Spécialité Physique Télescope de Newton Chap.2 I. Description du télescope de Newton Le télescope a pour rôle de former l’image d’un astre par réflexion (d’où le nom d’instrument « réflecteur » contrairement à la lunette astronomique appelée instrument « réfracteur » ). La surface réfléchissante constituant l’objectif est en fait parabolique, mais le miroir sphérique en fournit une bonne approximation. Le faisceau lumineux revenant sur lui-même dans le télescope, il faut placer l’oculaire de façon que l’observateur ne perturbe pas le faisceau incident ; il existe plusieurs dispositifs auxquels sont associés des noms de télescopes. Dans le télescope de Newton, un miroir plan, incliné à 45°, permet de renvoyer latéralement le faisceau lumineux réfléchi par le miroir objectif pour que l’image finale se forme à l’extérieur du tube du télescope. II. Formation des images Hypothèse : l’objet AB observé est situé à l’infini, vu sous l’angle θ, le point A étant sur l’axe du miroir. Principe de construction : ➢ Le miroir principal donne de l’objet AB une image A1B1 ; ➢ L’image A1B1 sert d’objet pour le miroir plan qui en donne une image A2B2 ; ➢ L’image A2B2 sert d’objet pour l’oculaire qui donne une image définitive A’B’ à l’infini vue sous un angle . 02/01/12 P02_Telescope_Newton.odt 1/3 III. Grossissement G L’angle θ sous lequel on voit l’objet à l’œil nu est aussi l’angle sous lequel on voit l’image A 1B1 depuis le point D A1 B 1 A1 B 1 Hypothèse : θ petit donc tan θ ≈ θ = = DB 1 f '1 Dans le cas d’une vision à l’infini, télescope afocal, l’angle θ’ sous lequel on voit l’image A’B’ est aussi l’angle A B A B sous lequel on voit l’objet A2B2 depuis le centre de l’oculaire : θ’ = 2 2 = 2 2 O 2 A2 f '2 A2B2 est l’image de A1B1 donnée par le miroir plan. Cette image symétrique de l’objet par rapport au miroir. Elle a A B A B donc même dimension : A2B2 = A1B1 d’où θ’ = 2 2 = 1 1 f '2 f '2 A B f ' f ' 1 1 1 1 θ' Par définition, G = θ = × soit G = f '2 A1 B 1 f '2 Dans le cas d’une vision à l’infini (télescope afocal), le grossissement est égal au quotient de la distance focale du miroir principal par celle de l’oculaire. IV.Cercle oculaire Le cercle oculaire est l’image du miroir principal donné par l’oculaire. L’œil doit être placé à son niveau pour recevoir le maximum de lumière. Pour construire le cercle oculaire, il faut d’abord construire l’image du miroir principal donnée par le miroir secondaire puis cette image sert d’objet pour l’oculaire qui en donne le cercle oculaire. On peut retrouver la position du cercle en utilisant la formule de conjugaison appliquée à l’oculaire. ➢ Le télescope est afocal donc O2 A2 = f ’ 2 ; A2 est le symétrique de A1 par rapport au miroir plan donc OA 2 = OA1 ; SA 1 = f ’ 1 = SO + OA1 = SO + OA2 d’où SO + OO 2 = SO + OA 2 + A2 O 2 = f ’1 + f ’2 . ➢ Pour un télescope afocal, SO + OO 2 = f ’ 1 + f ’ 2 . V. Avantages du télescope sur la lunette astronomique L’objectif étant de type réflecteur, les pertes de lumière sont moins importantes que dans une lunette. De plus, il est facile de fabriquer des miroirs de grand diamètre que de grandes lentilles. Le télescope est donc un meilleur collecteur de lumière que la lunette VI. Construction graphique de l’image intermédiaire et de l’image définitive d’un objet à l’infini données par le télescope de Newton ; Position du cercle oculaire : Voir page 4 AB objet situé à l’infini. A1 B1 image de AB donnée par le miroir sphérique ( M 1 ) : elle se forme au foyer F de ce miroir. A2 B 2 image de A1 B1 donnée par le miroir plan ( M 2 ) : c’est le symétrique de A1 B1 par rapport au plan de ce miroir ; elle se situe dans le plan focal objet de la lentille (L). A’B’ image de A2 B 2 donnée par la lentille (L) ; elle se situe à l’infini. VII. Modélisation d’un télescope de Newton On réalise un télescope de Newton à l’aide d’un miroir sphérique concave de 10 cm de distance focale et 4,0 cm de diamètre, d’un miroir plan et d’une lentille convergente de 2,0 cm de distance focale. Le centre du miroir secondaire est situé sur l’axe optique du télescope à 2,0 cm du foyer du miroir principal. On observe, à l’aide de ce télescope, un objet AB situé à l’infini, A étant sur l’axe du télescope. Le miroir principal donne de cet objet AB une image A1 B1 de 8,0 mm de hauteur. 1) Faire un schéma à l’échelle 1/1 sur lequel seront représentés les deux miroirs, la lentille oculaire et l’image A1 B1 2) Tracer un des rayons qui permettent de construire l’image A1 B1 et en déduire l’angle θ sous lequel est vu l’objet AB depuis le lieu d’observation. 3) Construire l’image A2 B 2 donnée par le miroir plan ainsi que l’image définitive A’B’. 4) Calculer l’angle θ’ sous lequel est vue l’image A’B’ et en déduire le grossissement du télescope. 5) Vérifier que ce grossissement est bien égal au rapport de la distance focale de l’objectif à celle de l’oculaire. 6) Tracer la marche d’un rayon quelconque issu de B. 7) Quelle est la distance minimale qui doit séparer le centre du miroir secondaire du foyer du miroir primaire ? De quoi dépend-elle ? VIII. Exercice 22 p 42 02/01/12 P02_Telescope_Newton.odt 2/3