'utiliser l'optique dans un montage rapide à fabriquer et donc d'observer plutôt que
de laisser le miroir dormir dans un placard.
(source:http://www.astrosurf.com/altaz/telescopesdobson.htm)
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Projet de construction d’un DOBSON
Cahier des charges
Cahier des charges :
Solution retenue
1) Construire rapidement
• Ne pas tailler les miroirs
Calcul & Dimension
2) Faire léger
• Le poids est l'ennemi de la mobilité
• ~15kg
Rappel :
Dobson Meade LightBridge 305 F/D=5 :
base (15kg) + tube (21,3kg) > 36kg
Solution choisie :
• Achat du miroir primaire GSO & secondaire chez Optique
Unterlinden :
• Diamètre 300 mm / Focale : 1500mm
• Rapport F/D=5
3) Dimension
• Critère un enfant de 12 ans doit pouvoir l’utiliser sans
escabeau
• Le diamètre du miroir le plus grand possible
• Dobson de type serrurier avec base Flex-rocker
• Matière : bois + tube en carbone
• Matériels: scie sauteuse, ponceuse à bande et perceuse
Calcul et Dimension du télescope
Le calcul des paramètres clé se fait à l’aide des logiciels gratuits suivants :
http://stellafane.org/tm/newt-web/newt-web.html
http://www.davidlewistoronto.com/plop/
Calcul des dimensions par le logiciel Newt
Diamètre du miroir primaire
Focale du miroir primaire
Rapport Focale / Diamètre
Diamètre du tube intérieur
Epaisseur du tube
305 mm
1525 mm
5
350 mm
5 mm
Hauteur minimale du porte-oculaire
66 mm
Diamètre interne du porte-oculaire
50,8 mm
Course du porte-oculaire
20 mm
Calcul du support du miroir primaire par le logiciel PLOP
Course du porte-oculaire avec
caméra
0 mm
•
Petit axe du miroir secondaire
63 mm
•
La 1ière image montre le placement des 3 éléments triangulaires du barillet. Il y a 9 points de contact
avec le miroir.
La 2nde image est une simulation des tensions induites par le barillet sur le miroir.
Diamètre pour une illumination à
100%
11,8 mm
Diamètre pour une illumination à
75%
39,4 mm
Diamètre d’ouverture du tube
339, mm
7
Distance des 2 miroirs
1259 mm
Distance porte-oculaire / bout du tube
Distance face du miroir / fond du
tube
Longueur du tube
100 mm
60 mm
1419 mm
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Construction du DOBSON
Composition du DOBSON:
• Base
• Caisse primaire
• Barillet du miroir primaire
• Tourillon
• Barres de serrurier
• Cage secondaire
• Araignée et support du miroir secondaire
Cage secondaire
Support du miroir secondaire
avec les molettes de réglage
Cage secondaire avec l’araignée
supportant le miroir
Équerres et rotules du barillet
Base entièrement montée avec miroir et
tubes de serrurier
Caisse primaire + 3 boutons de réglage
du miroir
Pré-montage d’un tourillon sur la caisse
du primaire
Base du dobson
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Assemblage & premier essai
Vue sur l’araignée de la cage secondaire
Dobson en action !!!
Assemblage complet du télescope
Les premières lumières
L’ASTRONOMIE AMATEUR
L’astrophotographie numérique
Eléments constituant une caméra
Capteur Couleur
Webcam
caméra dédiée
à l’astronomie
Contexte d’utilisation de la caméra
Reflex
numérique
Eléments constituant une caméra
De façon basique, une caméra ou une webcam ou encore un appareil numérique
est composée des éléments suivants :
• Un objectif
• Un diaphragme (option)
• Un obturateur
• Des filtres colorés (Rouge/Vert/Bleu) – uniquement pour les caméras couleurs
• Un capteur électronique ( CCD ou CMOS)
• Une conversion analogique/numérique
• Une électronique de contrôle du capteur
• Une électronique pour le prétraitement de l’image (ex: compression,
interpolation, correction, balance des couleurs, …)
Capteur couleur
Un capteur CCD ou CMOS est un surface rectangulaire constituée d’éléments électroniques photosensibles appelés
aussi photo-sites ( en gris sur l’image). Pour retranscrire la couleur, les photo-sites sont recouverts d’un filtre soit
Rouge , Vert ou Bleu. Cet entrelacement de filtres colorés se nomme communément matrice ou grille de Bayer.
Une matrice de Bayer est constituée à 50% de filtres verts, à 25% de filtres rouges et à 25% de filtres bleus. La
résolution est diminuée par rapport à un capteur monochrome qui n’a pas de matrice de bayer. En moyenne, on estime
que la résolution est divisée par racine de 2 (1,412 ).
C’est là qu’intervient l’électronique de prétraitement de l’image: Elle va interpoler les photo-sites manquants en
utilisant les voisins proches. Artificiellement, la résolution du capteur couleur devient égale à celle du monochrome.
Contexte d’utilisation de la caméra :
En Planétaire
Les planètes (Vénus, Mars, Jupiter et Saturne ), la lune et le soleil sont
des cibles lumineuses. Du coup, les forts grossissements sont permis
pour voir plus de détails. Malheureusement, l’effet de la turbulence est
plus perceptible.
En planétaire, l’astronome procède en enregistrant des séquences
vidéo avec une fréquence élevée pour capturer le maximum d’image
avec une turbulence quasi-nulle.
Ensuite, à l’aide d’un logiciel spécialisé, il va trier les meilleurs images ,
puis les additionner et appliquer quelques filtres pour accentuer les
détails.
En Ciel Profond
A l’inverse du planétaire, les nébuleuses, les amas et galaxies sont très
faibles. Du coup, les forts grossissements ne sont pas permis. L’effet de
la turbulence est un peu moins gênant.
Pour compenser la faible luminosité des cibles, l’astronome va prendre
des photos individuelles avec des temps de pose allant d’une dizaine
de secondes à quelques minutes , voire même plus d’une heure.
Les principaux facteurs de limitation du temps de pose sont la mauvaise
mise en station du télescope, la qualité de suivi de la monture, le bruit
thermique de la caméra.
L’astronome expérimenté privilégiera la caméra monochrome plus
sensible que la couleur , le refroidissement du capteur ( pour diminuer
le bruit) et l’autoguidage de la monture.
Ensuite, à l’aide d’un logiciel spécialisé, il va aligner, additionner les
images et appliquer quelques filtres pour accentuer les détails
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Appareil pour l’astrophotographie
En astrophotographie, il n'existe pas de caméra universelle qui fasse du solaire,
lunaire, planétaire et ciel profond.
La Webcam
Le choix de la caméra n’est pas simple car il dépend de paramètres divers et variés:
L’appareil photo reflex
La caméra astronomique
•
Planétaire/solaire/lunaire (grande dynamique, cadence de prise élevée, …)
•
Ciel profond (sensibilité, bruit thermique faible, Capteur grande taille, bon
rendement quantique dans le spectre visible)
•
Des Instruments ( focale, diamètre, champs)
Ces paramètres
sont parfois contradictoire entre les différents domaines
d’application: par exemple, le refroidissement du capteur pour le planétaire n’est pas
nécessaire , au contraire il est obligatoire pour augmenter le temps de pose en ciel
profond.
LA WEBCAM
la webcam est l'instrument idéal pour s'initier à l'astrophotographie planétaire. Malgré un coût
modeste, les résultats obtenus sont excellents.
En planétaire, n’importe quelle webcam peut convenir. Le seul investissement est l’achat (ou le
bricolage) d’un adaptateur se vissant à la place de l’objectif de la webcam. Ensuite, la caméra
se monte directement au foyer du télescope c’est-à-dire à en lieu et place de l’oculaire. La prise
de vue se fait en utilisant un simple logiciel de capture vidéo. Le traitement de la vidéo pour
obtenir l’image finale se fait à l’aide de logiciel spécialisé dont certains gratuits ( IRIS,
REGISTAX,AVISTACK,…)
Les webcams préférées des astronomes amateurs étaient la Toucam Pro II et la SPC900 NC de
Philips car elles pouvaient être modifiées pour faire des longues poses (>1s). Ainsi, l'astronome
amateur pouvait s'initier à la photo du ciel profond. Aujourd'hui, ces webcams ne sont plus
produites et elles se trouvent seulement sur le marché de l’occasion.
LE REFLEX
NUMERIQUE
L’appareil photo numérique est le moyen de faire de la photo du ciel à un prix modéré. Il
offre un grand capteur et peut nativement effectuer des poses longues.
Un reflex destiné à l'astrophotographie doit donc réunir les caractéristiques suivantes :
• un capteur de haute résolution (8-10 Mpixels minimum) afin de pouvoir isoler ou agrandir
certains portions de l'image sans atteindre la pixelisation
• supporter le format brutes RAW pour préserver la qualité de l'image et avoir plus de
souplesse lors du traitement
• des automatismes débrayables (autofocus, optionnellement la mesure d'exposition)
• un mode d'exposition manuel (la pose Bulb)
• un stabilisateur d'image pour les photos instantanées
• un mécanisme permettant de relever le miroir réflex sans vibration
• un moyen de verrouiller le miroir en position haute pour les longues expositions
La plupart des reflex de dernière génération satisfont à ces exigences et même plus
(mode LiveView, HD vidéo, espace de couleurs RGB, etc). Historiquement, les appareils les
plus utilisées dans le monde de l’astrophotographie sont les Reflex CANON EOS (350D,
1000D, 1100D,…)
LA CAMERA
D’ASTRONOMIE
Une caméra d'astronomie est une caméra (en fait un appareil photographique) qui a été
spécialement étudiée pour cet usage. Il offre des performances techniques accrues par rapport
à une caméra classique:
•
•
Son capteur est de grande taille et surtout plus sensible, et ce dans d'autres longueurs
d'ondes que la lumière visible.
Son capteur est en général refroidi pour diminuer le bruit électronique d’origine thermique
qui vient s’ajouter à l’image et ce d'autant plus que le temps de pose est important.
La haute technicité de ces caméras et le marché de niche en font des instruments chers et
dédiés à l’astronome expérimenté.
La couleur avec capteur monochrome se fait en interposant un filtre coloré (Rouge, Vert ,
Bleu). Une photo est prise avec chaque filtre. La photo couleur est recomposée à partir des 3
prises de vues via un logiciel de traitement d’image.
Caméra
Monochrome
+
roue à
filtres
L’ASTRONOMIE AMATEUR
La photo du ciel profond
Etapes d’une séance photo:
Avant la séquence de prise de vue
1. La mise en température
2. La mise en station
3. La collimation
4. L’autoguidage
5. La mise au point
La photographie d’une nébuleuse , d’une galaxie exige
d’être méthodique et de suivre un certain nombre d’étapes
préparatoires.
Le secret d’une belle photo réside aussi dans le respect des
étapes avant et après la prise de vue.
Des bonnes images facilitent le traitement d’image. Si elles
sont médiocres, le traitement d’image ne fera pas de miracle.
Après la séquence de prise de vue
6. La calibration
(1) Mise en température:
La mise en température consiste à stabiliser la température de l’instrument avec
celle de l’extérieur. En effet, pendant cette phase, des micro mouvements d’air
génèrent des turbulences internes au tube de l’instrument.
(2) La mise en station
La meilleure monture équatoriale ne peut fonctionner que si elle est correctement
réglée. En effet, une mauvaise mise en station se traduit par une dérive des
étoiles. Ainsi, au bout de quelques secondes, elles sortent du champ : Adieu, la
longue pose !!!.
Plusieurs techniques peuvent être mise en œuvre:
• Le viseur polaire: c’est la technique la plus basique et la moins précise. L’axe
horaire des montures équatoriales allemandes est creux , et une petite lunette
de visée est intégrée. La mise en station consiste à mettre à niveau la
monture et d’aligner l’axe horaire sur la polaire.
• La méthode de Bigourdan: elle consiste à placer le télescope à niveau et à
peu près en station. Le reste se fait en 2 étapes:
1. l'observateur pointe une étoile au sud vers l'équateur céleste, observe
la dérive de l'étoile avec un oculaire réticulé, et agit sur l'azimut de la
monture pour annuler la dérive.
2. l'observateur pointe une étoile à l’est ou l’ouest vers l'équateur céleste,
observe la dérive de l'étoile avec un oculaire réticulé, et agit sur la
latitude de la monture pour annuler la dérive.
• La méthode de King: Elle se fait à la caméra en mesurant précisément la
dérive d’une étoile proche du pôle céleste. C’est la plus précise des méthodes.
Il ne faut surtout pas régler l’optique (collimation) tant que l’équilibre thermique
n’est pas atteint. Par exemple, un celestron C8 dont le tube est fermé nécessite
environ 2h de stabilisation. Certains astronomes ajoutent des ventilateurs pour
accélérer cette étape.
Conseil: les dalles de béton ou carrelages de terrasse qui restituent la chaleur
accumulée la journée sont à éviter dans la mesure du possible car elles sont
sources de turbulences de l’air.
3) La collimation
Cette étape consiste à régler l'alignement des différents éléments optiques d'un
instrument les uns par rapport aux autres. En général, elle se pratique que sur les
télescopes.
En l’absence de turbulence, une étoile observée à fort grossissement est
composée d'un disque entouré d'anneaux de diffraction de luminosité
décroissante : C’est la figure de Airy.
Les images ci-dessous montrent les effets d’une optique mal-alignée sur la
figure de diffraction:
4) L’autoguidage
Cette étape est obligatoire dès que la durée de la pose dépasse les 30 à 45
secondes car la mécanique des montures génèrent des imperfections dans le
suivi de la monture.
Pour cela, Il faut équiper le télescope d’une lunette guide et d’une seconde
caméra.
Le principe est de trouver une étoile relativement brillante proche de la cible. La
caméra associée à un logiciel d’autoguidage va maintenir l’étoile à la même en
commandant directement les moteurs de la monture. C’est un asservissement.
Optique alignée
Figure d’Airy
Une optique mal réglée se traduit sur le cliché par un perte de netteté
des étoiles.
non-déformée
Optique très
déréglée
Optique déréglée
Optique presque
alignée
5) La mise au point
Un cliché flou est souvent du à une mise au
point imparfaite.
L’utilisation du masque de Bahtinov facilite
cette étape. Le masque est mis à l’avant du
tube. En observant une étoile, la figure d’Airy se
transforme en un disque avec 3 aigrettes.
La mise au point est correcte quand les 3
aigrettes se croisent au centre du disque.
6) La calibration
Cette étape se fait pendant ou après la séquence de photo. Elle consiste a
effectuer 3 séries particulières de photo qui vont aider à mesurer le bruit de
l’appareil, et certains défauts des optiques. Ces images seront utilisées lors du
traitement des clichés.
NOIR/DARK: Il sert à capter le bruit de l'électronique (bruit thermique) de la
caméra CCD. Il doit être réalisé avec le même temps de pose que l'objet à imager
et à la même température.
Le tube est obstrué avec un cache noir, et une série d’au moins 10 images est
prise avec un temps de pose identique à l’image du ciel profond.
BIAS/OFFSET : Il représente le bruit de lecture de la caméra. Il s'agit d'un signal
électronique parasite constant qui s'ajoute à l'image du ciel profond.
Le tube est obstrué avec un cache noir, et une série d’au moins 10 images est
prise avec le temps de pose le plus rapide possible.
BLANC/FLAT : il permet de corriger les problèmes de vignetage de l'optique
utilisé et de faire disparaître les poussières qui se déposent sur l'optique, la
Barlow, le capteur de la caméra.
Le tube est éclairé avec une lumière blanche diffuse, une série d’au moins 10
images est prise. A noter que le flat est à refaire a chaque fois que l'on bouge la
position de la caméra.
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Introduction au traitement de l’image
Compositage des images
La calibration de chaque image
Compositage des images :
L'objectif de combiner plusieurs images en une seule est uniquement d'augmenter
le rapport signal/bruit. En d’autre terme, le bruit des images va être moyenné
alors que le contenu (signal utile) tels que les étoiles, les nébuleuses va
s’additionner. Les images obtenues sont ni plus lumineuses, ni plus colorées mais
par contre elles ont beaucoup moins de bruit ce qui permet de pousser beaucoup
plus le traitement et donc de faire ressortir beaucoup mieux les détails et les
couleurs.
Avant d’empiler les images, il faut les aligner sinon l’opération risque d’ajouter un
flou indésirable.
Les logiciels d’astronomie tels que IRIS, REGISTAX, AVISTACK, DEEPSKYSTACKER
automatisent ses opérations élémentaires.
Les 3 images ci-dessous illustrent visuellement l’’amélioration en additionnant 4 et
32 images par rapport à l’image brute.
Image brute
Addition de 4 Images brutes
Addition de 32 Images brutes
sources: Wikipédia
Le rapport signal/bruit s'améliore avec la racine carrée du nombre d'images additionnées et ceci indépendamment du temps de pose de chaque image. Cette règle signifie
que si le rapport signal/bruit de l’image brute vaut 1, en combinant 4 images le rapport signal/bruit de l’image finale passe à 2. Pour la combinaison de 32 images , le gain
est 5,6
La calibration
La calibration est l'opération qui vise améliorer le rapport signal/bruit de chaque image brute avant l’opération de compositage. En effet, certains bruits et défauts de
la caméra peuvent être mesurés indirectement et donc supprimés ou atténués :
• le bruit de lecture de la caméra est contenu dans les images d’offset : en les combinant, on obtient une image appelée offset - maitre .
• Le bruit thermique du capteur est contenu dans les images de dark : en soustrayant l’image offset – maitre à chaque image de dark , puis en combinant les images
intermédiaires, on obtient une image appelée dark –maitre.
• Le vignetage et les poussières de l'optique apparaissent sur les images flat : l’offset-maitre et le dark maitre sont retirés à chaque image flat dark , puis en
combinant les images intermédiaires, on obtient une image appelée flat –maitre.
Une fois les images maître produites, la calibration des images brutes peut commencer. Elle consiste à soustraire le signal d'offset-maitre, soustraire le signal de darkmaitre et diviser par le signal de flat-maitre.
le diagramme de traitement ci-dessous illustre le gain apporté par la calibration en comparant l’image brute (à gauche) à l’image traitée ( à droite).
e
Source: http://deepskystacker.free.fr/french/theory.htm
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Observer : LE SOLEIL
A la section Astronomie de la SLA, nous observons en toute
sécurité le soleil à l’aide d’une petite lunette spécifique
dédiée uniquement à l’observation solaire: LE CORONADO
PST.
Les protubérances, invisibles (ou très rarement) lors
d'observation en lumière blanche (spectre visible) deviennent
parfaitement visibles en H-alpha ( raie de l’hydrogène).
La vision de la surface solaire change également par rapport
à une observation en spectre visible. Les filaments sont
désormais visibles et ce plus ou moins bien en fonction de la
longueur d'onde du filtre H-alpha utilisé.
Soleil 08/06/2014 – Webcam / PST Coronado - Mosaïque de 4 images
Soleil 08/06/2014 – Webcam / PST Coronado - zoom sur des protubérances
Photo insolite: le vol d’une Hirondelle - Soleil 28/05/2014
sources: photos SLA
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Observer : La Lune
La lune
est la cible idéale pour débuter la photographie
astronomique. Tout au long de son cycle, elle nous fait
découvrir une variété de paysage : en particulier au niveau
terminateur, le relief lunaire est accentué par le jeu des
ombres.
Quartier de lune
Celestron C8
Canon EOS1000D
Elle permet de s’initier au base du traitement d’image. Le
débutant avec une simple webcam obtient rapidement des
résultats probants.
La webcam malgré son faible champ peut couvrir de grande
région lunaire en utilisant tout simplement la technique de la
mosaïque ( images ci-dessous).
Quartier de lune: mosaïque de 47 images
Celestron C8 - Canon EOS1000D
2 mosaïques de la lune
Celestron C8 / WEBCAM Philips TOUCAM PRO II
sources: photos SLA
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Observer : Saturne / Jupiter / Mars
Jupiter et de ses satellites offrent de façon journalière
des phénomènes tels que l’occultation des satellites ,
l’ombre du satellite projeté sur la planète. On peut y
observer la fameuse tâche rouge, des détails dans les
bandes équatoriales de nuage.
Saturne et ses anneaux : c’est une planète fascinante à
observer: même après des années d’astronomie, on ne
s ’en lasse pas.
Mars est une planète plus difficile à observer pour le
débutant car les détails sont moins marqués que Jupiter
ou Saturne.
En s’aidant de logiciel d’éphémérides
martiens, on peut reconnaitre les grands reliefs martiens,
et les calottes polaires.
Photos de Mars
éphéméride de Mars
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Observer : Le ciel profond
L’observation du ciel profond est ce qu’il y a de plus
difficile pour le novice. Il doit apprendre à se repérer parmi les
nombreuses étoiles. La façon la plus simple est de pratiquer
l’astronomie en club. Le novice bénéficiera de l’expérience des
membres et sera guidé tout au long de sa formation.
La plupart des astronomes amateurs ont débuté en visuel par
les objets du catalogue Messier ( astronome français 17301817 ): amas ouvert, amas globulaire, nébuleuse diffuse,
nébuleuse planétaire et galaxies. Les photos ci-dessous sont
juste 4 échantillons parmi les 110 objets du catalogue Messier.
Le ciel profond ne se limite pas à Messier. Il existe d’autres
catalogues beaucoup plus fournis en objets célestes tels que
NGC, IC .
sources: photos SLA
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Faire de l’astronomie dans une association
Apprendre le ciel au novice
Apprendre à utiliser le télescope
Partager/Echanger autour d'une passion
S'initier à la photographie
Animer des soirées d’observation
Organiser des évènements
Nuit des étoiles.
Échange et partage de connaissance
entre membres du club
Chanteloup-Les-bois, 7 mars 2014, une soirée Astro
La fête de la science 2013
L’ASTRONOMIE AMATEUR
Réflexions d’un astronomie amateur …
Pourquoi s'intéresser à l'astronomie ?
Les motivations sont extrêmement diverses. On peut tout de
même tenter d'extraire quelques tendances majeures:
• le coté observationnel, le contact avec les étoiles
• le jeu technique voire le défi (pour les amateurs d'images
numériques par exemple)
• la volonté d'en savoir un peu plus sur l'Univers, proche ou
lointain
• la transmission de ce savoir au grand public (petit et grands
d'ailleurs)
Quelles sont les activités pratiquées ?
Sans vouloir rentrer dans le détail d'un long catalogue
totalement hermétique pour le néophyte, je vous propose cette
petite classification:
•
•
•
•
les activités d'extérieur (observation, etc…)
les activités d'intérieur
la vulgarisation
les activités périastronomiques
Précisons tout de suite le cadre de cette classification.
Les activités d'extérieur regroupent toutes les formes
d'observations, de l'œil nu aux équipements les plus
sophistiqués.
Les activités d'intérieur sont certainement plus nombreuses
et plus pratiquées, car il n'y a pas la contrainte de l'horaire, du
lieu ou de la météo, comme pour une observation. Ces activités
pourraient encore se diviser en 2 sous catégories: celles en
relation avec une pratique d'observation (préparation de sorties
futures, traitement des informations ou images, archivage, etc.)
et celles basées sur une recherche documentaire et souvent
complètement éloignées de toute observation. Je nommerai
cela l'»astronomie de salon», basée sur l'assimilation d'un
ensemble de connaissances générale (façon cosmographie), et
qui peut se décliner en un certain nombres de spécialités,
comme la mécanique céleste, la cosmologie, la planétologie,
etc.
Cette classification a volontairement séparé l'activité de
vulgarisation de l'astronomie des autres activités. Tout
d'abord, parce qu'il est possible de pratiquer la vulgarisation
autant à l'intérieur (expositions, conférences) qu'à l'extérieur
(soirées d'observations publiques). De plus cette activité n'est
pas centrée sur celui qui la pratique, mais sur le public
spectateur. Tout ceci change radicalement les finalités de cette
pratique de l'astronomie amateur, par rapport aux 2 autres
pratiques précédemment évoquées, centrées sur l'acteur.
De nombreuses formules existe: animations dans les écoles,
cours, conférences, spectacles, séances de planétarium,
expositions, stages d'initiations, stages spécialisés, etc. La
grande difficulté de cette discipline est souvent de connaître sa
limite propre, tant sur le plan des connaissances (pour garantir
un contenu exact) que de l'investissement personnel: de
nombreux projets demandent bien souvent plus de temps qu'on
ne croit au départ.
Les activités périastronomiques ne font pas partie vraiment
intégrante des pratiques de l'astronomie amateur, mais il est
impossible de les passer sous silence. Je nomme pratique «
péri astronomique » toute activité utilisant les connaissances
astronomiques ou s'appuillant sur l'astronomie pour exister.
Ainsi, tailler un miroir ou construire un télescope complet n'est
pas à mon sens une activité réellement astronomique.
Cependant, l'acteur est souvent astronome amateur, ou tend à
le devenir, de par l'utilisation de l'instrument futur. On pourrait
également rajouter dans cette catégorie, l'histoire de
l'astronomie et l'histoire des sciences, la littérature ayant pour
thématique les astres, la mythologie, voire une certaine
branche de l'ethnologie analysant les représentations
symboliques « placés » dans le ciel, sans oublier la
construction de cadrans solaires (gnomonique) et bien d'autres
activités encore.
Si on voulait provoquer un débat houleux, on pourrait rajouter
l'astrologie, qui utilise des données astronomiques.
Quelques questions à ne pas négliger
Je vous invite à réfléchir également sur quelques
problématiques que l'astronome amateur ne peut ignorer:
la pollution lumineuse
la météo qui empêche régulièrement de planifier des
observations
la relation astronomie / astrologie évoquée inévitablement par
le grand public
les limites de la vulgarisation par l'astronome amateur
La finalité et les pratiques possibles dans un club d'astronomie
local.
En conclusion
L'astronomie amateur reste une activité de loisir. Il arrive parfois
qu'entres astronomes amateurs nous ne soyons pas d'accord
sur la manière de pratiquer telle ou telle activité. Evidemment,
et fort heureusement, chacun tente de pratiquer l'astronomie
amateur comme il le désire. Après de nombreuses discussions
entre collègues et amis, je pense que nos différents ont le plus
souvent pour origine une définition différente du « loisir », plutôt
que sur un type de pratique. le loisir est-il interprété comme une
activité extra professionnelle, avec des objectifs plus ou moins
précis, (qui entrainent des contraintes, des efforts, et une
certaine périodicité nécessaire), ou au contraire, le loisir est il
défini comme avant tout un divertissement ou un défoulement ?
Juste une petite comparaison / illustration musicale: certains de
mes amis pratiquent la musique sous la forme de karaoké plus
ou moins improvisés lors de soirées biens arrosées. D'autres
amis, (certains faisant parti du précédent groupe) chantent
dans un Chœur durant des mois pour préparer un concert
classique. Les uns comme les autres se font plaisir en
pratiquant le chant à leur manière. Les enjeux, les obligations
et les résultats sonores ne sont pas les mêmes.
Je pense qu'il en est de même pour l'astronomie amateur.
Chacun à notre manière, en dilettante, pratiquons l'astronomie
amateur !
Yves Lhoumeau , Astronome Amateur
http://www.astrosurf.com/lhoumeau/