IV – La lunette astronomique est un collecteur de lumière.

TP de Physique n°14
La lunette astronomique
Objectifs :  Comment réaliser une lunette à partir d’une situation problème ?
I – Principe de fonctionnement.
1- Activité documentaire.(à faire à la maison)
Depuis que Galilée a braqué vers le ciel la première lunette, les instruments sont devenus les meilleurs
amis des astronomes. Aujourd’hui, ce privilège n’est plus réservé aux seuls professionnels : une gamme
complète, bon marché et facile d’utilisation est à la disposition des amateurs même débutants. Seul risque :
amplifier votre plaisir.
A quoi sert un instrument ? La réponse est simple : à voir les astres. Mais elle n'est pas suffisante. Le rôle
fondamental des lunettes et des télescopes, c'est avant tout de collecter plus de lumière que l'œil et d'avoir
une focale plus longue. Notre œil se compose en effet essentiellement d'une lentille, le cristallin, qui forme
l'image de ce que nous regardons sur un écran la rétine. Si nous ne voyons qu'un nombre limité d'objets
célestes et avec peu de détails, deux raisons à cela :
- d'abord, le diamètre de la lentille de notre œil est petit : c'est le diamètre de la pupille, de l'ordre de 7
mm, ce qui fait que nous ne captons qu'une partie du rayonnement lumineux des astres et, pour ceux qui sont
très éloignés, pas assez pour que les cellules de la rétine soient excitées.
- d'autre part, la focale du cristallin, distance qui sépare une lentille de l'image qu'elle forme d'un objet
à l'infini, est trop courte pour voir de fins détails. Il en va de même avec un appareil photographique. Si
l'objectif a une courte focale (par exemple 50 mm), on voit moins de détails d’un objet éloigné qu'avec un
téléobjectif (de 200 mm de distance focale par exemple).
La lunette utilise précisément un objectif. Il s'agit de l'assemblage de deux ou trois lentilles, dont les
matériaux et les formes ont été soigneusement calculés pour donner une image de qualité. La lumière des
astres, collectée par l'objectif, traverse celui-ci et se trouve focalisée à l'extrémité du tube de l'instrument où
l'on peut l'observer au moyen d'un oculaire, sorte de loupe très puissante.
Le télescope arrive au même résultat grâce à un miroir. C'est un disque de verre, dont la surface a été
légèrement creusée et revêtue d'une fine couche de métal réfléchissant, généralement de l'aluminium. Le
miroir reçoit la lumière de l'astre et la réfléchit en la focalisant. Un second miroir, beaucoup plus petit,
renvoie la lumière sur le côté du tube où on peut l'observer au moyen de l'oculaire. Ce type de télescope est
appelé Newton.
Il existe d'autres variantes de télescopes, visant essentiellement à obtenir des appareils puissants mais de
faible encombrement. […]
CIEL ET ESPACE - HORS-SERIE N°5 – Octobre – Novembre - Décembre 1992
Après lecture du texte, répondre aux questions suivantes :
1. A quel système optique est assimilé le cristallin de l'œil ?
2. Qu'est ce que la focale d'une lentille ?
3. Où se forme l'image d'un objet situé à l'infini, à travers une lentille convergente ?
4. Combien de systèmes optiques utilise la lunette astronomique ? Donner leurs noms.
5. Par quel système optique pénètre la lumière issue de l'objet observé ?
6. Où doit-on placer l’œil pour l’observation ?
7. A quoi sert une lunette astronomique ?
8. Comment fabriquer une lunette avec le matériel du laboratoire ?
2 -Principe.
Dans une lunette astronomique, on regarde à la loupe (l’oculaire), l’image agrandie formée par une lentille
convergente (l’objectif), d’un objet éloigné.
L’objectif, convergent et de très grande focale, donne de l’objet une image renversée et agrandie : l’image
objective.
L’oculaire agit comme une loupe qui donne de l’image objective (qui est donc un objet pour la loupe) une
image très agrandie, qui reste renversée par rapport à l’objet.
II – Le schéma de fonctionnement.
1 - Faire un schéma au 1/5 avec le modèle suivant :
objectif : vergence 2  ; objet AB de diamètre apparent  = 0,10 rad situé à l’infini
oculaire : vergence 10 
Les foyers image de l’objectif et objet de l’oculaire sont confondus : la lunette est dite afocale.
a) Où se trouve l'image finale donnée par la lunette ?
b) Quel est son sens par rapport à l'objet ? par rapport à l'image intermédiaire A'B' ?
2 - On appelle grossissement , le rapport ’/ (’ est le diamètre apparent de l’image et  le diamètre
apparent de l’objet) .
Exprimer ce rapport ’/ en fonction de f’1 et f’2 sachant que les angles sont petits.
III – Réalisation d’une lunette astronomique.
Sur un rail en plastique, placer l'objectif et l'oculaire (même lentilles que précédemment) de façon à
modéliser une lunette astronomique. Observer un objet éloigné. Commenter.
IV – La lunette astronomique est un collecteur de lumière.
1 - Observer la lunette astronomique.
Repérer ses différents constituants. Quel est leur rôle ?
Légender le schéma de la lunette.
2 - Pourquoi utilise-t-on une lunette afocale ?
3 - Quel est le grossissement théorique de la lunette astronomique ?
4 - Braquer la lunette vers le ciel lumineux, la salle étant sombre.
Déplacer alors une feuille de papier derrière l’oculaire.
Qu’observez-vous ? Commenter.
L’observation des étoiles ne fait pas intervenir le grossissement car l’étoile reste toujours ponctuelle mais
devient plus lumineuse et de ce fait plus discernable à travers l’instrument.
C’est dans le plan de l’oculaire que l’observateur a intérêt à placer son œil afin qu’un maximum de lumière
entre dans sa pupille, le manque de luminosité étant un problème chronique en astronomie. Les constructeurs
le matérialisent par un œilleton derrière lequel un utilisateur même non averti place son œil dans les
meilleures conditions d’observation. Toute la lumière entrant dans la lunette passe par le cercle oculaire.
Sur un schéma, construire le cercle oculaire, en utilisant différents faisceaux lumineux venant de l’infini et
s’appuyant sur les contours de l’objectif.