Lunette astronomique - sciencesetlaboratoire

Lunette astronomique:
Qu'est-ce que la lunette astronomique?
Une lunette astronomique est un instrument optique permettant d'augmenter la taille
apparente et la luminosité des objets du ciel lors d'une observation.
1) L’historique de la lunette astronomique:
-Beaucoup peuvent croire que c’est Galilée qui a inventé la lunette astronomique,
seulement c’est faux. C’est Hans Lippershey, artisan opticien hollandais qui l’a inventé au
XVIII ème siècle. Et en 1608, il présente la première démonstration concrète d'une
lunette astronomique.
-Galilée (1564-1642 : Il a réalisé sa propre lunette astronomique avec beaucoup de soin,
en polissant une lentille concave et une convexe. D’un diamètre de 30mm et grossissant
entre 20 et 30x. Grâce à cette lunette il a découvert que la Lune avait des cratères,
montagnes et mers ; que la Voie Lactée est faite d’étoiles, etc…
Durant les XVII et XVIIIème siècle apparaissent les « longues lunettes à faire peur aux
gens » Elles sont au début le résultat d'un bricolage empirique, et sont imparfaites. Mais
les opticiens s’attachent à trouver de nouvelles formules pour que l’image de la lunette
astronomique soit de meilleures qualités.
-Kepler (1571-1630) : C’est ça formule qui va être adoptée, elle est basée sur 2 lentilles
convexes (objectif et oculaire).
-Hevelius (1611-1687) : Il fabrique une « machine céleste » qui mesure 46m de long,
seulement cette lunette astronomique ne lui servira guère.
-Huygens (1629-1695) : Il découvre les anneaux de Saturne ainsi que son plus gros
satellite, Titan. Grâce à sa lunette qui mesure 37m, il découvre des détails de Mars
comme la calotte polaire.
Les lunettes géantes sont bien difficiles à manœuvrer et elles sont bien imparfaites.
- La lunette astronomique de Lick (1888) fera 89 cm de diamètre pour 17 m de focale.
-Celle de Yerkes (1897), toujours en service aujourd'hui, fait 1 m de diamètre et 19 m de
focale. Ces lunettes sont parfaites pour étudier les planètes et les étoiles doubles.
Combinées à la photographie, les lunettes installées dans le monde entier permettent
d'élaborer une carte photographique du ciel.
Cependant pour les grands observatoires, les lunettes n’ont plus d’avenir : la
spectroscopie et la photographie exigent des instruments plus lumineux et il est
impossible de couler, polir et soutenir des lentilles au bout de tubes de 20 m de long. Les
télescopes à miroir, plus compacts et plus facile à réaliser (une seule surface à polir) vont
l'emporter. Les astronomes aussi délaissent planètes et étoiles pour se tourner vers les
objets moins lumineux, ces objets pâles et flous qu'on nomme alors du terme générique
les " nébuleuses " et pour lesquels il faut des instruments de grand diamètre. Ce sont ces
derniers qui révéleront la véritable nature de ces objets.
Délaissées par les grands observatoires, les lunettes ont encore de beaux jours devant
elles parmi les astronomes amateurs. C'est que ces instruments procurent en général des
images piquées, bien contrastées et supérieures à un télescope à miroir de même
diamètre, avec une remarquable finesse d'image après une mise à température rapide.
Un télescope associe un (ou plusieurs) miroir objectif avec une lentille (ou un
groupe de lentilles) oculaire => principe de base = réflexion de la lumière.
Une lunette astronomique associe une lentille objectif (ou un groupe de
lentilles) avec une lentille (ou un groupe de lentilles) oculaire => principe de
base = réfraction de la lumière.
2) L’évolution de la lunette astronomique:
Hans
Lippershey:
Première
démonstration
d'une lunette
astronomique.
1608
Lunette de
Huygens de
37m.
Galilée: il établit la
lunette d'approche
comme instrument
d'observation
astronomique
Lunette de
Yerkes.
1629-1695
1609
1641
1571-1630
Lunette de
Hevelius.
1897
1888
Lunette de Lick.
Kepler: Direction
apparente de l'objet.
3) Composition de la lunette astronomique
Une lunette astronomique est composée de deux systèmes optiques
convergents comprenant :
- un objectif: de grande distance focale (de l'ordre du mètre), qui donne
l’image d'un objet éloigné (paysage, étoile ….).
- un oculaire: de courte distance focale (de l'ordre du centimètre) qui joue
le rôle de loupe.
L’objectif et l’oculaire sont disposés de part et d’autre d’un tube fermé.
Ce tube peut être fixe ou télescopique comme dans le cas des longuesvues de marine.
L’oculaire se situe du côté de l’œil et il est de petite dimension.
L’objectif se situe de l’autre côté et il est, généralement, de
plus grande dimension que l’oculaire.
Ces premières lunettes d'approche, terrestre ou astronomique,
ont possédé un objectif convexe et un oculaire concave, dû au
principe de hasard de leur invention par des lunetiers.
Le diamètre de l'objectif détermine la quantité de lumière
pénétrant dans l'appareil et donc, la clarté de l'objet. Le pouvoir
séparateur, aptitude à donner deux images distinctes de deux
points objets, dépend également du diamètre de l'objectif.
La focale de l'objectif détermine le grossissement observé au
travers de l'objectif. Plus précisément, la focale représente la
distance en millimètres qui sépare le capteur du centre optique
de l'objectif.
Les plus récentes possèdent objectif et oculaire convexes.
L'oculaire concave donne une image droite permettant l'usage
en longue-vue terrestre et un raccourcissement de la longueur
du tube par rapport à la focale de l'objectif. L'assemblage de
deux de ces lunettes de petite taille crée l'appareil dit jumelles
de Galilée.
Alors que pour l'oculaire convexe, on obtient un retournement
de l'image (haut et bas) et un allongement par rapport à la
longueur de la focale de l'objectif.
On peut faire une lunette simple avec deux loupes. Une grande,
à foyer assez lointain servant d'objectif, et une petite, à foyer
rapproché servant d'oculaire. En effet, l'objectif et l'oculaire
sont deux systèmes optiques convergents, c'est-à-dire qu'ils
concentrent (focalisent) les rayons lumineux, à la manière
d'une loupe. Ces deux systèmes convergents ont comme
caractéristiques principales le diamètre et la distance focale. La
distance focale est la distance entre le centre du système
optique convergent (par exemple le centre de la lentille d'une
loupe) et le foyer (le point où des rayons lumineux provenant
de l'infini convergent).
Les lunettes modernes ont toutes des objectifs et des oculaires
composés de plusieurs lentilles.
Le grossissement de la lunette est calculé en divisant la
distance focale de l'objectif par celle de l'oculaire.
4) Le rôle :
La lunette astronomique joue le double rôle de :
•
Collecter la lumière
•
Effectuer un zoom sur un objet qui ne soit pas un point.
Le rôle d’une lunette astronomique est de donner des images
grossies d’objets lointains dont le diamètre apparent est
insuffisant pour être observé à l’œil nu.
La lunette astronomique sert à l'observation des astres (objets
situés à l'infini)
5) LE XIQU E :
Lentille concave : lentille ayant une surface creuse.
Lentille convexe : lentille courbée vers l’extérieur (par
opposition à concave).
Spectroscopie : analyse qui permet de déterminer les
constituants d'un corps par l'étude de leur spectre d'absorption.
Oculaire : système optique complémentaire de l'objectif.
6) Calculs :
Avant tout, il faut calculer la distance focale 1/C pour chaque lentille
donc:
1/2= 0,5m 1/3= 0,34m 1/4= 0,25m 1/6= 0,117m 1/8= 0,13m 1/11=
0,09m
Pour ensuite ajouter les longueurs des lentilles:
Ex: lentille +3doptrie + 11 doptrie= 0,34+0,09 = 0,43 m
Lentille de convergence: +3 dipotrie +11 dioptrie=0,43m=Bien
Lentille de convergence:+3 dioptrie +8 dioptrie=0,47m= bien
Lentille de convergence: +2 dioptrie +11 dioptrie=0,59= excellent
Lentille de convergence: +2 dioptrie +8 dioptrie=0,63=
ne marche pas.