Observations visuelles en astronomie : bonnes pratiques

Observations visuelles en
astronomie :
bonnes pratiques
Par Xavier Camer
Sommaire

Pourquoi?

Les récepteurs : l'oeil et le cerveau

Principes généraux

La psychologie

Observer avec des défauts de vision

Observer les planètes et la Lune

Observer le Soleil

Observer le ciel profond

Les filtres
Pourquoi?
Observation sans intermédiaire autre que l'instrument, on
voit par nous-mêmes, image plus vivante.
Quand les couleurs sont visibles, impression de
phosphorescence que ne peut rendre la photo. En ciel
profond, images plus fines qu'en photo car temps de
pose bien plus courts. Relief plus marqué.
Plus facile et moins coûteux que la photo. Moins d'appels
à la technologie et donc plus l'impression d'immersion
dans la nature sur les sites campagnards. Retour au
naturel.
Attention : on n'a pas souvent la vision colorée et très
détaillée de la photo sur les objets faibles, car l'oeil ne
"pose" que quelques secondes.
Pourquoi?
Mise en oeuvre nettement plus rapide que la photo, moins de
réglages, possibilité de courtes observations en semaine si
on travaille le lendemain.
La dynamique de l'oeil lui permet de voir ce que la photo
manque ou a du mal à restituer : astres faibles à côté
d'astres très brillants. Oeil sensible à des écarts de
luminosité de 10 millions à 1 milliard.
Pourquoi?
Il est possible de garder une trace de l'observation avec des
comptes-rendus descriptifs ou des dessins.
Réponse spectrale différente de celle de la photo. On ne voit pas
toujours la même chose sans que ce soit faux.
Les récepteurs : l'oeil
Schéma en coupe
de l'oeil
Un appareil photo
biologique :
Objectif => le
cristallin et la
cornée (mise au
point) et le duo
iris-pupille
(diaphragme, F/D)
La chambre noire =>
le globe oculaire
La pellicule => la
rétine de 0,1mm
d'épaisseur
Les récepteurs : l'oeil
La rétine est composée de tissus neuronaux convertissant la lumière en
flux électriques à destination du cerveau.
Elle contient 2 sortes de cellules photosensibles :


Les cônes : situés autour le la zone centrale (fovéa), ils permettent la
vision précise et en couleurs quand la luminosité est suffisante. Chacun
est relié à une seule terminaison du nerf optique. 7 millions.
Les bâtonnets situés en périphérie et notamment dans une couronne
entre 15 et 20°, permettent la vision en basse lumière, mais floue et
incolore car ils sont des centaines reliés à une seule terminaison du nerf
optique. Sensibles aux mouvements. 120 millions.
Les récepteurs : l'oeil
Répartition des cônes et bâtonnets
3 modes de vision découlent de ces 2 familles de photo-récepteurs :



Vision photopique, ou vision diurne, centrale : due aux cônes
Vision scotopique, ou vision nocturne, périphérique, indirecte : due aux
bâtonnets,
Vision mésopique ou crépusculaire : un mélange des 2 autres visions en cas
de crépuscule ou de nuit avec présence de la Lune.
Les récepteurs : l'oeil
Les bâtonnets sont 40x plus sensibles
que les cônes et leur seuil de
détection 1000x plus faible (nuit
couverte sans Lune).
Associés à un phénomène chimique
(création de la molécule du pourpre
rétinien ou rhodopsine), leur
sensibilité augmente d'un facteur
10000 en quelques dizaines de
minutes : adaptation nocturne.
Cette molécule est détruite par la
lumière blanche au dessus d'un
certain seuil.
Protéine de
rhodopsine
Les récepteurs : l'oeil
Les cônes sont de 3 sortes : sensibles au bleu, vert ou rouge,
permettant donc au cerveau de restituer une vision en
couleurs.
Les récepteurs : l'oeil
Réponse spectrale :
La vision humaine est limitée entre le violet (380nm) et le rouge(760nm).
En vision diurne, elle est centrée dans le jaune vers 550nms, couleur du
Soleil.
En vision nocturne, elle se décale dans le vert vers 500nms.
Les récepteurs : l'oeil
Le nerf optique :
Constitué des terminaisons nerveuses des cônes et des bâtonnets, il
contient un million de fibres. Il est insensible à la lumière d'où la tache
aveugle à l'endroit où il débouche sur la rétine
Les récepteurs : le cerveau
C'est le super-calculateur qui à partir des stimuli électriques
envoyés par le nerf optique, reconstitue l'image vue en moins
d'1/10 de seconde.
Couplé avec l'oeil, en observation d'objets très faibles, il est
capable "d'intégrer" l'image quelques secondes (décryptage).
Le cerveau a besoin d'oxygène et d'une bonne alimentation
pour fonctionner.
En conséquence, il faut avoir mangé avant de commencer à
observer, en évitant les repas trop riches qui entraînent la
somnolence.
L'apport en oxygène est important, il faut veiller à bien respirer
profondément lors de l'observation d'objets faibles, et éviter
d'avoir fumé avant.
Les récepteurs : le cerveau
Les récepteurs : le cerveau
Le cerveau est sujet à certaines illusions d'optique selon le fond
sur lequel l'objet se détache.
Ainsi la brillance des satellites galiléens de Jupiter semble
changer selon qu'ils passent sur le bord plus sombre ou sur
le méridien de cette planète.
Mire de test. Tous les disques sont identiques!
Les récepteurs : le cerveau
Les couleurs semblent aussi plus saturées si le fond est proche de la
couleur complémentaire et moins vivaces si le fond est grisâtre.
Les récepteurs : le cerveau
En cas de fatigue ou de manque de sucres, le cerveau
génère du bruit électrique qui se traduit par des
segments lumineux ou une impression de neige voire
des taches apparaissant dans le champ de vision :
scotomes lumineux. Dus à une absence de perception
de la rétine.
Très complexe, trop pour détailler davantage.
Quelques détails liés à l'observation seront présentés dans
la partie psychologie
Principes généraux
Pour observer le plus efficacement possible, il faut que les
contraintes physiques se fassent oublier :

Être en forme, ne pas avoir envie d'aller aux toilettes

Avoir mangé suffisamment et sans excès




Ne pas avoir fumé (risque d'hypoxie) ou s'être exposé
aux UV sans protections (micro-lésions rétine)
Être confortablement installé(position assise sans se
tordre le cou, être bien couvert)
Avoir préparé ses observations et le matériel (nettoyage
des optiques)
Adapter le site d'observation à la cible visée (ciel
profond ou planète)
Principes généraux





Rester longtemps à l'oculaire (>10 minutes) pour que le
cerveau s'accoutume à l'image et l'interprète justement.
Le dessin est un bon moyen pour cela, et permet de
synthétiser tous les détails vus.
La vision binoculaire procure un meilleur confort visuel
et permet d'atteindre les mêmes détails que ceux vus
par un seul oeil en fatiguant moins l'organisme.
En cas de vision monoculaire, garder les 2 yeux ouverts
pour ne pas se crisper et fatiguer, en masquant l'oeil qui
n'observe pas
Grossir et tester plusieurs grossissements, des filtres.
Bouger un peu l'instrument pour détecter les objets
faibles, les bâtonnets étant sensibles au mouvement.
La psychologie
Le cerveau est l'artisan principal de la vision contrairement à ce qu'on
pourrait croire car il reconstruit et interprète l'image.
Alors que les capacités de l'oeil diminuent avec l'âge, un observateur
acquérant de l'expérience et vieillissant y verra mieux qu'à ses
débuts. Il faut aussi pouvoir entraîner la vision en observant souvent
(< 1 mois).
On voit mieux ce qu'on connaît.
Sans aller jusqu'à imaginer les détails parce qu'on sait qu'ils sont là,
savoir qu'ils sont présents permet d'aider le cerveau à interpréter et
les repérer.
Un bord plus net de galaxie peut être l'indice d'une bande d'absorption,
un renforcement lumineux le départ d'un bras de galaxie.
Je préconise de se renseigner sur l'objet mais sans pouvoir situer
l'emplacement du détail, puis de l'observer, noter l'emplacement du
détail et comparer après coup avec une photo. Je déconseille de
comparer pendant l'observation avec une photo, risque d'être
influencé.
La psychologie
Exemple de Lord Rosse avec les bras spiraux de M51 en 1845 dans un
télescope de 180cm. Vus de nos jours avec un télescope de 20-30cm!
La psychologie
Surfaces uniformes
Quand l'oeil regarde des surfaces avec peu de différences de contraste, le
cerveau risque d'inventer des détails. Exemple des canaux martiens.
Antoniadi
Schiaparelli
L'usage de filtres ou de grossissements variés peut aider à garder
l'objectivité.
La psychologie
Le mouvement
Les bâtonnets étant sensibles aux mouvements, il est plus facile de détecter un
objet faible en faisant bouger un peu le tube de l'instrument ou en tournant l'oeil
dans le champ.
Cette méthode permet aussi de détecter par comparaison un objet faible et
étendu un peu moins sombre que le reste du ciel. Exemple sur la nébuleuse
California ou les nuages obscurs.
La psychologie
Le fond de ciel
L'oeil a plus de mal à se repérer quand le fond de ciel est noir au lieu de
gris sombre, car il n'a plus de base de comparaison et se fatigue plus
vite.
Nuages obscurs Barnard 336 et Barnard 33 (Tête de Cheval)
La psychologie
Environnement désert
Si le champ de vision ne contient que
l'objet et qu'il est faible, il est moins
visible que si une étoile ou plusieurs
sont visibles en même temps.
Exemple de certaines nébuleuses
planétaires à fort grossissement.
Étoiles salvatrices pour observer la
nébuleuse planétaire PK79+5.1
Pas d'étoile assez brillante à proximité à 480x ou 686x!
La psychologie
Travail par comparaison
Le cerveau jugera différemment de la clarté d'un gris selon le fond sur
lequel il se projette, ou de la saturation voire de la teinte d'une couleur
selon son environnement.
Rappel :
Observer avec des défauts de vision
Les défauts de myopie, presbytie et
d'hypermétropie sont compensés en
changeant la mise au point quand on
observe avec un instrument.
Pour l'astigmatisme, il diminue à mesure
que le grossissement augmente
(rapport F/D). Il existe des verres
correcteurs pour certains oculaires.
Sinon garder ses lunettes et utiliser un
oculaire à long relief d'oeil. Ou observer
avec des lentilles.
A l'oeil nu, la myopie nocturne affecte
chacun et peut être compensée avec
une légère sur-correction d'1 dioptrie.
Observation des planètes et de la Lune
Nuit peu turbulente dans l'idéal, sinon rester encore plus longtemps
à l'oculaire pour guetter les trous de turbulence.
Grossir beaucoup pour rendre plus faciles à détecter et interpréter
les détails fugaces. 2X le diamètre en mm.
Observation des planètes et de la Lune
L'oeil doit travailler en mode diurne car c'est lui qui offre la vision des couleurs
mais aussi une image plus propre car l'oeil travaille à un rapport F/D plus grand
qu'à pleine ouverture quand la pupille est rétractée (profondeur de champ et
contraste meilleurs). De plus, moins d'aberrations optiques.
Un environnement urbain ou ciel crépusculaire seront les mieux adaptés. Sinon
s'éblouir exprès mais modérément (gare à la persistance rétinienne!) .
Travailler la mise au point et ne pas hésiter à la refaire en fonction de la
turbulence. Sinon risque de fatigue, voire de migraine.
Observation du Soleil
ATTENTION! Danger! Ne jamais regarder le Soleil sans filtre
protecteur sous peine de devenir aveugle!
A l'oeil nu, uniquement quand il se lève ou se couche avec une couleur orange ou
rouge, sinon risque d'éblouissement.
Regarder le soleil uniquement si l'instrument a un filtre devant, ou un prisme de
Herschel à l'arrière ou est conçu spécifiquement pour l'observer (instruments
H-alpha). Demander avant observation si l'instrument est prêt pour
l'observation solaire.
Filtre pleine ouverture
tt
Prisme ou
Hélioscope
d'Herschel
Observation du Soleil
Bannir les filtres "Sun" vissés sur l'oculaire, ils
peuvent éclater à cause de la chaleur solaire
concentrée au foyer!
Une fois ces précautions prises, on peut observer
le Soleil. Moins de turbulence le matin.
Lumière blanche :
Ne pas hésiter à grossir si la turbulence le permet
pour détailler les taches solaires. Porter une
casquette ou se protéger sous un tissu noir
afin d'augmenter le contraste perçu.
Observation du Soleil
En H-alpha :
Observation des protubérances dans ce rouge profond (656 nm) auquel
l'oeil n'est pas très sensible. Se couvrir la tête d'un tissu noir pour
occulter l'éclairage ambiant. Les protubérances peuvent évoluer en
quelques minutes. Il peut être nécessaire d'utiliser la vision décalée pour
les protubérances ténues! Mettre celle observée dans la partie centrale
du champ de l'oculaire.
Observation d'objets du ciel profond
Cette fois l'oeil travaille le plus souvent en vision nocturne.
Il faut utiliser la vision décalée pour que l'image arrive sur les
bâtonnets de la rétine.
Observation d'objets du ciel profond
Pour ça, positionner
l'objet au centre du
champ et regarder au
dessus vers 20° dans
la direction s'éloignant
du nez. Essayer
éventuellement aussi
avec chaque oeil.
Bouger le tube pour
aider à la détection.
Prendre de grandes
inspirations (hyperventilation) pour
augmenter l'apport
d'oxygène au cerveau.
Observation d'objets du ciel profond
La capacité de détection de
l'objet est liée, en plus de
son éclat, à sa taille
apparente dans le champ
de vision. Il faut tester
beaucoup de
grossissements. Les plus
faibles ne sont pas les
meilleurs pour beaucoup
d'objets (amas ouverts,
nébuleuses planétaires,
amas globulaires) mais
certaines nébuleuses
diffuses se diluent très
vite dans le fond de ciel
quand le grossissement
augmente. De plus on
verra des choses
différentes selon le
grossissement.
NGC288 à 75x, 109x, 150x et 218x
Observation d'objets du ciel profond
Par exemple la queue
d'une comète à faible
grossissement, et les
détails proches du
noyau à fort
grossissement.
Exemple Hale-Bopp.
Le grossissement permet
souvent de gagner en
contraste sur l'objet et
d'augmenter la limite de
magnitude vue.
Flagrant sur les petites
galaxies et les amas
d'étoiles, même en ville.
Observation d'objets du ciel profond
Sur certains objets colorés, il faut au contraire peu grossir pour voir la
couleur, et regarder l'objet directement pour utiliser les cônes de la
rétine. La couleur est plus facile à voir au crépuscule ou quand on
sort d'un environnement lumineux.
Exemple de petites nébuleuses planétaires colorées :
NGC6572, NGC7662 et NGC7027
Cas particulier des étoiles colorées (exemple étoiles doubles): si l'étoile
est brillante, un léger flou de mise au point diminue la saturation et
permet de mieux apprécier la couleur.
Observation d'objets du ciel profond
Apport du temps
d'observation :
exemple avec la
galaxie M109
0mn
5mns
15mns
45mns
Observation d'objets du ciel profond
Mise au point :
Il est primordial de faire une bonne mise au point même en ciel
profond (moindre fatigue, magnitude limite supérieure).
Si aucune étoile n'est visible à fort grossissement à côté de la
petite galaxie ou de la nébuleuse planétaire :




Diminuer en grossissement pour aller chercher une étoile
assez brillante à proximité
Se mettre au fort grossissement et faire la mise au point
Remettre l'oculaire faible grossissement sans toucher la
mise au point
Retourner sur l'objet prévu et remettre l'oculaire fort
grossissement sans toucher la mise au point
Observation d'objets du ciel profond
Fausses nébuleuses dues à la
diffusion :




S'assurer qu'il n'y a pas de buée
lors de l'observation de
nébuleuses à proximité ou
autour de certaines étoiles
(exemple de NGC1980) : en
vérifiant qu'il n'y a pas de halos
autour d'autres étoiles de
brillance comparable à proximité
Lutter contre la buée en chauffant
l'oculaire, en évitant d'expirer
dessus.
Nettoyer les optiques y compris les oculaires (poussière,
graisse)
Attention à la buée sur l'oeil pour les porteurs de lentilles
Les filtres
L'utilisation de filtres peut grandement faciliter les
observations en augmentant le contraste ou en
montrant différemment.
Il y en a de 3 sortes :

Filtres colorés pour observations planétaires

Filtres anti-pollution lumineuse

Filtres interférentiels à bande étroite
Ils sont pour la plupart vissés sur les oculaires.
Les filtres
Filtres colorés pour observations
planétaires
Ces filtres teintés dans la masse
laissent passer une bande large de
couleur. Leur rôle est de rehausser
le contraste sur les planètes, en
faisant ressortir les zones claires
de la couleur du filtre, ou les zones
sombres de couleur
complémentaire.
Exemple
: nuages blancs-bleu sur Mars et bandes sombres
rouges de Jupiter avec filtre bleu, nuages de Vénus avec
filtre violet, cyclones clairs de Jupiter avec le filtre jaune.
Liste de filtres et leurs domaines de prédilection :
http://www.laclefdesetoiles.com/pages/filtres-colores
Les filtres
Filtres anti-pollution lumineuse
Filtres interférentiels large bande
(extinction de certaines
couleurs par interférences
comme dans les irisations
colorées de taches d'huile), et
extinction des longueurs d'onde
de l'éclairage public (mercure,
sodium).
Ces filtres laissent passer les
raies d'émission principales des
nébuleuses (H-Alpha, H-Bêta et
Oxygène). Augmentation du
contraste en milieu urbain pour
les astres à spectre d'émission.
Spectre d'émission
Filtre de rejet
de pollution
lumineuse
Baader UHCS
Spectre d'une lampe sodium haute pression
Les filtres
Exemples :
LPR, Deep Sky, Broadband, UHC-S
Spectre du filtre Deep Sky
Les filtres
Filtres interférentiels à bande étroite
UHC (Ultra High Contrast), OIII (Oxygène 3), H-Alpha, H-Bêta...
Ces filtres sont nettement plus sélectifs que ceux anti-pollution. Ils ne
laissent passer que quelques longueurs d'onde précises. Excellent
contraste sur les objets émissifs.
Ce sont des filtres spécialisés pour observer les nébuleuses car
éteignant fortement les étoiles.
Dentelles du Cygne observées avec un filtre OIII
Les filtres
Les nébuleuses émettent surtout dans les raies de H-alpha (656nm),
Oxygène 3 (496 et 501nms) et H-bêta (486nm).
Les filtres isolent ces raies. UHC = raies de OIII + raies de H-Bêta.
En visuel, le H-alpha est visible sur les protubérances du Soleil mais
quasiment pas sur les nébuleuses. Par contre les couleurs verte de
l'OIII et bleu-verte du H-bêta correspondent au pic de sensibilité de
l'oeil en vision nocturne
Spectre d'un filtre
OIII
Les filtres
Le filtre UHC est un peu le couteau-suisse, mais moins contrasté que
les filtres spécifiques OIII ou H-bêta.
Les filtres OIII sont destinés à l'observation des nébuleuses
planétaires ou des nébuleuses diffuses émissives.
Les filtres H-bêta sont réservés en priorité à certains objets comme la
Tête de Cheval ou California, mais sont aussi intéressants sur
certaines nébuleuses émissives, et étonnamment sur des
nébuleuses diffuses par réflexion bleutées (NGC1977 l'Homme qui
court...).
Les filtres H-alpha pour le visuel sont indispensables pour voir les
protubérances du Soleil et doivent pour cet usage avoir une largeur
de bande étroite (0,7nm habituellement).
Les filtres UHC et OIII permettent de trouver des petites nébuleuses
planétaires par effet "blinking" => en passant et retirant le filtre
devant l'oculaire, les étoiles alentours sont fortement atténuées
alors que l'éclat de la nébuleuse ne bouge pas.
Il reste à expérimenter par vousmêmes ces principes
d'observation quand le ciel sera
dégagé!
Vous pourrez retrouver cette présentation à l'adresse
http://xcamer.perso.sfr.fr/astrodivers.html