À l affût des étoiles

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1 Guide pratique de l astronome amateur À l affût des étoiles À l affût des étoiles 00 + edxeem10p0la0ires vendus 17e édition Depuis quelques années, l astronomie est entrée dans une ère nouvelle et tout un chacun a désormais accès «en direct» à un univers merveilleux et mystérieux. Le ciel est un spectacle et, chaque nuit claire, des milliers d astronomes amateurs observent les astres pour leur seul plaisir. Mais comment s y prendre? Quels astres observer? Où et quand? Avec quel matériel et selon quelles techniques? Pierre Bourge a consacré plus de 60 ans de sa vie à l astronomie amateur. Il est le fondateur de la publication Ciel et Espace et lauréat de la Société Astronomique de France. Il est l auteur de nombreux ouvrages d astronomie. Ce guide est tout à la fois une introduction à l astronomie et une initiation à la pratique instrumentale. Il donne de nombreux conseils pratiques pour optimiser vos observations et faciliter vos débuts d astrophotographe. Jean Lacroux est écrivain scientifique et chroniqueur en astronomie. P. Bourge J. Lacroux N. Dupont-Bloch Enrichie de près d une centaine de nouvelles images en couleur, cette dix-septième édition tient compte des évolutions du matériel et des découvertes les plus récentes et donne de précieux conseils pour réaliser vos propres photographies astronomiques. Nicolas Dupont-Bloch Ancien membre de la Société d Astronomie de Nantes où il a reçu un 1er prix européen, il a dirigé un observatoire et préside une association qui a reçu un label Unesco. À vos télescopes! À l affût des étoiles 17e édition Guide pratique de l astronome amateur barbarycourte.com Pierre Bourge Jean Lacroux Nicolas Dupont-Bloch ISBN de exemplaires vendus _etoiles_175.indd x 240 mm - 17,5 mm 10/05/12 18:58

2 Table des matières Introduction XIII 1 Observation du ciel à l œil nu 1 Repérez les constellations 1 Utilisez un planisphère tournant pour retrouver les constellations 1 Les alignements, procédé commode d identification 5 En été, les alignements partent de la Grande Ourse 5 En hiver, les alignements partent d Orion 6 Le Zodiaque, ceinture du ciel 8 La Voie Lactée permet aussi de vous y reconnaître 9 La voûte céleste semble tourner 10 Comment évaluer des distances angulaires «sur le ciel»? 10 Exercez-vous à identifier les planètes 12 Surveillez les étoiles variables 12 Observez la lumière cendrée de la Lune 13 2 Observation du ciel avec des jumelles 14 Jumelles de théâtre 14 Jumelles à prismes 14 Comment régler les jumelles? 15 Observations avec des jumelles 16 3 Qu est-ce qu un instrument astronomique? 18 Comment fonctionne un instrument astronomique? 18 De quoi se compose un objectif de lunette? 19 Comment calculer le pouvoir séparateur? 20 Possibilités théoriques des lunettes et télescopes 21 Clarté d un instrument d observation 21 Qu est-ce que l ouverture relative? 22 Quelle est la puissance réelle d un instrument? 22 Quelles sont les performances des instruments courants? 22 4 Les lunettes 25 Les lunettes achromatiques 25 Les lunettes semi-apochromatiques 26 Les lunettes apochromatiques 26 5 Les télescopes 28 Les télescopes Newton 28 Les télescopes Maksutov-Cassegrain 30 Les télescopes azimutaux Dobson 31

3 TABLE DES MATIÈRES Les télescopes Cassegrain et leurs dérivés 32 Les télescopes Schmidt-Cassegrain 33 6 Les montures 35 La monture la plus simple 35 La monture la plus courante 36 La monture la plus évolutive 37 La monture la plus compacte 39 7 Les oculaires et les accessoires indispensables 41 Divers types d oculaires 41 Utilisez une gamme d oculaires 44 Déterminez le champ de chaque oculaire 45 Qu est-ce que l anneau oculaire ou «pupille de sortie»? 45 Coulants d oculaires et adaptateurs 46 Le renvoi coudé 46 La lentille de Barlow 47 Le chercheur classique 47 Le pointeur lumineux 47 Le pare-buée 48 Autres accessoires utiles 48 8 Ce qu il faut savoir avant d acheter un instrument 49 Quelques précautions utiles 49 Quel type d instrument faut-il choisir pour un jeune débutant? 51 Quelques types d instruments du commerce et leurs applications 51 Pour observer depuis une fenêtre 55 Pour observer depuis un balcon 55 Pour observer depuis un jardin ou une terrasse 57 Méfiez-vous des instruments d occasion 58 9 Quelques conseils pratiques 59 Comment observer le ciel profond 59 Comment pointer un astre sans chercheur 60 Soigner la mise au point de l oculaire 60 Ne pas abuser des oculaires forts ni des Barlow 60 Le rôle important de l atmosphère 61 Comment choisir un site d après la turbulence 61 Lutter contre l humidité 62 Installez-vous confortablement 63 Quelles sont les meilleures nuits pour observer et photographier? 63 Une monture stable est indispensable 64 Coupoles et abris astronomiques Apprenez à contrôler et à régler votre instrument 67 Sachez tester votre instrument 67 Essayez votre lunette et contrôlez le montage de l objectif 68 Apprenez à régler votre objectif au moyen d une «étoile artificielle» 71 Contrôlez vos oculaires 71 Comment nettoyer l objectif d une lunette et ses oculaires? 71 Comment nettoyer un miroir de télescope 72 IV

4 TABLE DES MATIÈRES Entraînez-vous à suivre un astre 72 Contrôlez le trépied et la monture de votre instrument 73 Le réglage du chercheur pour l observation 73 Le réglage du chercheur pour une webcam 74 La collimation d un télescope Newton 74 La collimation d un télescope Schmidt-Cassegrain 79 Comment améliorer le montage du miroir d un Newton d initiation? Comment mettre en station un instrument équatorial 82 Qu est-ce qu une monture équatoriale? 82 Réglage en «position approchée» 83 Mise en station rapide et approchée d une monture équatoriale à viseur polaire 85 Comment mettre en station un instrument équatorial? 86 Comment trouver un objet invisible dont on connaît les coordonnées? 90 Le «goto» Comment dessiner les objets célestes 92 Préparation du travail 92 Le travail à l oculaire 94 Achèvement du travail La Lune : carte d identité astronomique 100 Origine 100 Dimensions, masse et pesanteur 100 Forme 100 Température 100 Mouvements 101 Aspect 103 Distance 103 La Terre et la Lune, planète double 103 La Lune, triomphe de la mécanique céleste 103 Signe particulier : astre mort au relief bouleversé Excursion sur la Lune avec votre lunette 107 La Lune, astre longtemps délaissé 107 L observation de la Lune est accessible à tous les instruments 107 Rayonnements 108 Rainures 108 Cirques 108 Régions lunaires à surveiller 108 Phénomènes lunaires transitoires 110 Observez les occultations 110 L observation de la Lune est aussi un spectacle La Lune au jour le jour 113 Étudiez d avance le terminateur 113 Sur la Lune, les jours se suivent et ne se ressemblent pas 113 V

5 TABLE DES MATIÈRES 16 Le Soleil : carte d identité astronomique 119 Fiche d identité astronomique 119 Quelle est la structure du Soleil? 120 Les différentes enveloppes solaires 121 Photosphère et taches 122 La granulation 123 La couche renversante 124 La chromosphère Comment observer le Soleil? 127 Observation à l œil nu 127 Quel diamètre doit présenter une tache solaire pour être perceptible à l œil nu? 127 Observation avec une lunette ou un télescope 128 Observation avec des jumelles 130 Comment améliorer l image solaire observée dans une lunette achromatique? 130 Observation par projection Évaluation de la dimension des taches et de l étendue des groupes 131 Comment améliorer les observations solaires par projection? 132 Observation de la rotation du Soleil 132 Un dispositif pour améliorer le rendement des écrans gradués 134 Observation directe en utilisant un hélioscope d Herschel 135 Observation avec un solarscope 136 Observation en hydrogène alpha et en calcium ionisé 136 Qu est-ce que le nombre de Wolf-Wolfer? Les éclipses, phénomènes à grand spectacle 139 Conditions de possibilité d une éclipse de Soleil 139 Mécanisme d une éclipse de Soleil 140 Mécanisme d une éclipse annulaire de Soleil 140 Observation des éclipses partielles de Soleil 141 Observation des éclipses totales 142 Observation des éclipses de Lune 142 Comment photographier une éclipse par images successives «en chapelet»? 144 Temps de pose pour la photographie des éclipses de Lune 147 Éclipses totales de Soleil Les coordonnées astronomiques, quadrillage céleste 151 La sphère céleste : une illusion commode 151 Les coordonnées astronomiques : deux nombres repèrent un astre 151 Un instrument indispensable en observatoire 152 Les échafaudages de la carte du Ciel Règles du jeu planétaire : les lois de Kepler 154 Première loi (1609) 154 Deuxième loi (1609), dite loi des aires 154 Un exemple : calcul de la distance de Jupiter au Soleil 155 VI

6 TABLE DES MATIÈRES Troisième loi (1619) 155 Quelques autres applications La loi de Newton et la gravitation 157 Formules traduisant la loi de la gravitation Coup d œil sur le système solaire 159 Une miniature du système solaire 159 Satellites, autres «lunes» 161 La grande famille du Soleil 161 Mercure, planète des extrêmes 161 Vénus, sœur brûlante de la Terre 161 Mars, terre à l agonie 162 Astéroïdes ou petites planètes, poussières d astres 163 Jupiter, monde géant 163 Saturne, merveille du système solaire 163 Uranus, la planète «rétrograde» (1781) 164 Neptune, réplique d Uranus (1846) 164 Pluton (1930), Eris (2005), objets transneptuniens et planètes naines 164 Les comètes, vagabondes du système solaire 166 Petit vocabulaire planétaire Les planètes rapprochées : Mercure, Vénus, Mars 168 Mars 168 Vénus 171 Mercure Jupiter, la planète des amateurs 176 La planète 176 Comment dessiner la surface de Jupiter? 177 Les satellites 179 Phénomènes des satellites de Jupiter 181 Ce qu on voit sur Jupiter Saturne et les planètes lointaines 183 Des anneaux à géométrie variable 185 Comment voit-on Saturne dans les instruments d amateur? Devenez chasseur de comètes 188 Quelle sera votre méthode de recherche? Observez les étoiles filantes, bolides et satellites artificiels 192 Poussières cosmiques 192 Notez les dates des essaims remarquables 193 Comment récolter les micrométéorites? 195 Et si vous avez la chance de voir un bolide 197 La chasse aux météores en dormant! 198 Conséquences inattendues 198 Des astéroïdes aux météorites, il n y a peut-être qu un pas 198 La chasse aux satellites artificiels 199 Comment photographier satellites artificiels et étoiles filantes? 199 VII

7 TABLE DES MATIÈRES 28 Les étoiles, soleils de l espace 201 Faux disques stellaires 201 Pourquoi les étoiles brillent-elles? 201 Qu est-ce que la magnitude d un astre? 202 Combien peut-on voir d étoiles à l œil nu? 202 Quelles cartes célestes pouvez-vous utiliser? 203 Désignation des étoiles à l aide de l alphabet grec 203 Observation des étoiles et des champs stellaires 203 Comment mesure-t-on la distance des étoiles? 204 Mouvements propres des étoiles 204 Mouvement propre du Soleil 205 Qu est-ce que l Apex? 205 Les spectres stellaires 205 Éléments numériques de quelques objets stellaires 206 Éléments numériques de quelques objets non stellaires 206 Masses stellaires 207 Classification température des spectres 207 Diamètre des étoiles 207 Quand les étoiles s effondrent 209 Trois scénarios pour la mort d une étoile Admirez les couples célestes 211 Qu est-ce qu une étoile double? 211 Comment observer les étoiles doubles? 215 Petites astuces instrumentales Surveillez les étoiles variables 218 Qu est-ce qu une étoile variable? 218 Comment classe-t-on les variables? 218 Les binaires à éclipses sont de fausses variables 220 Comment observer les étoiles variables? 221 Il faut travailler en équipe 223 Étoiles variables facilement accessibles et dont l observation est utile 223 Étoiles variables faciles à observer 224 Étoiles carbonées Observez les nébuleuses et amas stellaires Qu est-ce que la Galaxie? 237 Notre Univers stellaire 237 Dimensions de notre Galaxie 237 Rotation de la Galaxie 238 Amas ouverts 239 Nébuleuses diffuses et matière interstellaire 239 Amas globulaires 239 Qu y a-t-il au cœur de notre Galaxie? Que savons-nous des autres galaxies? 241 Structure des galaxies 241 Répartition et distances 241 Amas de galaxies 241 VIII

8 TABLE DES MATIÈRES L expansion de l Univers 242 La radioastronomie 242 Pulsars et quasars 242 Les galaxies en quelques nombres Observez les galaxies Découverte du ciel austral 250 Que se passe-t-il «sur le ciel» quand on «descend» vers l équateur terrestre? 250 Un miniciel austral 250 Une célébrité : la Croix du Sud 251 Comment se retrouver dans le ciel austral? 251 Les grandes vedettes 253 Quelques jolis couples célestes 254 Des variables à foison 255 Amas et nébuleuses facilement accessibles 255 Comment mettre rapidement en station une monture équatoriale dans l hémisphère austral? Coup d œil vers la spectroscopie 258 Comment construire un petit spectroscope pour faire de la spectrographie? 258 Construction 258 La fente réglable 259 Lentille, réseau et prisme 259 Spectrographie Comment devenir astronome professionnel? L Astronomie, clé d un savoir universel L Homme et la Terre à l échelle de l Univers Initiation à la photographie astronomique 272 Tous les appareils photographiques sont utilisables 272 Exercez-vous d abord sur des thèmes simples 272 Précautions utiles et «ficelles de métier» 274 Comment photographier certains «objets faciles» avec un appareil courant? 275 Comment photographier une constellation sans traînées d étoiles? 278 Des intrus sur vos clichés Les téléobjectifs en astrophotographie 280 Comment photographier la Voie Lactée? 281 Le champ photographique 282 Amas d étoiles, nébuleuses diffuses et galaxies Les techniques de base de la photographie du système solaire 286 La photographie au foyer 286 La photographie par projection 287 La photographie par amplification afocale 289 Blocage et dureté du porte-oculaire 290 IX

9 TABLE DES MATIÈRES Télescope ou lunette pour la photo astronomique? 291 L échantillonnage 292 Comment déterminer l échantillonnage optimal? 293 Le champ photographique d une caméra planétaire 294 Comment préparer une séance de prises de vues 295 Le compositage 296 Le contraste et la netteté 297 La réfraction atmosphérique 297 L amélioration d un objectif de lunette d initiation 298 Photographier la Lune 299 Agrandir l image 300 Photographier Vénus 302 Photographier Mars 304 Photographier Jupiter 307 Photographier Saturne 312 Photographier les autres planètes 314 La détection des exoplanètes Photographier le Soleil 316 Les appareils numériques compacts 316 Les appareils reflex et micro 4/3 317 Les caméras astronomiques planétaires 318 Les caméras astronomiques grand champ 319 Photographie solaire en lumière blanche à filtre large bande 319 La photographie en lumière blanche avec un hélioscope d Herschel 319 La photographie en H-alpha 320 Dynamique admissible 320 Les fenêtres calcium-potassium et radio Photographier le ciel profond 322 Les capteurs numériques 322 Appareils photographiques numériques (APN) reflex 324 Caméras vidéo 326 Les caméras CCD 327 L échantillonnage en ciel profond 327 Amélioration des images (darks, flat, offset) 328 La prise de vue 329 Suivi et autoguidage 331 Les filtres pour le ciel profond 333 Comment photographier les étoiles doubles? 334 Comment photographier les comètes? 335 Résumé des solutions photographiques 336 La photographie du ciel profond avec une lunette achromatique Quelques adresses, sites web et ouvrages 340 Logiciels amateurs gratuits 340 Dessin astronomique 340 Astronomie générale, fédérations, éphémérides 341 X

10 TABLE DES MATIÈRES Construction amateur 342 Revues et librairies spécialisées 342 Quelques adresses utiles Construire son appareil 344 Construire une lunette simplifiée 344 Monter un réticule sur le diaphragme d un oculaire 345 Construire un viseur à point rouge 345 Construire un support fixe rigide pour lunette ou télescope 347 Fixer un pied colonne 348 Un porte-oculaire à bras de levier pour la photographie 349 Un radio-télescope solaire pour 30 euros 350 Construire un trépied stable 350 Construire un petit équatorial photographique pliant 353 Construire une table équatoriale de J.-M. Becker 354 Dispositif trou-trait-plan indéréglable pour instrument transportable 356 Formule générale de l échantillonnage optimal 357 Glossaire 358 Index 369 XI

11 17 Comment observer le Soleil? Observer directement le Soleil, surtout à travers un instrument, peut faire perdre la vue. Associations et enseignants y sont particulièrement sensibilisés. Un filtre solaire respectant la norme CE 89/686 garantit, lorsqu il est en bon état et utilisé conformément aux instructions, que l observateur ne court aucun danger. C est le cas des lunettes pour éclipses et des filtres solaires qui s installent à l avant des jumelles et télescopes. Avant d utiliser des lunettes pour éclipse, il est indispensable de vérifier leur état. Dans une pièce sombre, placer les lunettes devant une ampoule. Des points lumineux indiquent une dégradation définitive, et les lunettes doivent être immédiatement jetées. Le Soleil est le siège permanent de phénomènes étonnants et spectaculaires qui méritent de retenir l attention des astronomes amateurs. De plus, son observation présente l énorme avantage de pouvoir se pratiquer en plein jour, donc par tous, notamment par le public qui hésite devant la perspective d une soirée tardive ou hivernale, et par les élèves de toutes les écoles. Observation à l œil nu Seuls les procédés suivants sont sûrs : Verre de soudeur grade 14 ; Lunettes pour éclipse solaire en Polysolar, donnant une image orange ; Lunettes pour éclipse solaire en Astrosolar, donnant une image gris-bleue ; Les lunettes pour éclipse en Astrosolar ou Polysolar (Baader), de prix modique quelques euros mais de grande qualité optique, filtrent les infrarouges et les ultraviolets et laissent passer 1/ e de la lumière visible. On peut s en procurer chez tous les revendeurs d astronomie et certains opticiens. Quel diamètre doit présenter une tache solaire pour être perceptible à l œil nu? À l aide d une des protections précédentes, il est possible d observer les plus grosses taches comme de minuscules points noirs sur le disque solaire. Il suffit que leurs dimensions atteignent au moins km, c est-à-dire qu elles représentent un diamètre apparent de 50 secondes d arc environ, soit la plus fine dimension angulaire que l œil peut résoudre. Les chances d apercevoir des taches à l œil nu sont plus fréquentes au moment de la période maximale d activité solaire, mais de spectaculaires taches apparaissent parfois en période de minimum.

12 17 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? Ce groupe de taches solaires exceptionnellement étendu, correspond à la distance de la Terre à la Lune, soit environ km! Ce cliché a été pris à l aide d une lunette de 109 mm munie de filtres rouge et neutre ; pose 1/1 000/sec sur film TP Photo : Daniel Montmoril. Le prochain maximum d activité solaire est en Le prochain minimum est en Observation avec une lunette ou un télescope Le danger de l observation solaire instrumentale est grand, particulièrement avec un public inexpérimenté ou un groupe d enfants. Quelques règles simples permettent de conduire ce type d observation, par ailleurs fascinante, en toute sécurité. Le chercheur de l instrument doit impérativement être enlevé ou bouché afin d éviter d en brûler le réticule, ou l œil d un observateur distrait passant derrière. Pour pointer le Soleil, observer l ombre de l instrument : il est correctement pointé lorsque l ombre est la plus petite. Attention! Les petits filtres marqués «SUN» livrés avec les instruments d initiation peuvent se fendre en 20 secondes et exposent l œil au risque de cécité complète, immédiate, indolore et irréversible. Ne jamais utiliser des verres teintés sur lesquels vous lisez «MOON» : ils sont réservés à la Pleine Lune! Proscrire les filtres de fortune ; nous n énumérerons pas ici la longue liste des bricolages dangereux qui ont pu être utilisés On peut utiliser trois procédés simples et sûrs d observation solaire : 1) Fixer un écran de projection solaire derrière l oculaire. Cet accessoire, disponible chez les revendeurs d astronomie, peut être construit aisément à l aide d un carton blanc de 15 cm de côté, placé à quelques décimètres de l oculaire et maintenu au porte- 128

13 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? 17 oculaire par une baguette de bois ou un tube d aluminium. Ce procédé de projection est très commode pour un groupe, mais il est impératif de veiller en permanence à ce qu un curieux ne place pas son œil ou sa main entre l oculaire et l écran. L objectif de l instrument peut être diaphragmé à 50 mm de diamètre, avec un trou hors axe s il s agit d un télescope (c est-à-dire décalé par rapport au miroir secondaire). 2) Fixer un filtre solaire à l ouverture, c est-à-dire devant l objectif. Un filtre en verre est relativement onéreux et ne s avère pas plus résistant qu une feuille jetable d Astrosolar ; cette dernière est donc souvent adoptée à partir de 150 mm de diamètre. L avantage d un filtre à l ouverture est double : on conserve le pouvoir séparateur car l objectif n a pas besoin d être diaphragmé, et on évite tout échauffement dans le chemin optique. Si l on opte pour la feuille d Astrosolar, il est prudent de la maintenir sur le tube de l instrument à l aide d au moins deux bons élastiques neufs et larges, tels qu on en trouve dans les magasins d aéromodélisme (pour fixer les ailes des planeurs). Le prix de quelques élastiques de qualité est négligeable devant le risque encouru en cas de rupture. On peut aussi réaliser un châssis de bois prenant la feuille en sandwich, fixé sur le tube de l instrument par des boulons et de petites équerres métalliques. De plus, l espérance de vie de la feuille est considérablement augmentée. Le filtre «RG», peu coûteux et délivrant une image orange très agréable, s utilise à l identique. Le filtre en verre fournit une image orangée très esthétique, ce qui n a guère d importance en photographie mais est appréciable en observation. Son état doit être vérifié avant toute observation, selon le même procédé qu avec des lunettes pour éclipse. Ce filtre est présenté dans un châssis métallique qui s insère en force autour du barillet de l objectif, le parebuée étant préalablement ôté. Il est prudent d assurer le maintien du filtre à l aide d adhésif large recouvrant à la fois le bord du châssis et le bord du barillet. 3) Après avoir placé le filtre devant l objectif, on place dans le porte-oculaire vide une caméra (webcam, caméra vidéo ou numérique capable de transmettre une image en continu), et Projection sur écran pendant une éclipse. Un grand carton troué en son centre et fixé sur la lunette maintient l écran à l ombre pour augmenter le contraste. Il ne faut jamais interposer son œil entre l oculaire et l écran! 129

14 17 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? on visualise les taches solaires sur un écran. Cette observation indirecte est sûre, et on peut ainsi réaliser des instantanés ou des films. Le champ d une webcam ne permet d observer le disque solaire en entier qu avec une focale d au plus 250 mm. Si l on désire cadrer tout le Soleil, au prix d une réduction de finesse d image, on peut utiliser un chercheur 9x50 dont on dévisse l oculaire, une lunette de 80/400 équipée d un réducteur de focale 0,5x pour webcam, ou un téléobjectif à monture à vis (standard Pentax) de 200 mm de focale avec un adaptateur 42 mm pour webcam. Disposer l écran à contre-jour dans un grand carton, sans quoi la lumière environnante ne permet pas d apercevoir grand-chose. Lunette de 70 mm équipée d un support prenant en sandwich une feuille d Astrosolar. Noter les ondulations de la feuille qui ne doit pas être tendue. Le débordement du support permet à l observateur de ne pas être ébloui. Sur un télescope de Newton, un cache latéral (devant le porte-oculaire) apporte un confort appréciable. Observation avec des jumelles Des jumelles dont les objectifs n excèdent pas 50 mm sont parfaitement utilisables avec de l AstroSolar ou du Polysolar à l ouverture, ce dernier étant un choix judicieux pour le rendu d image. Des jumelles plus lumineuses ne doivent être utilisées qu avec de l Astrosolar. Les jumelles portées à bout de bras sont instables, surtout en été lorsque le Soleil est haut. On améliore le confort d observation en les fixant sur un pied de caméscope, au moyen d un support à pince équipé d un pas de vis au format Kodak. Les amateurs de jumelles sont plus favorisés aux USA, où de nombreux constructeurs proposent de solides trépieds équipés d un parallélogramme déformable (comme une lampe de bureau d architecte) avec contrepoids réglable. On observe alors dans un fauteuil de plage confortablement incliné, sans risque de torticolis. Les grandes jumelles astronomiques sont dotées de renvois d angle à 45 ou 90 et d un trépied massif qui résout l inconvénient des jumelles classiques, à usage terrestre ou marin, donc destinées à observer horizontalement. Comment améliorer l image solaire observée dans une lunette achromatique? Une lunette achromatique souffre d une dispersion des différentes couleurs. Il en résulte une difficulté de mise au point et un manque de netteté, surtout lorsque le rapport f/d est faible. On peut atténuer ce défaut en vissant dans l oculaire un filtre vert (n 56, Baader «Continuum»). Dans tous les cas, le filtre vert doit être associé à un filtre solaire à l ouverture. Il va de soi qu il est totalement exclu d adjoindre ainsi un filtre à l oculaire si la lunette est utilisée avec un écran de projection so- 130

15 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? 17 laire, car le filtre étant placé près du foyer, on l exposerait à un risque d échauffement puis d éclatement. Enfin, l adjonction d un filtre vert n a de sens qu en combinaison avec de l AstroSolar car avec un filtre d ouverture RG ou en verre, on perdrait tout l avantage esthétique de la belle image orangée De plus, les filtres en verre sont parfois trop absorbants dans le vert. Observation par projection Évaluation de la dimension des taches et de l étendue des groupes Sur un écran de projection, il est aisé de mesurer une tache ou un groupe situé dans la région centrale du disque solaire, avec une approximation de km environ. En utilisant le schéma suivant, on peut comparer une formation avec le diamètre terrestre et avec la distance Terre-Lune. Il suffit de placer l échelle graduée sur l écran décrit précédemment, à une distance convenable pour que l image solaire recouvre exactement le cercle. La graduation, dont l échelle est indiquée en bas et à droite, permet d évaluer la dimension des taches avec une approximation égale à un diamètre terrestre (± km). 131

16 17 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? Comment améliorer les observations solaires par projection? Il faut disposer d une pièce sombre, calfeutrée par d épais rideaux, et installer une lunette astronomique avec entraînement équatorial à l extérieur, très près d une ouverture. La lunette ne doit pas être équipée de filtre, mais son ouverture peut être un peu diaphragmée. L oculaire de l instrument doit pénétrer à l intérieur de la pièce par une porte ou une fenêtre entrebâillée équipée de rideaux sombres. Dans ces conditions, il est possible de projeter l image agrandie du Soleil (jusqu à un mètre de diamètre) sur un écran ou un mur blanc pour observer ainsi, en groupe, les taches et les facules. Si la lunette est très stable, on peut fixer, sur le porte-oculaire, un écran sur lequel on place une feuille de papier comportant un disque de 40 à 50 cm de diamètre, à l intérieur duquel on représentera les taches observées (position, délimitation des noyaux et des pénombres). Si la lunette est équipée d une webcam ou d une caméra vidéo, on peut observer le Soleil avec un vidéoprojecteur. Selon l appareil de prise de vues utilisé, les férus d informatique pourront choisir une des configurations suivantes : Webcam ou caméra «planétaire» + ordinateur + vidéoprojecteur (entrée VGA, S-vidéo ou HDMI) ; caméscope numérique capable de transmettre l image en continu par la fiche USB ou firewire + ordinateur + vidéoprojecteur ; caméra vidéo + vidéoprojecteur (entrée composite ou S-vidéo) ; Si l on projette l image sur un tableau blanc, on peut y marquer directement en noir les taches solaires (mais pas les facules, qui nécessitent un fort contraste). On pourrait encore utiliser un écran de télévision, qui présente une image moins grande, mais sur lequel il est possible de prendre appui pour relever les taches solaires à l aide de papier calque. Dans tous les cas, il est préférable d utiliser une lunette plutôt qu un télescope, celui-ci étant plus sensible à l échauffement et par conséquent à la turbulence interne. Observation de la rotation du Soleil Sur l écran de projection équipant la lunette, placer un carré de papier blanc sur lequel est tracé un cercle de 139 mm (sur ce cercle, 1 mm au centre correspond à km sur la surface solaire). Amener l image solaire au diamètre du cercle dessiné en faisant varier la distance séparant l écran de l oculaire. Mettre au point. Centrer l image à l intérieur du cercle dessiné et pointer immédiatement les taches avec un crayon pour obtenir un relevé sommaire des formations superficielles. 132

17 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? 17 Comment orienter un tel dessin pour qu il soit possible de le comparer avec d autres? Si l on ne dessine pas les taches chaque jour à la même heure, il faut tenir compte de l orientation différente que présente l image solaire d un moment à l autre de la même journée, ce qui peut présenter des difficultés. Pour reconstituer la courbe apparente représentant en perspective le déplacement d une tache, il est indispensable de tenir compte de cette orientation. Deux cas peuvent se présenter en fonction de la monture du porte-écran : 1) Le porte-écran est orientable et se fixe au tube porte-oculaire de l instrument par une pince de serrage. Tracer une tangente au bord supérieur du cercle dessiné schématisant le Soleil. Amener l image solaire à la dimension de ce cercle et affiner la mise au point. Laisser «filer» le disque solaire pendant une dizaine de secondes. Si l image s écarte de la tangente tracée, tourner un peu le porte-écran autour du porte-oculaire, dans le sens de rotation convenable, jusqu à ce que l image projetée suive exactement la tangente primitive. Centrer de nouveau et pointer aussitôt la position des taches principales. Les observations peuvent être effectuées par période de un, deux ou trois jours. Noter, sur chaque dessin, la date et l heure (en Temps Universel : heure légale moins une heure en hiver, heure légale moins 2 heures en été). Pour mettre en évidence la rotation solaire, pointer sur le même dessin, pendant une dizaine de jours, les positions successives d une même tache importante. On obtient ainsi une reconstitution «en perspective» de son déplacement, comparable au schéma suivant : 2) Le porte-écran est fixe et solidaire du support de la lunette (c est-à-dire ne pouvant pas tourner autour de l axe optique de l instrument). Procéder alors de la manière suivante : Tracer des cercles de 139 mm sur une série de carrés de papier de 30 x 30 cm. Amener l image solaire à 133

18 17 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? la dimension du diamètre dessiné en réglant la distance oculaire écran. Mettre au point, laisser «filer» l image pendant 30 secondes et tracer une ligne tangente en même temps au bord solaire et au cercle dessiné. Reconstituer un carré circonscrit à l image solaire et orienté suivant le déplacement observé. Pointer les taches au crayon, découper le petit carré en mentionnant date et heure (TU). Empiler 6 à 10 dessins dans l ordre chronologique (soit une à deux semaines de relevés) avec la même orientation. Repérer une tache importante commune à tous les relevés et, avec une épingle, percer cette tache en enlevant à chaque fois le dessin supérieur. Ainsi, sur le dernier croquis, la série de trous matérialise la trajectoire apparente de la tache pendant une demi-rotation solaire (12 jours et demi). La perspective resserre les points près du limbe solaire : les détails visibles semblent s accélérer en passant au méridien central, pour ralentir ensuite Simple illusion géométrique! Un dispositif pour améliorer le rendement des écrans gradués Les écrans gradués utilisés pour l observation journalière du Soleil par projection ne mesurent habituellement pas plus de 14 cm de diamètre. Dans ces conditions, leur quadrillage, même assez serré, est beaucoup trop sommaire pour obtenir une précision suffisante dans les relevés de taches solaires (position et dimensions). Il serait illusoire de prétendre suivre exactement l évolution d une tache ou d un groupe de taches avec un tel procédé. L exploitation des documents obtenus par cette méthode n est donc guère possible. Les observateurs les plus consciencieux dépensent inutilement leur énergie : leurs schémas ne satisferont jamais les spécialistes soucieux d exactitude. Pour que de tels relevés soient efficaces, il faudrait que l observateur reporte sur un cercle finement quadrillé, de 40 à 50 cm de diamètre, l emplacement, l aspect et les dimensions des taches observées à travers un instrument qui posséderait, au foyer de son oculaire, un film sur lequel serait reproduit, en réduction, le quadrillage du cercle utilisé pour le dessin. L orientation de ce film circulaire devrait être rigoureuse, c est-à-dire que l équateur de l image du Soleil devrait être mis en coïncidence avec l équateur du Soleil, représenté sur le film utilisé. Il faudrait disposer d au moins six films correspondant aux diverses «perspectives» du globe solaire au cours de l année. Il faudrait également disposer de six séries de gabarits vierges quadrillés. Est-il nécessaire de préciser qu un instrument équatorial est indispensable? La mise en application de tels procédés pourrait faire l objet d une étude dans les clubs d astronomie. 134

19 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? 17 Perspectives de la rotation du Soleil suivant l époque de l année. Le 5 juin et le 6 décembre l équateur solaire semble une ligne droite. Faut-il donc renoncer à utiliser le classique écran de projection solaire? Pas du tout! Cet écran est utile aux débutants pour qu ils puissent s exercer aux observations solaires individuelles. Sa convivialité et son faible coût le rendent populaire à l école ou dans les centres de vacances. De plus, il permet à des curieux de photographier l image projetée avec un appareil photographique ordinaire. Observation directe en utilisant un hélioscope d Herschel Cet accessoire comprend un filtre neutre et un prisme divisant l image solaire en deux flux : la plus grande fraction de la lumière et de la chaleur est évacuée, la plus faible fraction réfléchie (4 %) est renvoyée vers un oculaire ou un appareil de prise de vues. Cet hélioscope n est utilisable qu avec une lunette, à f/d = 10 à 15. De nos jours, l hélioscope n est plus guère utilisé car il présente un risque d échauffement interne (lumière et chaleur ne sont pas filtrées Sur un carton blanc servant d écran de protection, délimiter un cercle ayant le même rayon que la présente échelle graduée. À l aide d une punaise, fixer cette échelle au centre du cercle en perçant le point c. Faire tourner l échelle graduée pour explorer successivement toute la surface de l image solaire et mesurer, au passage, la dimension des taches solaires qui s y trouvent. 135

20 17 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? Évolution d un groupe de taches solaires du 10 juin au 17 juin le 10 vers 18 heures 2 le 11 vers 10 heures 3 le 12 vers 10 heures 4 le 12 vers 18 heures 5 - le 13 vers 10 heures 6 le 15 vers 10 heures 7 le 16 vers 10 heures 8 le 17 vers 12 heures 9 le 17 vers 18 h 30 (Dessins exécutés par Daniel Bonneau, à l oculaire d une lunette P. Bourge de 52 mm, grossissement 80x). en amont de la lunette), et l évacuation calorique par une face du prisme constitue un danger de brûlure évident. Actuellement, Baader fabrique un hélioscope modernisé, sécurisé et de qualité optique remarquable, pour porte-oculaire de 50,8 mm et lunette à f/d = 10 à 15. Le flux calorique est évacué sans danger, et un filtre neutre de densité 3 est intégré et inamovible. Le chemin optique est allongé de 128 mm. Son prix est toutefois dissuasif et requiert un très bon instrument ; un débutant préférera donc un filtre à l ouverture. Observation avec un solarscope Cet astucieux instrument est très répandu dans les clubs d astronomie. Il est constitué d un châssis orientable en carton ou en bois, et d une lunette minuscule mais suffisante, qui projette, via un miroir, l image solaire en contre-jour. Les conditions d observation en groupe sont donc agréables et conviviales. Toutefois, le manque de dégagement de la zone de projection ne permet pas aisément de relever les positions des taches solaires. Il s agit d un instrument purement visuel. Observation en hydrogène alpha et en calcium ionisé Le Soleil est le siège d événements spectaculaires, même en période de minimum des taches. On connaît les fameuses protubérances, immenses arcs d hydrogène s élançant parfois sur des dizaines de milliers de km au-dessus de la surface solaire. Ces protubérances sont observables sur le limbe (le bord du disque) soit pendant les éclipses 136

21 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? 17 totales à l œil nu, soit à l aide du coronographe inventé par Bernard Lyot qui put ainsi les filmer dès 1937, soit à travers des dispositifs ne laissant passer qu une couleur très précise. Historiquement, le premier de ces dispositifs est le spectrohéliographe, de construction délicate bien qu à la portée d un amateur soigneux. Actuellement, coronographe et spectrohéliographe ne sont plus guère utilisés en raison de leur coût et de leur relative difficulté de mise en œuvre ; on leur préfère l usage d un filtre interférentiel H-Alpha. Un filtre H-alpha (hydrogène alpha) ne laisse passer qu une fraction de la lumière solaire, émise par l hydrogène excité de la chromosphère. Cela correspond à une température précise, donc à une couleur précise. La structure de la surface, les taches et les protubérances apparaissent alors sur tout le disque, ce qui en fait la technique d observation solaire la plus spectaculaire qui soit. Il existe également un filtre ne laissant passer que la lumière émise par le calcium ionisé, basé sur un principe analogue. Le prix d un tel filtre est par contre assez élevé. Parmi les modèles récents, on trouve notamment : la lunette PST (Personal Solar Telescope) Coronado de 40 mm de diamètre, en version H-alpha ou calcium ; les lunettes Lunt de 35, 60 mm et plus ; des filtres en deux parties s adaptant sur les lunettes et certains télescopes. Le contraste dépend directement de la sélectivité du filtre ; autrement dit, avec un même objectif, plus la bande passante du filtre est étroite, meilleure est l image. Le PST possède une bande passante légèrement inférieure à 1 angström, tandis que les filtres plus onéreux ne laissent passer que 0,7, voire 0,5 angström. Certains filtres sont empilables, et l amateur fortuné peut acquérir ultérieurement un deuxième filtre pour améliorer le contraste. Si de tels filtres ne sont pas à la portée financière d un amateur débutant, de nombreuses associations d astronomie, dont c est la vocation, acquièrent des instruments H-alpha que leurs membres ne pourraient s offrir isolément. Il est judicieux de compléter cet équipement par un excellent oculaire au contraste très élevé. L image solaire, assombrie par le filtre, ne peut pas être projetée sur un écran. Seule une caméra permet d observer en groupe. La lunette H-Alpha Coronado PST de 40 mm de diamètre, installée sur un trépied photo. 137

22 17 COMMENT OBSERVER LE SOLEIL? Le Soleil tel qu on l observe à travers une lunette H-alpha. L image, entièrement rouge en raison du filtre interne (H-alpha), est difficile à «lire» pour l œil. Lunt LS-60T, QHY5, Barlow 2x + tirage. Photo N. Dupont-Bloch. Le Soleil tel qu on le verrait à travers une lunette H-alpha avec un filtre encore plus sélectif. Les protubérances disparaissent au profit des détails de la chromosphère. Les filaments sombres sont des protubérances en contre-jour. Image colorisée avec augmentation du contraste. Lunt LS-60T, QHY5. Photo N. Dupont-Bloch. Qu est-ce que le nombre de Wolf-Wolfer? Wolf et Wolfer, astronomes suisses du XIX e siècle, ont imaginé de calculer un nombre W exprimant l intensité de l activité solaire. Il suffit simplement d appliquer cette formule conventionnelle : W = k (10 g + t) dans laquelle g est le nombre de groupes de taches ; t le nombre de taches contenues dans ces groupes ainsi que les taches isolées et k un coefficient variant avec l instrument et l observateur. Pour Wolf, qui disposait d une lunette de 75 mm, k égalait l unité. Chaque tache isolée est considérée comme un groupe. Quelques exemples : en 1957, W égala 190 et en 1968 il n atteignit que 106. Ces valeurs sont évidemment des moyennes. Des relevés périodiques s étalant sur plusieurs années permettent de révéler les irrégularités de l activité solaire. Les messageries électroniques apportent ici une aide précieuse : là où la météorologie et les contraintes de la vie quotidienne ne permettent pas à un observateur de réaliser seul un tel labeur, un réseau d observateurs répartis autour de la Terre peut y parvenir. Un ensemble d amateurs (correspondant en anglais) est ainsi en mesure de réaliser une surveillance continue de l activité solaire, à l instar des observatoires professionnels. 138

23 À l affût des étoiles Guide pratique de l astronome amateur 17 e édition + de exemplaires vendus Depuis quelques années, l astronomie est entrée dans une ère nouvelle et tout un chacun a désormais accès «en direct» à un univers merveilleux et mystérieux. Le ciel est un spectacle et, chaque nuit claire, des milliers d astronomes amateurs observent les astres pour leur seul plaisir. Mais comment s y prendre? Quels astres observer? Où et quand? Avec quel matériel et selon quelles techniques? Ce guide est tout à la fois une introduction à l astronomie et une initiation à la pratique instrumentale. Il donne de nombreux conseils pratiques pour optimiser vos observations et faciliter vos débuts d astrophotographe. Enrichie de près d une centaine de nouvelles images en couleur, cette dix-septième édition tient compte des évolutions du matériel et des découvertes les plus récentes et donne de précieux conseils pour réaliser vos propres photographies astronomiques. Pierre Bourge a consacré plus de 60 ans de sa vie à l astronomie amateur. Il est le fondateur de la publication Ciel et Espace et lauréat de la Société Astronomique de France. Il est l auteur de nombreux ouvrages d astronomie. Jean Lacroux est écrivain scientifique et chroniqueur en astronomie. Nicolas Dupont-Bloch Ancien membre de la Société d Astronomie de Nantes où il a reçu un 1 er prix européen, il a dirigé un observatoire et préside une association qui a reçu un label Unesco. À vos télescopes! ISBN barbarycourte.com