Astronomie amateur, notions pour débuter

Astronomie amateur

Notions de base pour débuter et choisir son matériel

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Vous pouvez consulter en annexe mon classement des marques de matériel.

Le but de cette page est de présenter ce qu'est l'astronomie amateur, ce qu'il est possible de faire à quel prix et avec quelle expérience, et de donner les repères essentiels au choix d'un instrument. Elle ne constitue pas un mode d'emploi exhaustif, c'est une base de connaissance pour savoir de quoi on parle avant de chercher plus loin (forums, clubs, magasins spécialisés).

I) Les deux types d'observation

Il existe deux familles d'objets observables.

1) L'observation dite planétaire concerne presque exclusivement les 4 objets suivants : la Lune, Mars, Jupiter, Saturne. Elle n'est pas sensible à la pollution lumineuse, donc peut se pratiquer même en plein Paris. La pauvreté de ce répertoire est en partie compensée par les variations que ces objets proposent : changements quotidiens d'éclairage pour la Lune, changements dans les bandes nuageuses d'une année sur l'autre sur Jupiter, changements d'angle d'inclinaison pour les anneaux de Saturne. Les instruments adaptés à l'observation planétaire sont ceux qui supportent bien les forts grossissements nécessaires pour ces objets de petite taille.

2) L'observation du ciel profond concerne un nombre d'objets potentiellement très grand si on utilise un instrument puissant dans un site d'observation adapté. Il y a 4 catégories d'objets dans le ciel profond : les galaxies, les nébuleuses, les nébuleuses planétaires, les amas globulaires. Ils ne présentent pas de changements visibles d'une année sur l'autre, ni à l'échelle d'une vie humaine, l'astronome les voit donc toute sa vie à l'identique, sauf à avoir recours à un matériel plus puissant ou à un site d'observation plus qualitatif. Ces objets lointains sont beaucoup plus étendus et beaucoup moins lumineux que les planètes, on les observe donc avec un faible grossissement qui garantit à la fois un plus grand champ de vision et surtout une plus forte luminosité. L'observation du ciel profond est très sensible à la pollution lumineuse.

II) Les deux manières d'observer

On distingue l'observation visuelle (oeil à l'oculaire) et la photographie. Ces deux techniques sont à croiser avec les deux types d'objets à observer, ce que l'on peut récapituler dans un tableau à double entrée.

III) Présentation des 4 domaines d'activité sous forme de tableau.

IV) Définir son projet

Avant tout investissement, il est donc important de réfléchir précisément à son projet, qui se construit en prenant en compte plusieurs critères :

Voyons maintenant de façon plus détaillées les quatre domaines exposés dans le tableau.

V) Observation visuelle des planètes

1) Les objets à observer

L'observation planétaire visuelle se porte sur les objets les plus lumineux, et qui restent les plus lumineux malgré les forts grossissements utilisés. Pour cette raison, elle est perçue par certains comme la plus spectaculaire (notamment la Lune). Pourtant, la variété des objets est très limitée :

2) Les formules optiques appropriées

Les lunettes sont des instruments particulièrement adaptés à l'observation visuelle planétaire. L'alignement des optiques (collimation), qui est très sensible en planétaire sur les télescopes, aura été réglé en usine définitivement pour une lunette : il n'y aura pas de meilleur réglage à rechercher régulièrement pour l'utilisateur comme sur un télescope. De plus, le piqué de l'image et ses couleurs sur les planètes sont meilleurs avec une lunette qu'un télescope. En revanche, les grossissements sont moins importants qu'avec un gros télescope en raison du diamètre nettement plus petit.
Les télescopes Maksutov (surtout) et Schmidt-Cassegrain sont également performants mais nécessitent qu'on réajuste occasionnellement l'alignement des miroirs (collimation). Ils permettent d'évoluer vers la photographie planétaire plus facilement qu'une lunette.
Les télescopes Newton sont ici moins adaptés, mais ils peuvent aussi donner des résultats corrects si leur optique est de bonne qualité, et surtout, si l'alignement des miroirs (collimation) a été réalisé avec une extrême précision. Or c'est sur les Newton que ces réglages sont les plus délicats.

3) Oculaires et grossissements

Rappel : Grossissement = focale de l'instrument / focale de l'oculaire

Le choix du grossissement est important et délicat. En théorie, le grossissement qui offre le plus de détails représente les 2/3 du diamètre, soit seulement 133 fois pour un instrument de 200mm de diamètre. Mais en pratique, c'est un grossissement plus ou moins égal au diamètre qui donne le plus de détails en planétaire, le rapport optimal exact dépendant de nombreux facteurs : habitudes et préférences de l'observateur, qualité des optiques, intensité de la turbulence atmosphérique, précision de l'alignement optique, formule optique de l'instrument, diamètre, tube ouvert ou fermé...
En fonction de tous ces facteurs, le grossissement conseillé en planétaire variera entre 0,8 fois le diamètre (dobson de grand diamètre) et 1,5 fois le diamètre (instruments de petit diamètre et haute qualité optique). Un grossissement supérieur à 1,5 fois le diamètre est possible, mais l'oeil travaillera dans de très mauvaises conditions, et il y aura vraisemblablement moins de détails visibles qu'avec un grossissement plus raisonnable.
Le grossissement maximum théorique de 2,5 fois le diamètre est sans utilité pratique, si tant est que cette valeur arbitraire corresponde à une quelconque réalité théorique.

Il faut soigner la qualité optique de l'oculaire destiné à l'observation planétaire : un tube optique de qualité ne peut pas se contenter à fort grossissement d'un oculaire premier prix. Les lentilles de barlow sont à éviter, toutefois une barlow de très haute qualité achetée pour la photo peut être utilisée exceptionnellement pour dépanner. Contrairement à ce qu'espèrent certains débutants, une lentille de barlow ne change rien aux ratios donnés plus haut, puisque c'est toujours le grossissement final (obtenu avec la barlow) qui est à comparer au diamètre en mm de l'instrument.

4) Filtres

Il existe des filtres de couleur censés améliorer le contraste de certains détails sur les planètes, mais cette pratique a peu d'adeptes, en raison d'une part de sa faible efficacité par rapport au but annoncé, et d'autre part parce que l'image globale de la planète s'en trouve fortement dénaturée.

Pour la Lune, un filtre neutre ou polarisant est utile pour réduire la luminosité de la Lune, qui est très éblouissante à partir de 100mm de diamètre. Dans un cas comme dans l'autre, ces filtres n'ont pas de couleur apparente à l'oeil, ils sont gris ; les filtres lunaires verdâtres, tels que ceux parfois livrés avec les petits instruments d'initiation, sont à éviter en raison de leur mauvaise qualité. Ce qui existe de mieux ici est un jeu de filtres polarisants rotatifs, car on peut faire varier l'opacité du filtre pour l'adapter aux préférences de l'observateur et au diamètre de l'instrument utilisé.

VI) Observation visuelle du ciel profond

1) Introduction

Avertissement : Les objets du ciel profond n'apparaissent jamais à l'oculaire d'un télescope comme sur les photos qu'on trouve sur internet. Ce sont des objets très peu lumineux, qui sont photographiés avec des temps de pose de plusieurs dizaines de minutes, voire plusieurs heures ; alors que l'oeil n'accumule pas la lumière au-delà d'un dixième de seconde. Il n'y a donc aucune comparaison possible entre les résultats, car comme partout on ne peut pas comparer le résultat d'un travail de 0,1 seconde avec celui d'un travail de plusieurs heures. Le résultat en visuel s'apparente toujours à des tâches sans couleurs, plus ou moins pâles ou lumineuses, compactes ou diffuses (sauf pour les amas globulaires).

Il est indispensable ici de disposer d'un site d'observation dépourvu de pollution lumineuse, et d'un instrument de grand diamètre (idéalement, au moins 250mm). La formule dobson telle qu'elle était proposée à l'origine (sans moteur, ordinateur, ect...) permet de disposer d'un tel diamètre à un prix abordable pour ce type d'observation, un instrument polyvalent de 250mm étant très onéreux.

Les grossissements utilisés varient le plus souvent entre 1/4 du diamètre (pour les objets les plus diffus) et 3/4 du diamètre (pour les plus compacts). Un grossissement de 1/5 ou 1/6 du diamètre est possible sur les télescopes Newton (déconseillé sur les Schmidt-Cassegrain) si le site d'observation est très épargné par la pollution lumineuse ; cependant, il se peut qu'une partie de la lumière utile se perde dans l'iris (dépassement du grossissement minimum) si l'observateur est un enfant ou une personne âgée.

Pour les amateurs d'observations visuelles plus extrêmes, certaines nébuleuses planétaires de très petite taille peuvent s'observer avec des grossissements plus élevés qu'en planétaire. Le manque de netteté découlant d'un grossissement extrême est ici moins gênant qu'en planétaire, car l'objet observé est de base déjà flou. Ce sont toutefois des cas particuliers dans l'observation du ciel profond.

2) Filtres spectraux et anti-pollution

Des filtres anti-pollution sont utiles dans les sites modérément pollués, mais ils ne sauraient en aucun cas remplacer un bon site d'observation. J'en proposerais ici deux, d'un excellent rapport qualité prix : s'il faut n'en retenir qu'un, le filtre CLS Astronomik qui est très polyvalent et performant contre les lampes à vapeur de sodium (lumière jaune orangée), et en plus spécialisé le filtre UHC Astronomik, plus restrictif contre la pollution lumineuse blanche, mais qui laisse passer toutes les longueurs d'onde utiles à l'observation des nébuleuses.
Il existe également les filtres OIII qui ne laissent passer que la lumière émise par l'oxygène des nébuleuses, car c'est la seule longueur d'onde issue des nébuleuses que l'oeil humain perçoit efficacement en vision nocturne. Ils vont être utiles sur certaines nébuleuses et sur les télescopes de grand diamètre (peu pertinents en-dessous de 250mm de diamètre).
Il faut garder à l'esprit que ces filtres spectraux sont efficaces surtout sur les nébuleuses. Certains peuvent améliorer le contraste des nébuleuses y compris dans un ciel non-pollué. A l'inverse, il est difficile de fabriquer des filtres anti-pollution efficaces sur les galaxies (et les amas globulaires), car leur lumière s'étale sur tout le spectre, tout comme celui des lampes à vapeur de sodium haute pression utilisées aujourd'hui. Il ne faut donc s'attendre qu'à une efficacité modérée de la part des filtres commercialisés à cet usage, même si cet apport raisonnable est à prendre en considération.

3) Objets à voir pour débuter

Voici la liste des premières observations que je conseillerais pour débuter dans l'observation visuelle du ciel profond. Les amas globulaires et les nébuleuses planétaires sont les objets les plus faciles ; les galaxies sont les objets les plus difficiles, qui réclament les plus grands diamètres et surtout les meilleurs sites d'observation.

4) Site d'observation

Ensuite, le choix du site d'observation est primordial. Les outils de base sont la carte routière, et Google Earth. On peut les compléter avec la carte théorique AVEX de la pollution lumineuse, qui se superpose à Google Earth : http://www.avex-asso.org/dossiers/wordpress/?page_id=38

Il y a ensuite quelques règles de base à connaître :

Des pistes pour rechercher son site d'observation du ciel profond, établies sur la base de données théoriques, au départ des 50 premières agglomérations françaises classées par taille décroissante (et en allant quand c'est possible pas trop loin) :

Quelques secteurs de haute qualité, situés dans différentes régions de France :

Après ce tour d'horizon, on constate que les régions situées au Nord et au Nord-Ouest de la France sont très mal loties pour l'observation du ciel profond. Le Nord-Est est également très pollué, mais offre quelques opportunités du côté du département de la Meuse. Sans parler de la région parisienne. Tout le monde n'a donc pas en France un ciel convenable pour l'observation visuelle du ciel profond. Il faut en tenir compte dans la construction de son projet.

VII) La photographie planétaire

1) Télescope et monture

Les instruments les plus adaptés ici sont ceux qui disposent d'une longue focale : Maksutov, Schmidt-Cassegrain...

Cependant, les grossissements nécessaires sont si importants qu'il faudra toujours une lentille de barlow sur les planètes, de façon à amener la focale à 20 à 30 fois le diamètre. On utilisera donc une barlow 2x sur un Schmidt-Cassegrain, mais 4x voire 5x sur un Newton très ouvert.

Le grossissement (quoiqu'on n'utilise pas ce mot en photographie) dépendra également de la taille des pixels du capteur numérique. Plus les pixels sont petits, plus l'image sera grossie. Un capteur dont les pixels mesurent 4 microns proposera à l'écran un grossissement 2 fois plus important qu'un capteur dont les pixels mesurent 8 microns, toutes choses égales par ailleurs. Bien sûr, tous les inconvénients (notamment 4 fois moins de signal) présents lorsqu'on double un grossissement, quelle que soit la méthode, s'appliqueront.

Le système de monture le plus adapté est la monture équatoriale, motorisée au minimum en AD. Il est toutefois possible de pratiquer la photo planétaire avec d'autres dispositifs (monture alt-azimutale informatisée, monture équatoriale sans moteur, voire dobson) mais c'est la monture qui limitera la qualité des travaux, ce qui n'est pas acceptable dans un projet où la photo planétaire serait prioritaire.

2) Capteur numérique

Intéressons-nous maintenant au capteur numérique.
Il y a quelques années, les webcams Philips Toucam Pro 2 puis SPC900 ont été une véritable révolution pour la photo planétaire. Ceux qui consacrent un petit budget à la photo planétaire les utilisent encore. Il est encore possible d'en acheter d'occasion (avec le raccord 31,75) aux utilisateurs qui passent aux caméras plus puissantes aujourd'hui disponibles. Ces caméras fonctionnent à 10 images par secondes en 640x480 en couleur (plus rapide, c'est aux dépens de la qualité). L'installation des pilotes sous Windows Vista ou 7 en 64 bits n'est pas forcément possible simplement.
Mais ces technologies évoluant avec l'informatique, on trouve aujourd'hui des caméras vidéo dédiées à l'astronomie qui sont supérieures à la fois en nombre de pixels et en fréquence d'images. On utilise aujourd'hui notamment des modèles comme la DFK31 :
http://astronome.fr/produit-cameras-ccd-camera-couleur-dfk-31au03as-imaging-source-1047.html
Elle permet de passer à une fréquence de 15 images par seconde en 1024x768 avec une bonne qualité d'image, en couleur, ce qui peut constituer un compromis entre la Lune, qui est plus spectaculaire en monochrome avec beaucoup de pixels (ex : DMK41 en 1280x960), et les planètes, qui nécessitent la couleur et une fréquence d'images très élevée qui n'est compatible qu'avec des capteurs de petite taille (ex : DFK21 en 640x480).

Les utilisateurs les plus experts préfèrent les modèles équivalents en noir et blanc pour leur sensibilité et pour la liberté qu'ils leur offrent lors des traitements informatiques. Ils utilisent des filtres pour obtenir des films bruts monochromes dans différentes couleurs (rouge, vert, bleu), puis construisent eux-mêmes leur image couleur en faisant la synthèse des couleurs produites séparément. Il s'agit généralement d'utilisateurs qui sont habitués à utiliser une roue à filtre en photo du ciel profond, et qui sont rodés aux traitements informatiques. Pour les moins expérimentés, utiliser une caméra couleur offre l'avantage de la simplicité et de la rapidité, pour un résultat presque équivalent quand la technique est maîtrisée.

Comme ces technologies continuent d'évoluer, il y aura dans quelques années une nouvelle génération de capteur, avec des connectiques USB3 ou réseau Gigibit, des ordinateurs plus puissants équipés de disques durs SSD, et probablement des fréquences réelles de plus de 60 images non compressées par seconde. On trouve déjà sur le marché la caméra Basler acA640-100gm, avec ses 100 images/seconde en 649x494 et une connectique réseau Gigabit... un débit de données encore difficile à supporter pour un ordinateur portable d'aujourd'hui.
Il faut toutefois garder à l'esprit que pour filmer à 100 images par seconde, il faut faire des poses de moins de 1/100 de seconde, ce qui n'est possible que sur des cibles proches du Soleil comme Venus, la Lune ou Mars. Sur Saturne, ce n'est pas la peine d'y penser...

Très important : Il est indispensable que la caméra destinée à la photographie planétaire et lunaire possède un réglage qui s'appelle le gain. Sur les webcams Toucam pro II ou SPC900, il y avait une barre de gain parmi les réglages disponibles sur le logiciel de pilotage, d'où leur apport considérable à l'astronomie amateur à l'époque. On retrouve donc ce réglage crucial sur les caméras des marques Imaging Source, I-Nova, Basler...
En revanche, il est absent sur les modèles d'initiation comme les Orion StarShoot Solar System Color Imager, ou sur la Caméra Pentaflex planétaire 1.3Mp. Ce type de caméra dite d'initiation (ou de dégoûtage ?) est donc à bannir absolument.

3) Réglages sur le terrain pour Mars, Jupiter, Saturne (anciennes webcams)

Avertissement : Ce paragraphe obsolète est relatif aux réglages sur les anciennes webcam Philips. Pour les modèles plus récents, ça peut varier selon la caméra et le logiciel, pour un gain plus modéré notamment.

Pour bénéficier pleinement par la suite de l'efficacité des traitements informatiques, on place le gain aux alentours de 60 à 70% de la barre de réglage. On ajustera ensuite la luminosité par le temps de pose. Les barres de contraste, de luminosité et de saturation ont préalablement été placées vers la moitié ; celle de gamma à zéro. Il n'est pas pertinent de pousser le contraste à fond pour obtenir le plus de détails tout de suite : on aura tout loisir plus tard de réhausser le contraste des images brutes par des fonctions bien plus sophistiquées et efficaces.
Dans le doute, il vaut mieux un film sous-exposé que sur-exposé.
C'est à la précision du réglage du gain que l'on reconnaîtra ensuite la main du maître, ce gain devant être à la fois suffisamment élevé pour permettre de bénéficier de la pleine puissance des traitements informatiques finaux (ondelettes, masque flou), et suffisamment faible pour ne pas faire réhausser unitilement le bruit, qui limite la tolérence de l'image à ces mêmes traitements à l'efficacité spectaculaire. Les capteurs beaucoup plus récents, comme le ICX618 de Sony, ont un rapport signal/bruit bien meilleur, ce qui rend ces réglages moins subtils.

4) Traitement informatique pour Mars, Jupiter, Saturne (avec Iris uniquement)

Avertissement : Ce paragraphe (qui commence à dater un peu) fait référence à un traitement utilisant uniquement le logiciel Iris. A l'heure actuelle, on pourrait à la place conseiller d'utiliser AutoStakkert 2 pour aligner, sélectionner, superposer ; et les ondelettes de Registax 6 pour les renforcements. Ce sont tous deux aussi des logiciels gratuits.

On a obtenu sur le terrain un film AVI couleur non compressé (lisible sans aucun codec), par exemple de 1000 images (10 images par secondes pendant 100 secondes).
Pour vous entrainer, vous pouvez télécharger sur cette page un excellent film brut de Jupiter fait à la SPC900 que je mets à votre disposition à cet effet (attention le nombre d'images n'est pas celui de l'exemple qui suit ; et les films bruts faits à la DFK21 ne sont pas compatibles Iris).
Le logiciel gratuit de référence est Iris. Après avoir défini le dossier de travail, on utilise la fonction Conversion AVI. Mettre en mode couleur, mettre r dans rouge, b dans bleu, v dans vert. Décocher la suppression automatique de la redondance.
Une fois l'opération terminée, on obtient dans le répertoire de travail (normalement) 1000 images de chacune des 3 couleurs rouge, vert, bleu. Faire un carré autour de la planète en laissant un peu de marge autour. Ouvrir l'invite de commande puis exécuter la commande : compute_trichro1 v r v b 512 500 1000
Ce qui signifie : Classer les images par ordre de qualité décroissante à l'intérieur d'un espace de travail de 512 pixels de côté, Garder les 500 meilleures parmi les 1000 disponibles, Réaligner les 500 images conservées, Superposer les 500 images conservées, Constituer l'image en couleur par trichromie rouge vert bleu.

Principe de base : Plus le nombre d'images retenues est restrictif, plus la qualité des images superposées est grande ; plus le nombre d'images superposées est grand, plus les traitements informatiques ultérieurs seront puissants pour améliorer l'image (car le bruit aura été davantage moyenné, donc réduit).

Avant de continuer, sauvegarder l'image au format FIT.
On utilise la fonction multiplication (souvent par 0.8) pour amener la luminosité au niveau souhaité, après avoir mis les seuils de visualisation aux deux extrémités.
On peut ajuster la balance des couleurs de différentes manières (à approfondir en lisant des pages spécialisées).
La fonction de traitement la plus rapide pour améliorer une image planétaire est le masque flou sous Iris. Ouvrir sa fenêtre, la finesse par défaut de 1,50 est un bon début. Cocher la case pour voir l'aperçu en temps réel, puis jouer sur le contraste (la case planétaire est cochée, la case bord non cochée). On fait apparaître le plus de détails possibles sans que l'image n'apparaisse comme surtraitée. Faire de nombreux essais pour prendre l'outil en main.

Une finition avec les ondelettes de Registax 6 est souvent plus fine. Idéalement, il arrive que certaines combinaisons ondelettes / masque flou fonctionnent, pour une efficacité finale remarquable, bien que dans la plupart des cas l'accumulation des deux massacre totalement l'image.

On peut maintenant sauvegarger en BMP, puis faire les finitions sur un logiciel classique de retouche d'images, et sauvegarder en JPG de haute qualité pour pouvoir partager l'image.

5) Traitement informatique (Lune) - Bases à approfondir

Avertissement : Ce paragraphe commence à dater également. Aujourd'hui, on conseillerait plutôt d'utiliser le logiciel Autostakkert 2 pour la Lune également, car il sera notamment plus facile de faire un flatfield. Il permet également de traiter en une seule fois toute une série de films, sans être retenu derrière l'ordinateur. On trouve ici un excellent tutoriel sur le traitement de films bruts du Soleil (la technique est identique avec la Lune).

On a obtenu sur le terrain un AVI non compressé, souvent plus court qu'en planétaire, par exmple de 600 images (10 images par seconde pendant 1 minute).
Pour vous entrainer, vous pouvez télécharger sur cette page deux très bons films bruts de la Lune que je mets à votre disposition à cet effet.
Je conseillerais d'utiliser l'ancienne version (1.81) du logiciel Avistack dont l'interface est plus facile à comprendre :
http://www.avistack.de/downloads/AviStack181_Win32.zip
Notice en français.

Se reporter à la notice pour la procédure de traitement. On retiendra une proportion des images plus faible qu'en planétaire pour privilégier la qualité (par exemple, entre 80 et 150 images sur 600 en fonction de la turbulence). A l'issu du stack, on sauvegardera l'image pour la rouvrir sous Iris, car les ondelettes sont trop compliquées à appliquer sous Avistack 1.81.
Sous Iris, ouvrir la fenêtre des ondelettes, et améliorer l'image en n'utilisant que les 2 couches les plus fines, sans la rendre granuleuse. Sauvegarder en BMP.

Il ne reste plus qu'à faire les finitions sur un logiciel classique et encoder en haut JGP. Les images de la Lune sont souvent présentées en monochrome.

6) Exemple de photo, références et calculs

Voici la meilleure photo de Jupiter de mes débuts dans la photo planétaire, prise à Reims le 9 octobre 2010 à 00h03 heure française.

Jupiter

Toutes les caractéristiques :
Tube optique : Schmidt-Cassegrain EdgeHD Celestron de 203mm
Monture : Monture équatoriale allemande CGEM
Lentille de Barlow : Antares 2x Apochromatique
Capteur numérique : Webcam Philips SPC900 (achetée 50 euros d'occasion)
La même matrice est utilisée de façon plus performante dans la DFK21.
Taille des pixels du capteur numétique : 5,6 microns
Logiciels de traitements : Registax version 6, puis Photoshop Elements pour corriger les couleurs.

Formules mathématiques :
Le pouvoir séparateur angulaire théorique d'un instrument parfait est calculé par la formule 140 / diamètre. Le résultat est en secondes d'angle. Pour un télescope de 200mm, le pouvoir séparateur est de 0,7 secondes d'angle.

L'angle que représente un pixel sur la photo (équivalent numérique du grossissement) correspond à la taille apparente d'un pixel observé à une distance égale à la focale. Les angles étant très petits, on peut donc utiliser la formule :
Angle d'un pixel = arctan ( taille d'un pixel en mm / focale résultante en mm )
Ici : Taille d'un pixel = arctan [ ( 5,6 / 1000 ) / ( 2 x 2000 ) ]
Angle d'un pixel = 0,00008021 degré.
En secondes d'angle : 0,00008021 x 3600 = 0,289 seconde / pixel

Comparons les 2 résultats obtenus :
0,7 / 0,289 = 2,42 pixels
A l'intérieur de ce que le télescope peut définir de plus fin, on a donc placé ici près de 2 pixels et demi... au lieu d'un ! Pourtant l'image reste nette. Cela tient en grande partie à l'énorme contribution des traitements informatiques. Ce phénomène a cependant une limite, et il faut être un virtuose pour obtenir une image finale nette au-delà d'un rapport de 3, tel que calculé ici.

Mais au fait, que représente un pixel sur Jupiter ? On utilise ici la formule suivante :
Taille pour un pixel (en km) = distance (en km) x tan (angle pour un pixel en degré)
Jupiter se trouvait ce jour-là à 598.841.000 km de la Terre.
Taille pour un pixel = 598.841.000 x tan 0,00008021°
Taille pour un pixel = 838 km
Un pixel au centre de l'image de la planète représente donc là-bas... un carré de 838 km de côté !

Pouvons-nous vérifier ces résultats ?
Le diamètre équatorial de Jupiter représente sur cette photo l'équivalent de 196 pixels. Si un pixel au centre représente 838 km, alors les 196 pixels du diamètre doivent représenter :
196 x 838 = 164.248 km
Or le diamètre équatorial de Jupiter n'est que de 142.984 km !
Comparons ces résultats :
164.248 / 142.984 = 1,15
Jupiter n'a pas grossi ! C'est simplement que le grossissement réel est de 15% supérieur à la valeur calculée. On retrouve d'ailleurs ce même écart de 15% si on base le calcul sur le diamètre polaire, plus pertinent quand Jupiter n'est pas à l'opposition. Cette erreur provient très vraisemblablement de la lentille de barlow. En effet, en photographie, son rapport de x2 n'est vrai qu'à une certaine distance de ses optiques. Si on rajoute quelques centimètres de tirage, on transforme à moindre coût une barlow 2x en barlow 3x (sauf pour certaines barlows Televue très haut de gamme). Ici, le capteur numérique est vraisemblablement un peu plus en retrait que l'endroit où se trouverait un oculaire placé dans la même lentille de barlow. La focale était donc un peu plus que doublée par la lentille de barlow, d'où cet écart de 15% entre la théorie et la pratique. Un pixel ne représentait donc que 0,25 seconde d'angle, et 730 km au centre de l'image de Jupiter, si on utilise ce mode de calcul plus précis.

VIII) La photographie du ciel profond

Ce domaine est trop complexe pour en présenter ici un mode d'emploi. Je me contenterais donc de résumer les principes généraux.

1) Au niveau du télescope

Le matériel central ici est la monture. Elle doit être équatoriale et informatisée avec GoTo. Elle doit être d'une robustesse et d'une précision irréprochables. Ce sera par exemple chez Celestron la nouvelle CGEM DX pour les photographes itinérants, ou à l'extrême la CGE Pro, pour ceux qui disposent d'une coupole ou d'une installation à poste fixe. Les sous-marques de Celestron, Orion et Skywatcher, proposent des modèles moins chers et moins design, mais aux performances équivalentes. Ce type de monture dite allemande est réputé plus pratique pour l'astrophoto qu'une monture à fourche sur table équatoriale.

Même avec du très bon matériel, l'entrainement mécanique traditionnel avec pignon et vis sans fin présente des limites. C'est pourquoi en métière de photo du ciel profond, tant qu'on reste itinérant, l'ambition est mauvaise conseillère. Toutefois, il existe des types de monture plus performants : l'entrainement par courroie (chez Avalon, compter 4000 euros pour mécanique seule) qui nécessite quand même un autoguidage mais celui-ci se met en place sur une base beaucoup plus saine, et le Direct Drive (chez ASA, compter 7600 euros pour mécanique seule) qui ne nécessite pas d'autoguidage. Au bord d'un champ, la deuxième solution n'est pas automatiquement meilleure, car un très bon autoguidage peut être meilleur qu'un Direct Drive théoriquement parfait mais pas exploité à son juste potentiel par un utilisateur itinérant, et ce notamment sur les photos de nébuleuses en bandes étroites.

Même avec ces monstres, il n'est pas possible de faire une pose de plus de 10 à 40 secondes. La précision du simple suivi équatorial par le moteur en AD ne suffit pas. Il faut donc corriger en temps réel le suivi basique assuré par la monture en mettant en place ce qu'on appelle un autoguidage. Il faut alors fixer sur le tube de l'instrument principal une petite lunette (dans les 80mm de diamètre) en parallèle. Sur cette lunette, soit on met une caméra CCD de moindre qualité reliée à un ordinateur relié à la monture, soit on utilise un autoguider indépendant qui fait directement le lien entre la lunette guide et la monture, une nouveauté bien pratique quand les problèmes informatiques s'accumulent.
La lunette guide n'a pas besoin d'être de bonne qualité, mais si c'est le cas il est possible de placer l'autoguider dans l'instrument principal et la CCD d'imagerie dans la lunette guide, pour obtenir une image avec un plus grand champ qu'en fonctionnement normal sur un instrument puissant.

Le tube optique doit être très ouvert, c'est à dire disposer d'une distance focale assez courte par rapport au diamètre. Ce sera donc soit un Newton ouvert à 4 ou 5, soit une lunette apochromatique ouverte à 5 ou 6 (notamment pour les amateurs de nébuleuses), soit un Schmidt-Cassegrain équipé d'un réducteur de focale qui réduit son rapport d'ouverture de 10 à 6,3 (ce qui constitue encore une focale très importante par rapport aux contraintes mécaniques).
On obtient ainsi un faible grossissement qui limite le temps de pose, les effets des vibrations et imprécisions du suivi, les effets de la turbulence...

2) Le capteur numérique en lui-même

Il y en a de deux types :

Les caméras CCD couleur n'ont pas très bonne presse, même si les modèles les plus récents ont gagné en simplicité d'utilisation. Les utilisateurs préfèrent souvent les modèles monochromes. Pour faire des images en couleur, ils utilisent une roue à filtres et montent eux-mêmes leur polychromie. Un des avantages est de permettre aussi bien l'utilisation de filtres classiques rouge, vert, bleu que de filtres spécifiques aux nébuleuses (H-alpha, Oxygen III...) qui permettent aussi de reconstituer des images en couleur, pour un résultat magnifique là où ces longueurs d'onde s'appliquent.

- Les dimensions du capteur et la focale déterminent l'importance du champ de vision. Plus la capteur est gros et la focale courte, plus la portion de ciel photographiée est grande. De façon environ proportionnelle pour les deux.
- La taille des pixels et la focale déterminent ce qui s'apparente à un grossissement. Plus les pixels sont petits et la focale longue, plus l'objet visé sera gros (mais pas automatiquement plus détaillé !) à l'écran. De façon environ proportionnelle pour les deux.
- La taille (côté du carré) des pixels et le rapport d'ouverture (focale / diamètre) déterminent la luminosité (aussi appelée signal) pour un temps de pose identique. Plus les pixels sont gros et le rapport d'ouverture ouvert (grand diamètre pour petite focale), plus l'image sera lumineuse (ce qui permet des temps de pose plus rapides). De façon proportionnelle au carré pour les deux, cette fois-ci.

3) Le site d'observation

Les traitements informatiques augmentent la tolérance à la pollution lumineuse, mais idéalement il vaut mieux se rendre dans un site le moins pollué possible.
Le vent est un fléau car il fait vibrer l'instrument, et il est confortable de s'en protéger.

4) Les traitements informatiques

Ils jouent ici un rôle majeur et sont assez complexes. A ce stade, il faut se faire conseiller par des spécialistes. On peut voir leurs travaux et leurs astuces dans la rubrique Galerie d'images du forum Astrosurf.
Il est vivement conseillé de se familiariser avec le logiciel gratuit IRIS, même si l'interface peut sembler difficile au premier abord.

IX) Autres pratiques

1) La photographie en parallèle

Cette technique consiste à fixer un appareil photographique classique sur le tube (ou sur la tige du contre-poids) d'un instrument équipé d'une monture équatoriale. L'instrument astronomique n'assure que le suivi (compensation de la rotation de la Terre). Le grossissement de l'appareil photo, même avec un zoom, reste extrêmement faible. Il est donc facile d'assurer un suivi de qualité suffisante, même sans moteur, en maintenant manuellement une étoile guide au centre de l'oculaire (avec un grossissement très élevé). Cette technique permet de faire de très belles photos des objets du ciel profond les plus étendus avec un budget beaucoup plus modeste que la photographie du ciel profond à travers l'optique principale. Cependant, la pollution lumineuse est ici très gênante, de même que le bruit du capteur numérique des boîtiers photo non dédidés à l'astronomie.
Une petite lunette apochromatique d'astronomie revient souvent moins cher qu'un zoom photo suffisamment haut de gamme. On voit donc se développer avec ces lunettes des pratiques intermédiaires entre le parallèle et la photo du ciel profond classique, avec des focales intermédaires (360 à 480mm).

2) L'observation solaire

Avertissement : Mal pratiquée, l'observation solaire peut entrainer la perte définitive d'un oeil ou des deux. Le bricolage par des débutants et les approximations pifométriques sont dont totalement exclues ici. Les petits filtres SUN en 24,5mm autrefois livrés avec les instruments d'initiation sont également à bannir, car ils présentent également un risque élevé pour vos yeux (explosion du filtre en cours d'observation). Si vous utilisez un instrument d'initiation équipé d'un filtre adapté, ne montez pas, ou démontez, le chercheur. Si vous êtes débutant, n'hésitez pas à vous faire encadrer par des observateurs aguerris pour débuter.

Il faut distinguer ici deux types de matériel dont les possibilités (et les prix malheureusement !) sont sans commune mesure.
Il existe des filtres solaires qui réduisent plus ou moins uniformément la lumière du Soleil, de façon à protéger l'oeil de l'observateur ou le matériel photographique, voire l'instrument lui-même. Ils donnent généralement une image orangée du Soleil, et permettent d'observer les taches solaires. Il s'agit souvent de filtres en verre optique métallisé que l'on place à l'avant de l'instrument.
D'autre part, il existe des filtres solaires dits H-alpha, qui ne se contentent pas seulement de ne laisser passer que la quantité de lumière appropriée. La lumière qui passe est sélectionnée dans une longue d'onde très précise, dans laquelle l'image du Soleil est beaucoup plus spectaculaire. On peut ainsi voir des détails à la surface du Soleil, mais surtout les protubérances ! Ce type de filtrage est aujourd'hui commercialisé généralement sous forme de lunette exclusivement dédiée à l'observation solaire. Cette technologie est beaucoup plus coûteuse.

X) Les adresses à connaître

1) Les importateurs

Médas : http://www.medas.fr
C'est le principal importateur de matériel astronomique pour la France. Pour les marques qu'il importe, les prix indiqués sur le site sont souvent des références. Avant d'acheter un instrument importé par Médas chez un détaillant, il est conseillé de vérifier qu'il ne vous le vend pas plus cher que le prix indicatif qui figure sur le site de Médas.

Meade France : http://www.meade.fr
C'est l'entreprise référente pour l'importation de la marque Meade.

2) Les détaillants

Bien sûr cette liste n'est pas exhaustive. Il est toutefois vivement conseillé de recourir à un détaillant qui possède un magasin, une réputation, le sens du service et la connaissance du matériel. Vous trouverez toujours les mêmes références à quelques euros de moins sur des sites web basés à l'étranger... mais en cas de problème, il n'y aura personne au bout du fil pour vous renseigner. Ces sites ne sont pas toujours une bonne économie.

L'Astronome : http://astronome.fr/
Basé à Lorient, on y trouve la plupart des grandes marques, c'est notamment le spécialiste français de la marque anglaise de caméras CCD Starlight Xpress.

Optique Unterlinden : http://www.optique-unterlinden.com/
Basé à Colmar, on y trouve la plupart des grandes marques, c'est notamment le spécialiste français de la marque japonaise d'instrument de luxe Takahashi.

3) Les communautés sur le web

Le forum Futura Sciences : http://forums.futura-sciences.com/materiel-astronomique-photos-damateurs/
C'est un forum très chaleureux, où les débutants obtiennent en quelques heures des réponses précises à toutes leurs questions.

Le forum Astrosurf : http://www.astrosurf.com
C'est le forum des astrophotographes les plus pointus, où vous pourrez trouver des réponses aux questions les plus techniques. Il faut déjà s'y connaître un peu pour suivre les discussions, et pas mal d'années de pratique avant d'espérer égaler les photos qu'on y trouve.

Le forum Webastro : http://www.webastro.net/forum/
Une autre communauté conséquente du web.

Le forum Astro Québec : http://www.astro-quebec.com/
Pour nos amis de la Belle Province.

Les petites annonces Astrosurf : http://astrosurf.com/annonces
C'est la référence en matière d'achat-vente de matériel astronomique d'occasion.