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Mars: attirantes oppositions

Comment photographier Mars ? (II)

Pour les amateurs qui désirent photographier Mars, plusieurs questions se posent d'emblée : quand et avec quels moyens ? Ainsi que vous l'avez déjà compris, rien ne sert d'essayer de photographier Mars en dehors des oppositions. Son disque qui peut descendre sous 4" de diamètre (voir la galerie d'images) - moitié plus grand qu'Uranus mais 8 fois plus petit que celui de Jupiter - devient un sujet difficile pour les amateurs modestement équipés ( <200 mm) et ne mérite pas beaucoup d'attention. Démontrez plutôt votre savoir-faire durant les quelques mois favorables aux oppositions périhéliques !

Mais ne vous faites pas d'illusion : 18 à 25" d'arc est une surface très petite, de la dimension apparente des grands cirques lunaires (100 km). Mais contrairement aux cratères de la Lune, Mars présente des détails de surface peu contrastés qui nécessitent la mise en oeuvre de techniques qui préserveront ces faibles lumières et feront ressortir les détails : grand diamètre, système de projection oculaire, alignement et empilement d'images puis traitement d'image final.

De l'utilité d'un long rapport focal... Deux images RGB de Mars ( 23.7") réalisées par David Cash le 13 septembre 2003 à 22h45 TU. Il utilisa un télescope Celestron Ultima Maksutov-Cassegrain de 9.25" (235 mm f/10) équipé d'une webcam Philips ToUcam Pro munie d'un filtre Baader IR bloquant. L'image de gauche résulte de l'empilement de 43 images réalisées au foyer primaire. Celle de droite résulte de l'empilement de 87 images acquises au moyen d'une Powermate Tele Vue 2.5x fixée dans un miroir basculant True Technology. Le rapport focal résultant est de f/40.

Malheureusement cette méthode est incompatible avec la dimension des sujets planétaires. Pour distinguer quelques détails sur la surface de Mars il faut fortement agrandir l'image. Cela se fait au détriment du rapport focal, en utilisant soit un oculaire de courte focale soit une lentille de Barlow ou la lentille convergente Powermate de Tele Vue afin de porter le rapport d'ouverture au voisinage de f/20 si la turbulence est forte à modérée ou f/50 si les conditions météos sont idéales et le porte-oculaire capable de supporter un long train optique. Mais nous verrons plus bas que les rapports d'ouverture élevés allongent le temps d'exposition (temps d'intégration).

Aussi plutôt que d'utiliser des oculaires de courte focale (offrant souvent un champ apparent réduit ou beaucoup de lentilles qui assombriront l'image), beaucoup amateurs utilisent une Barlow ou une Powermate 2x. Pour profiter de conditions où la turbulence est vraiment très faible mais qu'on rencontre très rarement, certains combinent 2 lentilles de Barlow (souvent 2x + 2x) ou n'hésitent pas à utiliser une Powermate 5x. Ceci permet de préserver la luminosité du télescope. La focale est toutefois augmentée de 15%, tout à l'avantage de notre objectif.

L'usage des filtres colorés

N'oublions pas non plus les filtres colorés à usage visuel, trop souvent délaissés par les amateurs. Avant de poursuivre, consultez le rapport suivant pour bien saisir leur utilité.

En raison de sa couleur beige-rouille, Mars supporte admirablement bien le filtre rouge W23A ou W25, plus ou moins dense en fonction du diamètre de votre instrument (utiliser le W23A en-dessous de 200 mm d'ouverture). Placez alternativement entre l'oeil et l'oculaire (plus facile que de devoir à chaque fois dévisser le filtre oculaire) vous serez étonné de la quantité de détails qui se révéleront à vous.

A consulter : Les filtres colorés en astronomie

A gauche, effet des filtres colorés (dans ce cas-ci des filtres photmétriques) sur l'abedo de Mars. C'est dans le proche infrarouge (~850 nm) que la surface de Mars est la plus contrastée et révèle le plus de détails. Document préparé par Christophe Pellier qui est également auteur d'un livre sur l'astrophotographie et responsable de la section Mars de la commission des observations planétaire de la SAF. A droite, quelques filtres colorés à visser sur les oculaires de 31.75 mm proposés par Orion Telescopes & Binoculars (sous la marque Sky-Watcher, 48.99 € les 4).Le filtre infrarouge n'est pas considéré comme "standard" et peu de commerçants le proposent. Il doit souvent être fabriqué sur mesure.

Ces filtres colorés ne conviennent pas tous à la photographie car ils présentent souvent une bande passante beaucoup trop étendue qui ne permet pas réellement de séparer les trois couleurs de base et dès lors de réaliser des empilements RGB de qualité. Ainsi le filtre rouge W23A ou le W25 par exemple doivent de préférence être remplacés par un filtre W92 d'un rouge beaucoup plus sombre.

Quant au filtre proche infrarouge (par exemple un 850 nm), très peu de magasins d'astronomie en proposent. En général, il faut acheter un filtre infrarouge brut chez Schott par exemple et demander à la commande de le couper à bonne dimension (31.75 mm ou 50 mm de diamètre) et si possible de le sertir dans une bague filetée que vous pourrez placer au dos d'un oculaire ou dans le barillet de votre optique si vous utilisez un APN ou une caméra CCD. A défaut, vous pouvez acheter une bague filetée vide (ou recycler un vieux filtre ou acheter le filtre le moins cher) et y placer le filtre taillé sur mesure (cf. Baader Planetarium).

Pour rappel, le filetage d'un oculaire de 31.75 mm est M28.5 x 0.5 (c'est-à-dire au pas de 0.5 mm) ou M28.5 x 0.625 (en anglais TPI de 1.125"x 40), celui d'un oculaire de 50 mm est M48 x 0.60 ou M48 x 0.75. Quant au filetage des barillets des lunettes et télescopes, il varie d'un constructeur à l'autre.

Voici trois images numériques noir et blanc réalisée sous filtre rouge. A l'époque des premières caméras CCD c'est ce qui se faisait de mieux. A gauche, une image réalisée par Donald Parker le 28 février 1995 ( 13.7") avec un télescope newtonien de 410 mm équipé d'une caméra CCD. Au centre, une image composite réalisée en 1997 ( 16") par Thierry Legault au moyen d'un télescope Meade LX200 de 305 mm porté à f/58 et équipé d'une caméra CCD Hi-SiS 22. A droite, une image réalisée par BFW le 2 mai 1999 ( 10") avec un hypergraphe de 400 mm porté à f/62.5 muni d'une caméra CCD Apogée AM13 et d'un filtre rouge RG610. Toutes ces images sont des instantanés d'environ 1/25 s réalisés en lumière sélective afin d'accentuer les détails de surface. Seul contrepoint, en lumière rouge la calotte polaire perd son éclat. Cliquer sur l'image de gauche pour lancer une animation.

Caméra CCD et webcam

Les caméras CCD présentent une excellente efficacité quantique (sensibilité et rendement) alliée à une réponse spectrale étendue. Ces caractéristiques en font des outils de prédilection pour les amateurs comme pour les professionnels. Mais ce matériel coûte relativement cher et requiert un ordinateur pour acquérir et corriger les images numériques. Une alternative est d'utiliser un appareil photo numérique (APN) mais ce n'est pas l'appareil le plus adapté à l'astrophotographie.

La webcam modifiée pour l'astrophotographie est beaucoup plus économique - on en trouve déjà à moins de 50 € - mais requiert également un ordinateur pour réaliser la séquence d'acquisition et le traitement d'image ultérieur. Néanmoins, la qualité des images acquises par une webcam chute d'au moins 30% vis-à-vis d'une image similaire acquise en quadrichromie CCD sans parler du bruit électronique beaucoup plus important sur une webcam, même comparé à celui d'un APN.

Mais avec la démocratisation des caméras CCD y compris couleur, y compris leur miniaturisation et l'amélioration de leurs performances, les webcams ont perdu de leur intérêt.

Ces techniques demandent une certaine organisation ainsi qu'une certaine maîtrise si on veut obtenir des résultats de qualité.

Si beaucoup d'amateurs expérimentés utilisent des caméras CCD couleur ou noir et blanc munies d'une roue à filtres similaire à celle présentée à gauche (SBIG CFW5C), les webcams (à droite une ToUcam Pro de Philips (640x480 pixels) modifiée par Pedro Ré pour l'astrophotographie) restent intéressantes pour l'astrophotographe amateur occasionnel en raison de leur faible coût et la simplicité de leur mise en oeuvre. Seule contrainte, dans les deux cas il faut disposer d'un ordinateur portable à proximité du télescope pour assurer les fonctions d'acquisition d'image.

Dans tous les cas, il faut se rappeler que le rapport d'ouverture conditionne exponentiellement le temps d'intégration (il s'agit d'un photocapteur numérique), selon la formule suivante :

T1 = To / (fo/f1)2

Ainsi en passant d'une optique ouverte à f/10 à une optique ouverte à f/50 en projection oculaire où avec une Powermate 5x, pour obtenir la même luminosité, un sujet qui requiert 1 seconde d'exposition à fo/10 exigera un temps de (1x 52) seconde soit 25 secondes à f1/50 ! Heureusement, comme toutes les planètes, Mars se contente de prises de vues instantanées de l'ordre de 0.04 s ou 1/25 s voire même plus rapides. C'est ici que la technique RGB ou LRGB et l'empilement d'images s'avèrent très utiles pour augmenter le signal du sujet au détriment du bruit électronique. Nous présenterons quelques exemples dans les pages suivantes.

Indirectement ces nouvelles techniques permettent aux amateurs modestement équipés de tenter leur chance avec des montures équatoriales peu robustes ne bénéficiant pas d'un système de suivi inébranlable. Des résultats tout à fait étonnants ont été obtenus avec des optiques de 115 à 150 mm d'ouverture seulement équipées de lentille(s) de Barlow ou de Powermate. Bien sûr à diamètre égal, les optiques de longue focale et donc les télescopes sont avantagés sur les lunettes pour l'observation et la photographie des planètes en haute résolution.

Prochain chapitre

L'empilement d'images

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