L ASTRONOMIE AMATEUR L oeil: notre premier instrument

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1 L oeil: notre premier instrument Anatomie de l œil La cornée Le cristallin L iris La pupille La rétine Photo-récepteurs Les cônes Les bâtonnets L oeil: Pour simplifier, l œil est composé, comme l appareil photo qui s en est inspiré, d une lentille (le cristallin), diaphragmé par la pupille, et qui forme une image renversée sur la rétine, à la fois écran et capteur qui envoie les informations reçues au cerveau par l intermédiaire du nerf optique. C est notre premier instrument. Il est puissant et capable de s adapter à de très grandes variations lumineuses. Les modes de vision nocturne diurne crépusculaire La cornée: C est une membrane de soutien blanchâtre sur la périphérie et transparente au centre. Par sa courbure, elle joue un rôle de focalisation sans possibilité d ajustement. La pupille: C est un trou au centre de l'iris qui permet de faire passer les rayons vers la rétine. Le cristallin: C est une véritable lentille optique biconvexe qui a la propriété de se déformer. Ainsi, il effectue le réglage de la mise au point de près comme de loin. ANATOMIE DE L OEIL La rétine: C est la surface sensible à la lumière sur laquelle se forme l image. Elle est tapissée de photorécepteurs : cônes et bâtonnets. La fovéa est une zone de la rétine où la vision des détails est la plus précise. Elle est située dans le prolongement de l'axe optique de l'œil. L iris: C est une membrane richement colorée, constituée de muscles qui font variés l'ouverture de la pupille (entre 2.5 et 7mm) afin de modifier la quantité de lumière qui pénètre dans l'œil afin d'éviter l'aveuglement en plein soleil ou capter le peu de lumière la nuit. Il joue le rôle de diaphragme. PHOTO-RECEPTEURS Les cônes: Ils sont environ 5 à 7 millions à se loger dans la fovéa. Leur sensibilité à la lumière est faible. leur perception du détails est très grande car il y a une densité très élevé de cône dans la fovéa et surtout chaque cône de la fovéa transmet son information à plusieurs fibres du nerf optique : la vision est donc de jour. Ainsi ils ont une très bonne sensibilité aux couleurs. Les bâtonnets De forme allongée, ils sont environ 130 millions, sont absent de la fovéa et logent à la périphérie. Ils ont une très grande sensibilité à la lumière, d'ou leur capacité à percevoir de très faibles lueurs la nuit. Ils ont une très faible perception des détails et des couleurs car plusieurs dizaines de bâtonnets ne sont liés qu' a une seule fibre du nerf optique. La vision nocturne : elle est utilisée dans l obscurité presque totale. Malgré une pupille ouverte au maximum, le peu de lumière entrante n excite que les bâtonnets. Elle permet de distinguer que de pâle nuances de couleurs: la nuit, la plupart des nébuleuses sont grises. Les bâtonnets sont situés en périphérie de la rétine: pour observer un objet céleste, il vaut donc mieux ne pas le regarder en direct mais légèrement à côté : c'est la vision décalée. Pour voir les détails à l aide des bâtonnets, le cerveau a besoin d un temps d adaptation de 15 à 20 min : la nuit, les lampes blanches puissances sont à éviter. MODE DE VISION La vision diurne : elle est active sous un éclairage important comme le jour, une ampoule électrique. Dans ce mode, l iris diaphragme la pupille pour limiter la quantité de lumière. Cette vision est très sensible au couleurs et au détails. La vision crépusculaire : elle est active dans des conditions médiocres d éclairage ( crépuscule, clair de lune, ). Les 2 modes précédents de vision se fondent en un seul. sources: ASTRODESSIN: observation & dessin en astronomie (Tome1)

2 La lunette astronomique La lunette astronomique Aberration chromatique Lunette achromatique / apochromatique LA LUNETTE ASTRONOMIQUE Elle appartient à la famille des réfracteurs. En effet, elle utilise la réfraction de la lumière à travers un système de lentilles, appelé objectif. Ce dernier est placé à l avant du tube formant la lunette. La lumière provenant de l objet observé traverse d abord l objectif avant d être focalisée sur le foyer situé à l autre extrémité du tube. Au niveau du foyer, toutes les lunettes possèdent un tube coulissant muni d une crémaillère au bout duquel est installé un autre système de lentilles : l oculaire. Il est amovible. Le changement d oculaire permet d augmenter ou diminuer le grossissement notes : Les chiffres qui sont donnés sur une lunette, par exemple 60/400 correspondent dans l ordre au diamètre de l objectif et à la focale (en millimètre). Le grossissement se calcule en divisant la focale de la lunette par celle de l oculaire Aberration chromatique: L'aberration chromatique est un défaut caractéristique des lunettes astronomiques ou de tout objectif constitué de lentilles. Elle se traduit par une mise au point différente selon la longueur d onde. Image avec aberration Image sans aberration En pratique cette aberration se présente sous la forme d'un halo faiblement coloré, souvent bleu-violet, quelquefois mêlé d'un peu de jaune-rouge autour des objets forts contrastés comme les étoiles brillantes. Aberration d une simple lentille Lunette achromatique / apochromatique Les lunettes modernes ont toutes des objectifs et des oculaires composés de plusieurs lentilles. L aberration peut être corrigée ou diminuée en appariant plusieurs lentilles ayant des verres d'indice différent. le doublet achromatique est un assemblage de 2 verres différents: 2 couleurs peuvent être superposées au plan focal, la 3 ième est floue. L'image possède une frange colorée souvent jaune/violette et le contraste est moyen. Exemple Quintuplet apochromatique Astrographe Vixen Ultra-lumineux VSD100F3.8 le triplet/quadruplet ou quintuplet apochromatique est un assemblage de 3, 4 ou 5 lentilles permettant de corriger les trajectoires de plus de 3 faisceaux de longueurs d'onde différentes. Ce type de lunette est exempt de défauts sur des plages plus grandes.

3 Le télescope Le télescope Newton Réplique du 1 ier télescope: le télescope de Newton Le télescope Cassegrain Notions sur les lunettes et télescopes Le télescope spatial : Hubble Le télescope de NEWTON Appelé communément «Newton», c est un dispositif optique composé de 2 miroirs. C est donc un dispositif à objectif «réflecteur» (qui réfléchit la lumière) a contrario de la lunette astronomique qui est un dispositif à objectif «réfracteur». Le fameux Newton qui a été pendant plusieurs décennies le télescope du débutant Il est composé : D un miroir primaire parabolique situé au fond du tube et concentrant la lumière en point focale à l avant du tube. D un petit miroir secondaire plan situé à l avant du tube, son rôle consiste à détourner à 90 la lumière réfléchie par le primaire. Un porte-oculaire à crémaillère permettant d ajuster la mise au point. Dans un Newton, l astronome observe latéralement à l avant du tube dans un oculaire. Le télescope Cassegrain: Il est composé : D un miroir primaire concave parabolique ou sphérique situé au fond du tube et concentrant la lumière en un point focal à l avant du tube. Sa partie centrale est évidée. D un petit miroir secondaire convexe situé à l avant du tube, son rôle consiste à renvoyer la lumière réfléchie par le primaire vers le centre de celui-ci. L astronome observe à l arrière du tube comme pour une lunette. Celestron C8 Schmidt-Cassegrain Il existe des diverses variantes dont les plus connues sont : Schmidt-Cassegrain, Ritchey-Chrétien, Maksutov, Dall-Kirkham Notions sur les lunettes et télescopes Le diamètre : Il correspond à la dimension de l'objectif ou du miroir. Sur un 114/900 l objectif est de 114 mm, plus ce chiffre est grand, plus votre instrument sera lumineux. La distance focale : Il s'agit de la distance qui sépare le centre de la lentille ou de la surface du miroir et du point appelé Foyer Image. Celui-ci étant le point de convergence des rayons lumineux. Toujours sur notre 114/900, la distance focale est de 900 millimètres. Plus la distance focale est grande, plus les grossissements sont théoriquement grands. La turbulence de l atmosphère est un facteur limitant du grossissement. Le rapport F/D : C'est le rapport entre la focale et le diamètre. Ce rapport nous indique la luminosité de l'instrument. Autrement dit sa capacité à "voir" les faibles luminosités. D'une manière générale, un rapport F/D faible ( <6 ) indique un instrument adapté à l'observation du ciel profond, car très lumineux ; un rapport F/D important (>10 ) désigne les instruments adaptés aux observations planétaires. Entre les deux nous dirons que l instrument est assez polyvalent.

4 La monture des lunettes et télescopes La monture azimutale La monture équatoriale Les montures motorisées GOTO La monture azimutale La monture azimutale est une monture des plus simples. Elle comporte un axe vertical, ou encore axe d azimut, et un axe horizontal, également appelé axe de hauteur. Cette disposition permet de viser facilement l objet à observer. Les plus petites lunettes et télescopes d amateurs en sont équipés par défaut, au vu de la simplicité de sa mise en œuvre. Sa réalisation mécanique est beaucoup plus simple que la plupart des montures équatoriales. Pour suivre le mouvement apparent d un astre, il faut agir sur les 2 axes à la fois. Cette monture même motorisée n est pas adaptée à la photo en longue pose (ciel profond) car le champ va tourner. Seules les étoiles du centre de la photo seront nettes. La monture équatoriale: Une monture équatoriale est un dispositif comportant un axe de rotation parallèle à l'axe de rotation terrestre (l'axe horaire). L'axe des déclinaisons permet de pointer l astre sur la voûte céleste. Le mouvement apparent (circulaire) des étoiles se fait selon l axe des pôles. Pour suivre un astre, il faut effectuer uniquement une rotation inverse sur l axe horaire. C est la monture idéale pour faire de la photo longue pose car le champ d étoiles ne tourne pas contrairement à la monture azimutale. Monture équatoriale allemande Il existe différents modèles de montures équatoriales, les plus connus sont : la monture allemande, la monture à fourche, la monture à berceau. Les montures motorisées GOTO Aujourd hui, la plupart des télescopes amateurs de moyenne gamme possèdent un système appelé souvent «GOTO». Le Go-To est presque magique pour le débutant. Il suffit d entrer la date, l heure et le lieu, de pointer trois étoiles et le GOTO prend les choses en main. Il se charge de trouver et de suivre automatiquement tous les objets du ciel qui vous intriguent : la planète Jupiter, les anneaux de Saturne, les nébuleuses, les amas d étoiles et les galaxies du ciel n auront plus de secret pour vous! Avec ce système, on peut aussi commander la monture directement à partir d un PC et d un logiciel de planétarium ( par ex: Stellarium). Kit GOTO de motorisation d une monture sources: Wikipédia, Webastro

5 La pollution lumineuse ANPCEN Association Nationale pour la Protection du Ciel et de l Environnement Nocturne Pollution lumineuse dans le Choletais La nuit? La nuit, c'est la moitié de la vie. Chaque jour, la vie est un cycle nourri autant par le jour que par la nuit. En une cinquantaine d années, l homme a bouleversé cette alternance naturelle du jour et de la nuit en développant de manière anarchique et disproportionnée l éclairage artificiel extérieur. La quantité globale de lumière émise la nuit n'a pas cessé d'augmenter depuis quelques décennies. L ANPCEN s'attache à expliquer et à prévenir l'ensemble des effets des éclairages extérieurs nocturnes non adaptés. Elle a adopté une approche globale et transversale afin d'éviter l'incohérence de certaines approches sectorielles, comme par exemple ne raisonner qu'en termes d'économies d'énergie en oubliant les effets sur la biodiversité ou les effets sur le sommeil et la santé. Ce qui peut conduire à des décisions contreproductives. Notre association se donne donc pour objectif la convergence et la cohérence des solutions proposées pour améliorer la situation actuelle et limiter collectivement la quantité globale de lumière émise la nuit. Source: Pollution lumineuse dans la CAC Blanc : 0-50 étoiles visibles (hors planètes) selon les conditions. Pollution lumineuse très puissante et omniprésente. Typique des très grands centres urbains et grande métropole régionale et nationale Magenta : étoiles visibles, les principales constellations commencent à être reconnaissables. Rouge : étoiles : les constellations et quelques étoiles supplémentaires apparaissent. Au télescope, certains Messiers se laissent apercevoir Orange : étoiles visibles, dans de bonnes conditions, la pollution est omniprésente, mais quelques coins de ciel plus noir apparaissent ; typiquement moyenne banlieue. Jaune : étoiles : Pollution lumineuse encore forte. Voie Lactée peut apparaître dans de très bonnes conditions. Certains Messiers parmi les plus brillants peuvent être perçus à l œil nu Vert : étoiles : grande banlieue tranquille, faubourg des métropoles, Voie Lactée souvent perceptible, mais très sensible encore aux conditions atmosphériques ; typiquement les halos de pollution lumineuse n occupent qu une partie du Ciel et montent à de hauteur Cyan : étoiles : La Voie Lactée est visible la plupart du temps (en fonction des conditions climatiques) mais sans éclat, elle se distingue sans plus Bleu : : Bon ciel, la Voie Lactée se détache assez nettement, on commence à avoir la sensations d un bon ciel, néanmoins, des sources éparses de pollution lumineuse sabotent encore le ciel ici et là en seconde réflexion, le ciel à la verticale de l observateur est généralement bon à très bon Bleu nuit : : Bon ciel : Voie Lactée présente et assez puissante, les halos lumineux sont très lointains et dispersés, ils n affectent pas notoirement la qualité du ciel Noir : étoiles visibles, plus de problème de pollution lumineuse décelable à la verticale sur la qualité du ciel. La pollution lumineuse ne se propage pas au dessus de 8 sur l horizon sources:

6 LE DOBSON Histoire de Dobson Le Dobson c'est quoi exactement? Pourquoi fabriquer un dobson? 1970, Construction du premier 24" (610mm), Long Eye par John Dobson et Brian Rhodes, tube sonotube en carton, monture azimutale pivotant sur un combiné téflon/formica. John Lowry Dobson, né le 14 septembre 1915 à Pékin en Chine et mort le 15 janvier 2014 à Burbank en Californie, est un astronome amateur et vulgarisateur américain. Il obtint un diplôme de chimie à l'université de Californie à Berkeley en Pendant 23 ans à partir de 1944, Dobson sera moine dans une obédience de spiritualité Vedānta. À la fin des années 1960, il proposa une formule simplifiée de construction de télescopes amateurs qui portent aujourd'hui son nom : monture azimutale fabriquée à l'aide de matériaux de récupération, utilisation de miroirs minces de grandes dimensions pour l'époque. John Dobson est l'un des cofondateur d'un groupe amateur en astronomie nommé Sidewalk Astronomers de San Francisco. En 1970, le groupe disposait d'un télescope de 24 pouces (61 cm), facilement transportable, leur permettant de montrer des objets du ciel profond. En savoir plus : sources: Wikipédia Le Dobson c'est quoi exactement? Le Dobson n'est autre qu'un télescope de type Newton monté sur une monture très simple, dite azimutale. Sa monture appelée base ou rocker, fonctionne sur 2 axes. Un axe horizontal appelé «axe d azimut» et un axe vertical nommé «axe de hauteur». Le pointage ou la recherche d objets dans le ciel se fait ainsi très simplement en déplaçant les 2 axes séparément ou simultanément. La philosophie du Dobson, originaire des USA de par son inventeur: John Dobson, veut que l instrument soit le plus simple possible dans sa conception et donc dans son utilisation. J. Dobson a eu l'idée de rendre accessible ce nouveau concept au plus grand nombre. Après avoir essuyé un refus auprès de la très célèbre revue d'astronomie amateur US «Sky and telescope» il a persévéré et a trouvé par la suite, de nombreux adeptes, la plupart du temps en leur proposant simplement d'observer avec ses instruments lors de «starparty» informelles et même directement dans la rue!!! Le concept Dobson vise à fabriquer soi-même ou à acheter à un prix abordable un instrument de gros diamètre: de 150mm à plus de 800mm. Le Dobson est capable de s adapter aux technologies modernes avec par exemple, l adjonction d une aide au pointage électronique facilitant le repérage des objets célestes, confirmant ainsi sa grande facilité d utilisation et d adaptation. Source: Pourquoi fabriquer un dobson? Il n'est pas facile de trouver le dobson de ses rêves. L'offre commerciale en Europe et en France est le plus souvent limitée à des instruments relativement lourds et peu maniables. Lorsque l'on regarde un dobson de plus près, on s'aperçoit que, mis à part le miroir, sa fabrication ne fait pas appel à des techniques très sophistiquées. On n'y trouve que du bois, de l'aluminium, un peu d'inox et de plastique. De même, il ne requiert pas des usinages complexes puisque l'essentiel se concentre dans des planches, plus ou moins fines à couper, et quelques tubes à ajuster à la bonne longueur. En résumé, rien d'impossible à réaliser pour un bricoleur moyen. Les avantages inhérents à la construction maison sont nombreux. Tout d'abord, le coût est sensiblement moins élevé et cela permet d'investir au maximum dans l'optique; ensuite, la fabrication de l'instrument permet sa totale maîtrise, car on maîtrise mieux ce que l'on connaît bien; enfin, l'instrument convient aux besoins de l'utilisateur, car c'est lui qui l'a conçu. C'est un projet passionnant, et si l'on y prend goût, la fabrication est un plaisir. Si la réalisation d'un télescope motorisé sur monture équatoriale est l'objectif final, la simplicité de la conception permet, en attendant l'achèvement de la fabrication, d'utiliser l'optique dans un montage rapide à fabriquer et donc d'observer plutôt que de laisser le miroir dormir dans un placard. (source:

7 Projet de construction d un DOBSON Cahier des charges Solution retenue Cahier des charges : 1) Construire rapidement Ne pas tailler les miroirs Calcul & Dimension Solution choisie : Achat du miroir primaire GSO & secondaire chez Optique Unterlinden : Diamètre 300 mm / Focale : 1500mm Rapport F/D=5 2) Faire léger Le poids est l'ennemi de la mobilité ~15kg Rappel : Dobson Meade LightBridge 305 F/D=5 : base (15kg) + tube (21,3kg) > 36kg 3) Dimension Critère un enfant de 12 ans doit pouvoir l utiliser sans escabeau Le diamètre du miroir le plus grand possible Dobson de type serrurier avec base Flex-rocker Matière : bois + tube en carbone Matériels: scie sauteuse, ponceuse à bande et perceuse Calcul et Dimension du télescope Le calcul des paramètres clé se fait à l aide des logiciels gratuits suivants : Calcul des dimensions par le logiciel Newt Diamètre du miroir primaire 305 mm Focale du miroir primaire 1525 mm Rapport Focale / Diamètre 5 Diamètre du tube intérieur Epaisseur du tube Hauteur minimale du porte-oculaire Diamètre interne du porte-oculaire Course du porte-oculaire 350 mm 5 mm 66 mm 50,8 mm 20 mm Calcul du support du miroir primaire par le logiciel PLOP La 1 ière image montre le placement des 3 éléments triangulaires du barillet. Il y a 9 points de contact avec le miroir. La 2 nde image est une simulation des tensions induites par le barillet sur le miroir. Course du porte-oculaire avec caméra Petit axe du miroir secondaire Diamètre pour une illumination à 100% Diamètre pour une illumination à 75% Diamètre d ouverture du tube 339, 7 Distance des 2 miroirs 0 mm 63 mm 11,8 mm 39,4 mm mm 1259 mm Distance porte-oculaire / bout du tube Distance face du miroir / fond du tube Longueur du tube 100 mm 60 mm 1419 mm

8 Construction du DOBSON Composition du DOBSON: Base Caisse primaire Barillet du miroir primaire Tourillon Barres de serrurier Cage secondaire Araignée et support du miroir secondaire Cage secondaire Support du miroir secondaire avec les molettes de réglage Cage secondaire avec l araignée supportant le miroir Équerres et rotules du barillet Base entièrement montée avec miroir et tubes de serrurier Caisse primaire + 3 boutons de réglage du miroir Pré-montage d un tourillon sur la caisse du primaire Base du dobson

9 Assemblage & premier essai Vue sur l araignée de la cage secondaire Assemblage complet du télescope Dobson en action!!! Les premières lumières

10 L astrophotographie numérique Eléments constituant une caméra Capteur Couleur Webcam caméra dédiée à l astronomie Contexte d utilisation de la caméra Reflex numérique Eléments constituant une caméra De façon basique, une caméra ou une webcam ou encore un appareil numérique est composée des éléments suivants : Un objectif Un diaphragme (option) Un obturateur Des filtres colorés (Rouge/Vert/Bleu) uniquement pour les caméras couleurs Un capteur électronique ( CCD ou CMOS) Une conversion analogique/numérique Une électronique de contrôle du capteur Une électronique pour le prétraitement de l image (ex: compression, interpolation, correction, balance des couleurs, ) Capteur couleur Un capteur CCD ou CMOS est un surface rectangulaire constituée d éléments électroniques photosensibles appelés aussi photo-sites ( en gris sur l image). Pour retranscrire la couleur, les photo-sites sont recouverts d un filtre soit Rouge, Vert ou Bleu. Cet entrelacement de filtres colorés se nomme communément matrice ou grille de Bayer. Une matrice de Bayer est constituée à 50% de filtres verts, à 25% de filtres rouges et à 25% de filtres bleus. La résolution est diminuée par rapport à un capteur monochrome qui n a pas de matrice de bayer. En moyenne, on estime que la résolution est divisée par racine de 2 (1,412 ). C est là qu intervient l électronique de prétraitement de l image: Elle va interpoler les photo-sites manquants en utilisant les voisins proches. Artificiellement, la résolution du capteur couleur devient égale à celle du monochrome. Contexte d utilisation de la caméra : En Planétaire Les planètes (Vénus, Mars, Jupiter et Saturne ), la lune et le soleil sont des cibles lumineuses. Du coup, les forts grossissements sont permis pour voir plus de détails. Malheureusement, l effet de la turbulence est plus perceptible. En planétaire, l astronome procède en enregistrant des séquences vidéo avec une fréquence élevée pour capturer le maximum d image avec une turbulence quasi-nulle. Ensuite, à l aide d un logiciel spécialisé, il va trier les meilleurs images, puis les additionner et appliquer quelques filtres pour accentuer les détails. En Ciel Profond A l inverse du planétaire, les nébuleuses, les amas et galaxies sont très faibles. Du coup, les forts grossissements ne sont pas permis. L effet de la turbulence est un peu moins gênant. Pour compenser la faible luminosité des cibles, l astronome va prendre des photos individuelles avec des temps de pose allant d une dizaine de secondes à quelques minutes, voire même plus d une heure. Les principaux facteurs de limitation du temps de pose sont la mauvaise mise en station du télescope, la qualité de suivi de la monture, le bruit thermique de la caméra. L astronome expérimenté privilégiera la caméra monochrome plus sensible que la couleur, le refroidissement du capteur ( pour diminuer le bruit) et l autoguidage de la monture. Ensuite, à l aide d un logiciel spécialisé, il va aligner, additionner les images et appliquer quelques filtres pour accentuer les détails

11 Appareil pour l astrophotographie La Webcam En astrophotographie, il n'existe pas de caméra universelle qui fasse du solaire, lunaire, planétaire et ciel profond. Le choix de la caméra n est pas simple car il dépend de paramètres divers et variés: L appareil photo reflex La caméra astronomique Planétaire/solaire/lunaire (grande dynamique, cadence de prise élevée, ) Ciel profond (sensibilité, bruit thermique faible, Capteur grande taille, bon rendement quantique dans le spectre visible) Des Instruments ( focale, diamètre, champs) Ces paramètres sont parfois contradictoire entre les différents domaines d application: par exemple, le refroidissement du capteur pour le planétaire n est pas nécessaire, au contraire il est obligatoire pour augmenter le temps de pose en ciel profond. LA WEBCAM la webcam est l'instrument idéal pour s'initier à l'astrophotographie planétaire. Malgré un coût modeste, les résultats obtenus sont excellents. En planétaire, n importe quelle webcam peut convenir. Le seul investissement est l achat (ou le bricolage) d un adaptateur se vissant à la place de l objectif de la webcam. Ensuite, la caméra se monte directement au foyer du télescope c est-à-dire à en lieu et place de l oculaire. La prise de vue se fait en utilisant un simple logiciel de capture vidéo. Le traitement de la vidéo pour obtenir l image finale se fait à l aide de logiciel spécialisé dont certains gratuits ( IRIS, REGISTAX,AVISTACK, ) Les webcams préférées des astronomes amateurs étaient la Toucam Pro II et la SPC900 NC de Philips car elles pouvaient être modifiées pour faire des longues poses (>1s). Ainsi, l'astronome amateur pouvait s'initier à la photo du ciel profond. Aujourd'hui, ces webcams ne sont plus produites et elles se trouvent seulement sur le marché de l occasion. LE REFLEX NUMERIQUE L appareil photo numérique est le moyen de faire de la photo du ciel à un prix modéré. Il offre un grand capteur et peut nativement effectuer des poses longues. Un reflex destiné à l'astrophotographie doit donc réunir les caractéristiques suivantes : un capteur de haute résolution (8-10 Mpixels minimum) afin de pouvoir isoler ou agrandir certains portions de l'image sans atteindre la pixelisation supporter le format brutes RAW pour préserver la qualité de l'image et avoir plus de souplesse lors du traitement des automatismes débrayables (autofocus, optionnellement la mesure d'exposition) un mode d'exposition manuel (la pose Bulb) un stabilisateur d'image pour les photos instantanées un mécanisme permettant de relever le miroir réflex sans vibration un moyen de verrouiller le miroir en position haute pour les longues expositions La plupart des reflex de dernière génération satisfont à ces exigences et même plus (mode LiveView, HD vidéo, espace de couleurs RGB, etc). Historiquement, les appareils les plus utilisées dans le monde de l astrophotographie sont les Reflex CANON EOS (350D, 1000D, 1100D, ) LA CAMERA D ASTRONOMIE Une caméra d'astronomie est une caméra (en fait un appareil photographique) qui a été spécialement étudiée pour cet usage. Il offre des performances techniques accrues par rapport à une caméra classique: Son capteur est de grande taille et surtout plus sensible, et ce dans d'autres longueurs d'ondes que la lumière visible. Son capteur est en général refroidi pour diminuer le bruit électronique d origine thermique qui vient s ajouter à l image et ce d'autant plus que le temps de pose est important. La haute technicité de ces caméras et le marché de niche en font des instruments chers et dédiés à l astronome expérimenté. La couleur avec capteur monochrome se fait en interposant un filtre coloré (Rouge, Vert, Bleu). Une photo est prise avec chaque filtre. La photo couleur est recomposée à partir des 3 prises de vues via un logiciel de traitement d image. Caméra Monochrome + roue à filtres

12 La photo du ciel profond Etapes d une séance photo: Avant la séquence de prise de vue 1. La mise en température 2. La mise en station 3. La collimation 4. L autoguidage 5. La mise au point Après la séquence de prise de vue 6. La calibration (2) La mise en station La meilleure monture équatoriale ne peut fonctionner que si elle est correctement réglée. En effet, une mauvaise mise en station se traduit par une dérive des étoiles. Ainsi, au bout de quelques secondes, elles sortent du champ : Adieu, la longue pose!!!. Plusieurs techniques peuvent être mise en œuvre: Le viseur polaire: c est la technique la plus basique et la moins précise. L axe horaire des montures équatoriales allemandes est creux, et une petite lunette de visée est intégrée. La mise en station consiste à mettre à niveau la monture et d aligner l axe horaire sur la polaire. La méthode de Bigourdan: elle consiste à placer le télescope à niveau et à peu près en station. Le reste se fait en 2 étapes: 1. l'observateur pointe une étoile au sud vers l'équateur céleste, observe la dérive de l'étoile avec un oculaire réticulé, et agit sur l'azimut de la monture pour annuler la dérive. 2. l'observateur pointe une étoile à l est ou l ouest vers l'équateur céleste, observe la dérive de l'étoile avec un oculaire réticulé, et agit sur la latitude de la monture pour annuler la dérive. La méthode de King: Elle se fait à la caméra en mesurant précisément la dérive d une étoile proche du pôle céleste. C est la plus précise des méthodes. 4) L autoguidage Cette étape est obligatoire dès que la durée de la pose dépasse les 30 à 45 secondes car la mécanique des montures génèrent des imperfections dans le suivi de la monture. Pour cela, Il faut équiper le télescope d une lunette guide et d une seconde caméra. Le principe est de trouver une étoile relativement brillante proche de la cible. La caméra associée à un logiciel d autoguidage va maintenir l étoile à la même en commandant directement les moteurs de la monture. C est un asservissement. La photographie d une nébuleuse, d une galaxie exige d être méthodique et de suivre un certain nombre d étapes préparatoires. Le secret d une belle photo réside aussi dans le respect des étapes avant et après la prise de vue. Des bonnes images facilitent le traitement d image. Si elles sont médiocres, le traitement d image ne fera pas de miracle. (1) Mise en température: La mise en température consiste à stabiliser la température de l instrument avec celle de l extérieur. En effet, pendant cette phase, des micro mouvements d air génèrent des turbulences internes au tube de l instrument. Il ne faut surtout pas régler l optique (collimation) tant que l équilibre thermique n est pas atteint. Par exemple, un celestron C8 dont le tube est fermé nécessite environ 2h de stabilisation. Certains astronomes ajoutent des ventilateurs pour accélérer cette étape. Conseil: les dalles de béton ou carrelages de terrasse qui restituent la chaleur accumulée la journée sont à éviter dans la mesure du possible car elles sont sources de turbulences de l air. 3) La collimation Cette étape consiste à régler l'alignement des différents éléments optiques d'un instrument les uns par rapport aux autres. En général, elle se pratique que sur les télescopes. En l absence de turbulence, une étoile observée à fort grossissement est composée d'un disque entouré d'anneaux de diffraction de luminosité décroissante : C est la figure de Airy. Les images ci-dessous montrent les effets d une optique mal-alignée sur la figure de diffraction: Optique très Optique déréglée Optique presque Optique alignée déréglée alignée Figure d Airy Une optique mal réglée se traduit sur le cliché par un perte de netteté non-déformée des étoiles. 5) La mise au point Un cliché flou est souvent du à une mise au point imparfaite. L utilisation du masque de Bahtinov facilite cette étape. Le masque est mis à l avant du tube. En observant une étoile, la figure d Airy se transforme en un disque avec 3 aigrettes. La mise au point est correcte quand les 3 aigrettes se croisent au centre du disque. 6) La calibration Cette étape se fait pendant ou après la séquence de photo. Elle consiste a effectuer 3 séries particulières de photo qui vont aider à mesurer le bruit de l appareil, et certains défauts des optiques. Ces images seront utilisées lors du traitement des clichés. NOIR/DARK: Il sert à capter le bruit de l'électronique (bruit thermique) de la caméra CCD. Il doit être réalisé avec le même temps de pose que l'objet à imager et à la même température. Le tube est obstrué avec un cache noir, et une série d au moins 10 images est prise avec un temps de pose identique à l image du ciel profond. BIAS/OFFSET : Il représente le bruit de lecture de la caméra. Il s'agit d'un signal électronique parasite constant qui s'ajoute à l'image du ciel profond. Le tube est obstrué avec un cache noir, et une série d au moins 10 images est prise avec le temps de pose le plus rapide possible. BLANC/FLAT : il permet de corriger les problèmes de vignetage de l'optique utilisé et de faire disparaître les poussières qui se déposent sur l'optique, la Barlow, le capteur de la caméra. Le tube est éclairé avec une lumière blanche diffuse, une série d au moins 10 images est prise. A noter que le flat est à refaire a chaque fois que l'on bouge la position de la caméra.

13 Introduction au traitement de l image Compositage des images La calibration de chaque image Compositage des images : L'objectif de combiner plusieurs images en une seule est uniquement d'augmenter le rapport signal/bruit. En d autre terme, le bruit des images va être moyenné alors que le contenu (signal utile) tels que les étoiles, les nébuleuses va s additionner. Les images obtenues sont ni plus lumineuses, ni plus colorées mais par contre elles ont beaucoup moins de bruit ce qui permet de pousser beaucoup plus le traitement et donc de faire ressortir beaucoup mieux les détails et les couleurs. Avant d empiler les images, il faut les aligner sinon l opération risque d ajouter un flou indésirable. Les logiciels d astronomie tels que IRIS, REGISTAX, AVISTACK, DEEPSKYSTACKER automatisent ses opérations élémentaires. Les 3 images ci-dessous illustrent visuellement l amélioration en additionnant 4 et 32 images par rapport à l image brute. Image brute Addition de 4 Images brutes Addition de 32 Images brutes sources: Wikipédia Le rapport signal/bruit s'améliore avec la racine carrée du nombre d'images additionnées et ceci indépendamment du temps de pose de chaque image. Cette règle signifie que si le rapport signal/bruit de l image brute vaut 1, en combinant 4 images le rapport signal/bruit de l image finale passe à 2. Pour la combinaison de 32 images, le gain est 5,6 La calibration La calibration est l'opération qui vise améliorer le rapport signal/bruit de chaque image brute avant l opération de compositage. En effet, certains bruits et défauts de la caméra peuvent être mesurés indirectement et donc supprimés ou atténués : le bruit de lecture de la caméra est contenu dans les images d offset : en les combinant, on obtient une image appelée offset - maitre. Le bruit thermique du capteur est contenu dans les images de dark : en soustrayant l image offset maitre à chaque image de dark, puis en combinant les images intermédiaires, on obtient une image appelée dark maitre. Le vignetage et les poussières de l'optique apparaissent sur les images flat : l offset-maitre et le dark maitre sont retirés à chaque image flat dark, puis en combinant les images intermédiaires, on obtient une image appelée flat maitre. Une fois les images maître produites, la calibration des images brutes peut commencer. Elle consiste à soustraire le signal d'offset-maitre, soustraire le signal de darkmaitre et diviser par le signal de flat-maitre. le diagramme de traitement ci-dessous illustre le gain apporté par la calibration en comparant l image brute (à gauche) à l image traitée ( à droite). e Source:

14 Observer : LE SOLEIL A la section Astronomie de la SLA, nous observons en toute sécurité le soleil à l aide d une petite lunette spécifique dédiée uniquement à l observation solaire: LE CORONADO PST. Les protubérances, invisibles (ou très rarement) lors d'observation en lumière blanche (spectre visible) deviennent parfaitement visibles en H-alpha ( raie de l hydrogène). La vision de la surface solaire change également par rapport à une observation en spectre visible. Les filaments sont désormais visibles et ce plus ou moins bien en fonction de la longueur d'onde du filtre H-alpha utilisé. Soleil 08/06/2014 Webcam / PST Coronado - Mosaïque de 4 images Soleil 08/06/2014 Webcam / PST Coronado - zoom sur des protubérances Photo insolite: le vol d une Hirondelle - Soleil 28/05/2014 sources: photos SLA

15 Observer : La Lune La lune est la cible idéale pour débuter la photographie astronomique. Tout au long de son cycle, elle nous fait découvrir une variété de paysage : en particulier au niveau terminateur, le relief lunaire est accentué par le jeu des ombres. Quartier de lune Celestron C8 Canon EOS1000D Elle permet de s initier au base du traitement d image. Le débutant avec une simple webcam obtient rapidement des résultats probants. La webcam malgré son faible champ peut couvrir de grande région lunaire en utilisant tout simplement la technique de la mosaïque ( images ci-dessous). Quartier de lune: mosaïque de 47 images Celestron C8 - Canon EOS1000D 2 mosaïques de la lune Celestron C8 / WEBCAM Philips TOUCAM PRO II sources: photos SLA

16 Observer : Saturne / Jupiter / Mars Jupiter et de ses satellites offrent de façon journalière des phénomènes tels que l occultation des satellites, l ombre du satellite projeté sur la planète. On peut y observer la fameuse tâche rouge, des détails dans les bandes équatoriales de nuage. Saturne et ses anneaux : c est une planète fascinante à observer: même après des années d astronomie, on ne s en lasse pas. Mars est une planète plus difficile à observer pour le débutant car les détails sont moins marqués que Jupiter ou Saturne. En s aidant de logiciel d éphémérides martiens, on peut reconnaitre les grands reliefs martiens, et les calottes polaires. Photos de Mars éphéméride de Mars

17 Observer : Le ciel profond L observation du ciel profond est ce qu il y a de plus difficile pour le novice. Il doit apprendre à se repérer parmi les nombreuses étoiles. La façon la plus simple est de pratiquer l astronomie en club. Le novice bénéficiera de l expérience des membres et sera guidé tout au long de sa formation. La plupart des astronomes amateurs ont débuté en visuel par les objets du catalogue Messier ( astronome français ): amas ouvert, amas globulaire, nébuleuse diffuse, nébuleuse planétaire et galaxies. Les photos ci-dessous sont juste 4 échantillons parmi les 110 objets du catalogue Messier. Le ciel profond ne se limite pas à Messier. Il existe d autres catalogues beaucoup plus fournis en objets célestes tels que NGC, IC. sources: photos SLA

18 L ASTRONOMIE AMATEUR Faire de l astronomie dans une association Apprendre le ciel au novice Apprendre à utiliser le télescope Partager/Echanger autour d'une passion S'initier à la photographie Animer des soirées d observation Organiser des évènements Nuit des étoiles. Échange et partage de connaissance entre membres du club Chanteloup-Les-bois, 7 mars 2014, une soirée Astro La fête de la science 2013

19 Réflexions d un astronomie amateur Pourquoi s'intéresser à l'astronomie? Les motivations sont extrêmement diverses. On peut tout de même tenter d'extraire quelques tendances majeures: le coté observationnel, le contact avec les étoiles le jeu technique voire le défi (pour les amateurs d'images numériques par exemple) la volonté d'en savoir un peu plus sur l'univers, proche ou lointain la transmission de ce savoir au grand public (petit et grands d'ailleurs) Quelles sont les activités pratiquées? Sans vouloir rentrer dans le détail d'un long catalogue totalement hermétique pour le néophyte, je vous propose cette petite classification: les activités d'extérieur (observation, etc ) les activités d'intérieur la vulgarisation les activités périastronomiques Précisons tout de suite le cadre de cette classification. Les activités d'extérieur regroupent toutes les formes d'observations, de l'œil nu aux équipements les plus sophistiqués. Les activités d'intérieur sont certainement plus nombreuses et plus pratiquées, car il n'y a pas la contrainte de l'horaire, du lieu ou de la météo, comme pour une observation. Ces activités pourraient encore se diviser en 2 sous catégories: celles en relation avec une pratique d'observation (préparation de sorties futures, traitement des informations ou images, archivage, etc.) et celles basées sur une recherche documentaire et souvent complètement éloignées de toute observation. Je nommerai cela l'»astronomie de salon», basée sur l'assimilation d'un ensemble de connaissances générale (façon cosmographie), et qui peut se décliner en un certain nombres de spécialités, comme la mécanique céleste, la cosmologie, la planétologie, etc. Cette classification a volontairement séparé l'activité de vulgarisation de l'astronomie des autres activités. Tout d'abord, parce qu'il est possible de pratiquer la vulgarisation autant à l'intérieur (expositions, conférences) qu'à l'extérieur (soirées d'observations publiques). De plus cette activité n'est pas centrée sur celui qui la pratique, mais sur le public spectateur. Tout ceci change radicalement les finalités de cette pratique de l'astronomie amateur, par rapport aux 2 autres pratiques précédemment évoquées, centrées sur l'acteur. De nombreuses formules existe: animations dans les écoles, cours, conférences, spectacles, séances de planétarium, expositions, stages d'initiations, stages spécialisés, etc. La grande difficulté de cette discipline est souvent de connaître sa limite propre, tant sur le plan des connaissances (pour garantir un contenu exact) que de l'investissement personnel: de nombreux projets demandent bien souvent plus de temps qu'on ne croit au départ. Les activités périastronomiques ne font pas partie vraiment intégrante des pratiques de l'astronomie amateur, mais il est impossible de les passer sous silence. Je nomme pratique «péri astronomique» toute activité utilisant les connaissances astronomiques ou s'appuillant sur l'astronomie pour exister. Ainsi, tailler un miroir ou construire un télescope complet n'est pas à mon sens une activité réellement astronomique. Cependant, l'acteur est souvent astronome amateur, ou tend à le devenir, de par l'utilisation de l'instrument futur. On pourrait également rajouter dans cette catégorie, l'histoire de l'astronomie et l'histoire des sciences, la littérature ayant pour thématique les astres, la mythologie, voire une certaine branche de l'ethnologie analysant les représentations symboliques «placés» dans le ciel, sans oublier la construction de cadrans solaires (gnomonique) et bien d'autres activités encore. Si on voulait provoquer un débat houleux, on pourrait rajouter l'astrologie, qui utilise des données astronomiques. Quelques questions à ne pas négliger Je vous invite à réfléchir également sur quelques problématiques que l'astronome amateur ne peut ignorer: la pollution lumineuse la météo qui empêche régulièrement de planifier des observations la relation astronomie / astrologie évoquée inévitablement par le grand public les limites de la vulgarisation par l'astronome amateur La finalité et les pratiques possibles dans un club d'astronomie local. En conclusion L'astronomie amateur reste une activité de loisir. Il arrive parfois qu'entres astronomes amateurs nous ne soyons pas d'accord sur la manière de pratiquer telle ou telle activité. Evidemment, et fort heureusement, chacun tente de pratiquer l'astronomie amateur comme il le désire. Après de nombreuses discussions entre collègues et amis, je pense que nos différents ont le plus souvent pour origine une définition différente du «loisir», plutôt que sur un type de pratique. le loisir est-il interprété comme une activité extra professionnelle, avec des objectifs plus ou moins précis, (qui entrainent des contraintes, des efforts, et une certaine périodicité nécessaire), ou au contraire, le loisir est il défini comme avant tout un divertissement ou un défoulement? Juste une petite comparaison / illustration musicale: certains de mes amis pratiquent la musique sous la forme de karaoké plus ou moins improvisés lors de soirées biens arrosées. D'autres amis, (certains faisant parti du précédent groupe) chantent dans un Chœur durant des mois pour préparer un concert classique. Les uns comme les autres se font plaisir en pratiquant le chant à leur manière. Les enjeux, les obligations et les résultats sonores ne sont pas les mêmes. Je pense qu'il en est de même pour l'astronomie amateur. Chacun à notre manière, en dilettante, pratiquons l'astronomie amateur! Yves Lhoumeau, Astronome Amateur