© Ciel
Extrême, 1998
|
OUVERTURE VIRTUELLE
à dérouler vers le bas
|
© Yann POTHIER
article paru dans Webb Society Quaterly Journal no 108 (Avril
97)
Le problème de la comparaison entre les observations du Ciel
Profond n'est pas neuf. D'ailleurs, il ne s'agit là que d'un problème
supplémentaire parmi bien des comparaisons problématiques
d'observation en Astronomie: surfaces planétaires, comètes,
étoiles variables, etc. Ce qui suit est la proposition d'une nouvelle
caractéristique instrumentale destinée à faciliter
dans une certaine mesure la comparaison des observations écrites
et des dessins en Ciel Profond plus particulièrement, mais aussi
plus généralement les comparaisons de n'importe quels travaux
en Astronomie amateur.
Faisons ensemble le recensement des variables qui diffèrent
d'une observation à l'autre pour un même objet selon les critères
suivants: observateur, instrument, site.
Observateur: qualité et sensibilité de l'oeil,
expérience,...
Instrument: puissance collectrice
Site d'Observation: transparence, turbulence, ...
L'observateur est difficile à calibrer: il n'existe pas de test
simple et largement répandu chez les amateurs permettant de décrire
la sensibilité aux faibles éclairements de l'oeil et ses
variations d'un individu à l'autre. Cette variable reste donc pratiquement
impossible à comparer... Les qualités d'un site peuvent être
mesurés par plusieurs méthodes: estimation de magnitude limite
à l'oeil nu et au télescope, état de vision de la
Voie Lactée, estimation visuelle de la turbulence (échelle
de Danjon), etc.... Toutefois, ces méthodes reposent sur des estimations
à l'oeil et nous avons déjà établi que l'oeil
ne peut être calibré..., donc on peut seulement dire que la
qualité d'un site peut être estimée sans plus. En fait,
ces estimations de la sensibilité d'un observateur et de la calibration
d'un site sont tellement dépendantes l'une de l'autre qu'elles deviennent
presque impossible à différencier !
En ce qui concerne l'instrument, il n'y a pas de problème me
direz vous ! C'est le diamètre de l'instrument qui détermine
tout et donc la variable est facile à déterminer exactement:
c'est-à-dire qu'une lunette de 100mm de diamètre est moins
performante de 33% qu'un télescope de 150mm. Cela n'est pas forcément
vrai ! En fait, connaître le diamètre d'un instrument, ce
n'est pas connaître sa puissance collectrice.
Prenons calmement le temps d'analyser le trajet de la lumière
à travers une lunette d'abord: celle-ci traverse les deux lentilles
frontales de l'objectif et les multiples lentilles de l'oculaire avant
de parvenir à votre oeil. Pour un télescope, une partie de
la lumière est arrêtée par le miroir secondaire et
le reste se réfléchit sur le miroir primaire puis le secondaire
et enfin traverse l'oculaire jusqu'à votre oeil.
Il faut savoir que la lumière ne se réfléchit
pas sur un miroir et ne se réfracte pas à travers une lentille
sans perte. Pour une lentille, il y a une perte de lumière
à chaque fois qu'elle passe de l'air au verre et vice versa; on
dit aussi à chaque surface air-verre. Il y a aussi une absorption
du verre (2% par cm d'épaisseur). Pour un miroir, une partie de
la lumière est absorbée par la surface pourtant dite réfléchissante.
Ces pertes sont variables selon la qualité des verres et des traitements
optiques pour les lunettes et les oculaires, et selon la qualité
des couches réfléchissantes pour les télescopes. Une
surface air-verre de lentille non-traitée optiquement réfléchit
(empêche de passer) 4,5% de lumière; si cette surface est
traitée antireflet (TAR) au magnésium bifluoré, les
pertes sont réduites à 1,5% et à 0,5% si le traitement
optique est "multicouche" (TMC). De nouveaux traitements multicouches
à bande large (TMCBL) réduisent les pertes jusqu'à
0,2% par surface air-verre.
Pour savoir si votre paire de jumelle ou votre lunette est traitée,
vérifiez si les reflets d'objets blancs deviennent bleu et bleu
clair (TAR), vert, brun ou rougeâtre (TMC) ou bien bleu très
sombre sans pratiquement de reflet (TMCBL). En comptant les surfaces air-verre
de votre objectif ou de votre paire de jumelles, vous saurez exactement
à combien s'élèvent les pertes lumineuses de votre
instrument. Typiquement, une lunette classique possède 4 surfaces
air-verre TAR et fait 1cm d'épaisseur, une lunette fluorite fait
2 ou 4 surfaces air-verre TMC. Une paire de jumelles occasionne entre 10
et 14 surfaces air-verre et ont des TAR entre 400 et 1500F, et des TMC
au-delà de 1500F...
Une surface de miroir en argent (Ag) absorbe 7,6% de lumière
et une surface en aluminium protégé (Alp) en retient 11,0%
(la plus commune). Certains "Schmidt-Cassegrain" et autres télescopes
récents ont des miroirs "enhanced" traités spécialement:
ils n'absorbent que 4,9% de la lumière.
Pour les télescopes, il convient de tenir compte de l'obstruction
provoquée par le miroir secondaire. Il existe deux manières
de l'évaluer: par le rapport des diamètres du primaire et
du secondaire, mais aussi par le rapport de leurs surfaces. C'est ce dernier
critère le plus intéressant puisqu'il conditionne la quantité
de lumière qui atteindra le miroir primaire...
Ce rapport se calcule facilement en utilisant la formule suivante (simplifiée):
où O est l'obstruction en pourcentage de surface utilisée
(%), D2 le diamètre du miroir primaire et d2
le diamètre du miroir secondaire, tous deux en mm sont élevés
au carré.
ex: pour un Schmidt-Cassegrain de 200 à f/10, le primaire mesure
203mm de diamètre et le secondaire 65mm; l'obstruction est donc
de 652/2032 = 0,102, soit 10,2% de la surface du primaire inutilisée
et autant de lumière en moins...
[ Anecdote: le grand HERSCHEL, pour ne pas perdre de lumière
par l'obstruction du télescope de NEWTON n'utilisait pas de miroir
secondaire, et se contentait de tailler un miroir principal selon une portion
de parabole orientée de manière à obtenir une image
sur le coté du tube, analysable directement en tenant l'oculaire
(principe du télescope d'HERSCHEL)...]
Enfin, les oculaires sont les parties optiques les plus complexes en
ce qui concerne leur transmission lumineuse. Sachez simplement que les
oculaires possèdent entre 2 et 8 lentilles soit entre 4 et 16 surfaces
air- verre, parmi lesquelles certaines (les plus extérieures) peuvent
être TAR ou TMC et parfois elles le sont toutes. Voici une liste
d'oculaires avec leurs coulants (24,5 ou 31,75) et leurs transmissions
en %:
| RAMSDEN coulant 24,5 (R, SR) = |
85% |
| HUYGENS 24,5 (H, AH) = |
89% |
| KELLNER 24,5 (K) = |
84% |
| KELLNER 31,75 (K) = |
91% |
| MODIFIED ACHROMATIC 24,5 (MA) = |
84% |
| MODIFIED ACHROMATIC 31,75 (MA) = |
91% |
| ORTHOSCOPIQUE 24,5 (O, OR) = |
89% |
| ORTHOSCOPIQUE 31,75 (O, OR) = |
91% (98% pour les meilleurs) |
| PLOSSL 24,5 (P, PL) = |
89% |
| PLOSSL 31,75 (P, PL) = |
91% (98% pour les meilleurs) |
| SUPER PLOSSL 31,75 (SP) = |
97% |
| PLOSSL LANTHANUM 31,75 (LV) = |
96% |
| ERFLE 31,75 (E, ER) = |
78 à 85% selon le traitement |
| ULTIMA 31,75 (U) = |
90% |
| SUPER WIDE ANGLE 31,75 (SWA) = |
96% |
| WIDE FIELD 31,75 (WF) = |
96% |
| ULTRA WIDE ANGLE 31,75 (UWA) = |
95% |
| NAGLER I&II 31,75 (NI, NII) = |
96 & 95%. |
Nous avons jusqu'ici parlé de pertes lumineuses et il convient
à présent de convertir ces données en transmission:
une lentille ou un miroir qui perd 5% de lumière en transmet 95%...
Nous allons maintenant combiner ces diverses transmissions en une capacité
de transmission totale (CT) du système optique utilisé en
pourcentage (%). Cette CT se calcule par une multiplication du pourcentage
de lumière non-obstruée Pobs et des transmissions partielles
du système instrumental: Tobj transmission de l'objectif (miroirs
primaires et secondaires, lentilles, ...) et Toc transmission de l'oculaire
utilisé.
CT = Pobs x Tobj x Toc
Nous prendrons pour exemple mon télescope Dobson : les miroirs
primaire ø445mm et secondaire ø107mm occasionnent une obstruction
de surface de 5,8% (Pobs=94,2%) et sont aluminés normalement (transmission
de 89% par surface). La transmission du télescope (Tobj) est donc
de 79,2% (=0,89 x 0,89). Si on utilise un oculaire Nagler de 16mm (Toc=96%),
on peut calculer les effets cumulés de l'obstruction par la transmission
de primaire par la transmission du secondaire par la transmission de l'oculaire:
0,942 x 0,792 x 0,96 = 71,6%.
D'après la formule suivante, applicable à n'importe quel
instrument:
où OV est l'ouverture virtuelle et D2 le
diamètre de l'instrument élevé au carré, tous
deux mesurés en mm. On peut en déduire que ce télescope
Dobson fonctionne comme avec une ouverture virtuelle égale à
377mm, ouverture d'un télescope de 377mm hypothétique, sans
défaut ni obstruction et avec une transmission de 100% pour les
miroirs et l'oculaire...
En guise de conclusion, il est facile de comparer directement les exemples
que je citais au début de cet article: la lunette Fluorite de 100mm
TMC et le télescope Newton aluminé de 150mm (obstruction
de 6%), utilisés tous deux avec le même oculaire. Pour la
lunette, on obtient une OV de 98mm et pour le télescope, une CT
de 129mm. Comparer les diamètres de deux instruments de 150mm et
100mm comme nous le faisions au début de cet article ne revient
pas au même que de comparer les ouvertures virtuelles de deux instruments,
soit 123mm et 96mm, non ? Dans le premier cas, le télescope est
supérieur de 33% à la lunette alors que dans le second, la
différence n'est que de 22%... Nous avons vu la justesse de ce dernier
critère par rapport à l'arbitraire et incomplète notion
de diamètre, alors devenez adepte de cette pratique de comparaison
et accompagnez toutes vos descriptions, dessins, photos ou CCD avec la
mention de l'ouverture virtuelle.