Mars: attirantes oppositions

Comment photographier Mars ? (IV)

La couleur et la netteté de Mars

Ainsi qu'en témoignent les nombreuses photographies de Mars illustrant cet article, la couleur de la planète dite Rouge varie énormément d'une photographie à l'autre. La même "impression" se manifeste à l'oculaire selon les conditions d'observation (instrument, conditions météos, heure de la nuit, lieu, etc). Ce phénomène trouve plusieurs explications :

- L'effet de la réfraction atmosphérique : au plus bas se trouve Mars sur l'horizon, au plus il est rouge (voir le ciel bleu).

- L'effet des aberrations instrumentales (objectif des lunettes et oculaires). Une lunette achromatique par exemple, peu corrigée pour l'aberration chromatique, présentera toujours un léger reflet bleuté autour des objets brillants. L'aberration chromatique induit également une mauvaise convergence de la lumière jaune et rouge qui aura pour effet de légèrement rendre flou les objets observés (voir les aberrations et l'effet d'un Chromacorr sur les images planétaires). On peut y remédier en utilisant un filtre UV combiné à un filtre IR.

- L'effet de la pollution lumineuse baigne l'atmosphère d'un halo jaunâtre ou verdâtre qui peut occasionnellement gêner les observations.

- L'effet des conditions atmosphériques martiennes. Le vent peut soulever les poussières dans les basses couches et créer une dominante jaunâtre plutôt que neutre sur les images. Une tempête de sable globale peut également voiler l'atmosphère durant plusieurs semaines et donner à Mars une couleur orange pâle tirant sur le jaune.

- En photographie argentique, la sur ou sous-exposition peut provoquer une dominante rouge ou verdâtre

A lire : La restitution des couleurs sur ordinateur

Quelle est la véritable couleur de Mars ? Il est difficile de répondre à cette question tant sont nombreux les facteurs influençant le rendu des couleurs. Même aujourd'hui les infographistes de la NASA (MIPL, LPI et consorts) hésitent sur le niveau de saturation qu'ils doivent assigner aux images qu'ils reçoivent des sondes spatiales. Si on peut exclure d'office les tonalités jaunes, vertes, rouges briques ou roses fluo, en théorie les images télescopiques RGB devraient présenter des couleurs oranges à beige mêlées de jaunes avec quelques reflets bleutés sur le pourtour ou près de la calotte polaire. A gauche, une série de photographies prises dans différents conditions d'observation en limitant la sélection aux tonalités orangées-beige. A droite, une séquence de l'opposition de Mars 2003 prise par les membres de la Hong Kong Astronomical Society entre avril et décembre au moyen d'un C14 f/31.5 à f/59 équipé d'une webcam Philips ToUcam Pro. Les images prises entre le 27 août et le 12 septembre 2005 sont les plus conformes.

- En CCD (N/B, couleur ou webcam) la courbe de sensibilité spectrale du capteur, des différentes couches de couleur ainsi que la bande passante des filtres colorés détermineront la courbe de réponse de votre image.

- Le traitement d'image lui-même, la correction du contraste ou du gamma des canaux R, G, B, sont autant de facteurs pouvant finalement modifier la couleur du sujet original.

- Côté informatique, la température de couleur de votre écran d'ordinateur, sa luminosité et son contraste pourront également influencer la couleur de votre image. Ces paramètres doivent également être pris en considération si vous utilisez des boîtiers photographiques numériques (Eclairage : soleil, ombre, lumière artificielle basse pression, lampe fluo, etc., Contraste, Saturation, Netteté). 

- Enfin, physiologiquement parlant, chacun de nous présente une sensibilité chromatique rétinienne particulière, différente de celle du voisin. Si en général l'expérience permet de s'accorder sur les couleurs et les différences de tonalités les plus faibles (c'est un test qui se fait dans les écoles de photographie et de cinéma), occasionnellement ou par accident il peut arriver qu'une personne perde la sensibilité de distinguer certaines couleurs ou les densités chromatiques les plus faibles. S'ajoute à ces particularités, les effets de la vision : effets Purkinje et Bezold-Brucke ainsi que les effet de la luminosité et du contraste simultané.

Un indice... de couleur

Comme on le constate, entre l'image vue à l'oculaire et le résultat sur l'écran de votre ordinateur ou sur papier il y a tellement de facteurs pouvant influencer le résultat, qu'il est virtuellement impossible de trouver deux images de Mars ayant la même couleur. Seule solution, à défaut de calibrer les couleurs choisissez la couleur esthétiquement la plus proche de votre impression visuelle. Supprimez également les dominantes verte et rouge en vous basant sur la couleur blanche de la calotte polaire qui ne devrait présenter aucune dominante, si ce n'est un fin liseré bleuté sur les images RGB. Evitez également de tomber dans le piège des couleurs complémentaires (cf. les effets de la vision).

En dernier recours attribuez au disque de Mars une couleur qui ne soit ni rouge ni rose mais dans les tonalités orangées ternes : beige-orangée, brune-orangée ou grise-orangée (sans pour autant faire disparaître les autres teintes naturelles !). En effet par des moyens photométriques (cf. cet article sur M45), on peut calculer l'indice de couleur de Mars. Il est de 1.37, ce qui correspond à la classe spectrale K8. Mars n'est donc pas rouge ni rose mais orangée, tachetée de zones claires (sable ou glace) et sombres plus ou moins grises (reliefs sombres apparents) ou bleutées (effet de la diffusion).

Mars photographiée durant l'opposition de 2018 par Moon Price et Sean Wang avec un télescope C11 EdgeHD fixé sur une monture iOptron CEM60 et équipé d'une Powermate TV 2.5x et d'une caméra CCD ZWO ASI290MM. Il s'agit d'un empilement LRGB. Les cinq images furent enregistrées dans les mêmes conditions (sauf que la distance entre la TV 2.5x et la CCD est plus petite vers la fin pour augmenter l'agrandissement). Les couleurs sont différentes car Mars subissait en juillet les effets d'une tempête de sable globale.

Sachez enfin que le noir et le blanc purs n'existent pas en astronomie car tous les objets et plus encore les planètes ne contiennent que des couleurs apparentées, jamais pures (indépendantes comme on pourrait les voir sur un fond noir) du fait de la brillance du fond du ciel. Ceci dit, en photographie une belle image est une image qui est ajustée de manière à présenter un contraste suffisant et donc un minimum de tons extrêmes, noir ou blanc, sans quoi l'image paraîtra délavée, trop douce et sans relief.

Bien entendu vous serez le seul à juger avec votre conscience si votre image orange terne ou ce que d'autres considèreront peut-être comme rose-grise est conforme aux couleurs naturelles que vous avez observées. Malgré la définition des espaces colorimétriques et des couleurs spectrales, la photographie gardera toujours une part de subjectivité qui est tout à votre avantage car elle vous permet de vous démarquer de la communauté. En effet, dans ce cas-ci on ne vous demande pas de réaliser un travail scientifique, calculé et objectif, mais de réaliser une très belle image d'un objet céleste, bien sûr de préférence conforme à la réalité.

Délai de prise de vue

Compte tenu de la rotation de la planète, pour éviter un effet de flou lors de l'empilement, il est prudent de déterminer le délai maximum que vous pouvez vous accorder sans que la rotation n'apparaisse sur les images (comme on le fait pour Jupiter). Avec un diamètre d'environ 25" lors des oppositions les plus favorables (2003), tournant sur elle-même en 24.6h environ, Mars accuse une lente rotation sur elle-même d'environ 1" par heure - la résolution d'un télescope de 115 mm - auquel s'ajoute la rotation de la Terre (négligeable). Cela vous laisse le temps de réaliser vos photographies LRGB ou votre film si vous utilisez une webcam. Mais quel délai maximum faut-il respecter ?

Quand on sait qu'un télescope de 300 mm équipé d'une caméra CCD peut atteindre une résolution inférieure de 0.4" - moins de 100 km sur Mars - en tirant profit des techniques de traitement d'image, il serait en effet malheureux de limiter la résolution de l'instrument pour une simple question d'organisation lors de la prise de vue !

Caméras sur Mars : les films ! Cliquez sur les images pour lancer les animations. A gauche, John L. Horne a réalisé ce film de 15 secondes (fichier WMF de 1.9 MB) le 3 août 2003 vers 8h TU en fixant une caméra vidéo couleur PlanetCam d'Adirondack Video Astronomy au foyer de son télescope Celestron 14 (350 mm) équipé de 2 Barlow superposées (une Lumicon 1.8x de 50mm et une Meade 2x de 31.75mm). Mars présentait un diamètre de 22.7". L'image est centrée sur Mare Serpentis, Sinus Sabaeus et Sinus Meridiani. Au centre, le télescope infrarouge IRTF de Mauna Kea qui réalisa ce film de 30 images de 30 ms chacune le 17 février 1997 à 2.7microns de longueur d'onde (fichier Mpeg de 590 KB). Notez sur ces deux films l'effet très important de la turbulence. A droite, Jefferson Teng a réalisé ce film (GIF de 112 KB) au foyer d'une lunette ortho-apochromatique Takahashi TOA-130 (130 mm f/7.7) équipée d'une webcam Philips TuOCam. L'instantané est extrait d'une série d'images réalisées toutes les 5 minutes durant 2 heures le 12 août 2003 vers 9h TU. Notez déjà l'effet créé par la rotation de Mars que l'on distingue sur certaines prises de vues. L'image est centrée sur la région de Mare Tyrrhenum, Syrtis Major apparaît en bas à droite.

En général, avec un télescope de 150 à 300 mm d'ouverture, les amateurs réalisent leurs images dans un délai inférieur à 3 minutes. Ce n'est pas indispensable mais prudent. Ce court lapse de temps garantit par ailleurs de profiter de conditions atmosphériques (couverture nuage) relativement identiques tout au long de la session.

A forts grossissements (1.5 à 2x le diamètre de l'instrument exprimé en mm), si une prise de vue multiple est répartie sur plus de 10 minutes, pendant ce temps la surface de Mars ce sera déjà déplacée de 0.5" d'arc, l'équivalent de 148 km au sol. Ainsi qu'en témoignent les animations présentées ci-dessus, dans un grand instrument en 10 minutes la rotation de Mars est sensible ; tous les détails se sont déjà déplacés d'environ 150 km. Pour un télescope de 200 mm d'ouverture (résol. 0.6") le délai ne peut pas dépasser 11.3 minutes. Tenez-en compte !

Empilement d'images

Pour illustrer notre sujet, voici quelques images RGB et LRGB qui vous convaincront de l'utilité de cette technique photographique qui est aujourd'hui couramment utilisée et n'exige pas un apprentissage long ni compliqué

Sandro Nardella en Italie, nous propose une comparaison entre un empilement RGB et un LRGB dont l'image de luminance a été réalisée en lumière rouge/IR pour accentuer le contraste. Les images parlent d'elles-mêmes.

Création d'une image LRGB de Mars en utilisant une image de luminance prise en lumière rouge/IR. L'image résultante est appelée un empilement RRGB mais l'acronyme LRGB n'est pas faux en soi puisque la première image représente bien la couche de contraste réalisée en N/B. Ces images ont été enregistrées le 4 septembre 2003 par Sandro Nardella avec un télescope Intes Maksutov-Newton de 150 mm f/30 équipé d'une webcam Philips Vesta Pro et d'un filtre bloquant UV-IR de Baader. Mars présentait un diamètre de 24.77".

Maurizio Di Sciullo, en Floride et expert mondial en photographie planétaire est parvenu à capturer Mars sous différents filtres le 7 juin 2001 et nous présente ci-dessous l'image RGB résultante sur laquelle on distingue Syrtis Major (MC=261°). Ici comme c'est souvent le cas, la turbulence atmosphérique était le principal facteur perturbateur limitant la résolution.

Images de Mars prise le 7 juin 2001 par Maurizio Di Sciullo au foyer d'un télescope newtonien Excelsior Optics E-258 f/8. L'image couleur est le résultat de l'empilement RGB des trois images noir et blanc. Notez la meilleure définition de l'image rouge tandis que l'image bleue fait ressortir la calotte polaire Sud mais assombrit le disque. Mars présentait un diamètre de 19".

Enfin, Ed Grafton aux Etats-Unis, équipé d'un Celestron 14 de 350 mm d'ouverture et d'une caméra CCD a également réalisé quelques belles images en haute résolution LRGB. Les plus petits détails mesurent moins de 100 km sur le document original. Bien que l'image de luminance soit un peu trop contrastée et ait altéré la coloration générale du globe, esthétiquement son image LRGB a sa place dans les concours.

Empilement LRGB réalisé par Ed Grafton le 11 juin 2001 au foyer d'un Celestron C14 porté à f/60 et équipé d'une caméra CCD SBIG ST6 et d'une roue à filtres RGB. Cliquer sur l'image pour agrandir l'image couleur LRGB. Le diamètre de Mars était de 20.34".

Si ces documents sont très encourageants, tenons le pari que vous aussi vous pouvez obtenir des résultats équivalents avec un instrument d'au moins 100 mm de diamètre, un peu de patience et de savoir-faire. Alors à vos télescopes, et bonne chance !

Dernier chapitre

Images des oppositions de Mars