L'observation visuelle

Aujourd'hui, le principal intérêt de l'observation visuelle est le plaisir de l'observateur, justifié par la beauté des objets vus à l'oculaire.

La structure de l'œil

L'instrument de base utilisé est bien évidemment l'œil, il est donc intéressant de connaître un peu son fonctionnement. La rétine de l'œil est constituée de 250 millions de photorécepteurs répartis en deux types, soit les bâtonnets et les cônes. Les premiers, plus nombreux que les seconds, sont à l'origine de la vision périphérique et de la vision crépusculaire. Ils sont plus sensibles à la lumière que les cônes, mais fournissent des images floues et incolores. C'est pourquoi les couleurs et contours des objets sont indistincts dans la pénombre et à la périphérie du champ visuel. Les cônes, en revanche, s'activent en pleine lumière et fournissent une vision très précise des couleurs. A côté du disque du nerf optique de chaque oeil se trouve une zone ovale appelée tache jaune dont le centre est creusé d'une minuscule dépression, la fossette centrale (ou fovéa centralis). Dans cette région, les structures rétiniennes contiguës au corps vitré sont déplacées vers les côtés. La lumière peut ainsi atteindre presque directement les photorécepteurs (des cônes pour la plupart) plutôt que de traverser les couches de la rétine, ce qui améliore considérablement l'acuité visuelle. Les cônes sont les seuls photorécepteurs de la fossette centrale, et ils sont majoritaires dans la tache jaune ; puis, du bord de la tache jaune à la périphérie de la rétine, la densité des cônes décroît graduellement. La périphérie de la rétine contient seulement des bâtonnets, dont la densité décroît constamment à mesure que l'on s'approche de la tache jaune. Par conséquent, l'observateur du ciel profond pourra tirer partie de la présence de bâtonnets à la périphérie pour distinguer les objets faibles en utilisant la vision dite décalée (l'observateur regarde légèrement à côte de l'objet).

Lorsque l'oeil passe d'un environnement lumineux à un environnement très sombre, les bâtonnets mettent un certain temps à fonctionner. C'est pour cette raison que nous sommes dans un premier temps aveugle. Le pigment visuel, appelé rhodopsine, blanchit lorsqu'il est exposé à une lumière intense et prend environ 20 à 30 minutes pour se régénérer.

Observation des objets du ciel profond

    Choix du site 

Afin d'accéder aux faibles lueurs des galaxies et des nébuleuses, il est nécessaire de respecter quelques règles. L'observation des objets faibles et diffus exige un ciel pur et noir, éloigné de toute pollution lumineuse. Il existe des repères pour estimer la qualité d'un site d'observation: un bon ciel doit permettre de distinguer la galaxie d'Andromède et l'amas d'Hercule à l'œil nu. On rencontre souvent ces conditions en pleine campagne ou en montagne, les nuits clairs où la lune reste invisible. L'observateur lui-même doit prendre des précautions afin de ne pas détériorer le site d'observation. Les lumières d'éclairage pour consulter une carte doivent être filtrées et rouges de préférence, et rester aussi faibles que possible. D'autre part, du comportement du pigment visuel,  l'observateur doit acclimater sa vue à l'obscurité nocturne durant 20 minutes minimum avant d'entreprendre l'observation des faibles lueurs célestes. Cette période d'adaptation est à recommencer systématiquement dès que l'œil est soumis à une lumière vive, même quelques secondes. De plus, compte tenu de la structure de l'œil, l'observateur du ciel profond pourra tirer partie de la présence de bâtonnets à la périphérie pour distinguer les objets faibles en utilisant la vision dite décalée (l'observateur regarde légèrement à côte de l'objet).

    Matériel

Dans le mesure où le site d'observation le permet, l'exploration du ciel profond impose l'instrument le plus gros possible. Mais tout type d'instrument peut apporter sa contribution, même modeste. 

Le choix du grossissement à employer dépend du type d'objet observé. Les amas d'étoiles,  les nébuleuses ou les galaxies étendues offrent une vision intéressante avec un grossissement équipupillaire (grossissement = diamètre de l'instrument/diamètre de la pupille de l'œil) soit D/7, soit 28X environ pour un instrument de 200mm. En fait le grossement équipupillaire évolue en fonction de l'age de l'observateur. A partir de 40 ans la pupille de l'oeil n'excède pas 6mm et au delà de 50 ans cette valeur passe à 5 mm (ce qui fait respectivement, pour un instrument de 200mm, 33X et 40X) . En dessus de ce grossissement, la pupille de l'œil diaphragme l'instrument. Pour la plupart des galaxies, un grossissement correspondant à D/2 (grossissement résolvant) environ semble bien approprié. En ce qui concerne les amas globulaires et le petites nébuleuses planétaires, à forte brillance surfacique, un grossissement plus poussé, entre D/2 et 2D, pourra être exploité avec profit, surtout si la turbulence est faible. Le choix du grossissement dépend également de la luminosité du fond ciel du site et de la turbulence. Par exemple, un grossissement plus important permet d'assombrir le fond du ciel et d'augmenter un peu le contraste. Par contre, le présence de turbulence va limiter l'exploitation de forts grossissements.

    Notion de brillance surfacique d'un objet

Pour déterminé le visibilité d'un objet, en général on pense à la magnitude de celui-ci. La magnitude  traduit la lumière totale émise par l'objet. Cependant le paramètre la plus important à prendre en compte concerne sa brillance surfacique. Par exemple, messier 33, la galaxie du triangle, est globalement très lumineuse avec sa magnitude de 5.8, mais sa surface importante de 60'x40' la rend difficile à percevoir. Par contre, la nébuleuse de la Lyre de 76", malgré sa magnitude de 9, est parfaitement visible même dans une petite lunette de 78 mm avec un site de mauvaise qualité, alors que messier 33 reste invisible dans les même conditions d'observation. La brillance surfacique est donnée par l'expression:

 Bf = magnitude + 2.5log(a.b)-.26 (où a et b représentent les dimensions de la galaxie)

Ce qui donne Bf=14 pour messier 33 et Bf=9 pour la nébuleuse de la Lyre.

Observation de la lune et des planètes

    Choix du site

Contrairement au ciel profond, l'observation planétaire ne nécessite pas un ciel parfaitement transparent et noir: ce type d'activité peut très bien s'exercer en ville. Les planètes et la lune sont suffisamment brillantes. Ici, la stabilité du ciel constitue un critère décisif pour l'utilisation du télescope ou de la lunette. L'air présente des hétérogénéités de température provoquant des masses de densité variable qui se comportent un peu comme des lentilles de verres. Le parallélisme des rayons lumineux issus des planètes s'en trouve affecté.

Il est intéressant de regarder les étoiles brillantes. Si elles scintillent fortement, l'observation planétaire risque fort d'être une perte de temps car la turbulence atmosphérique est trop importante. Il est toujours sage de vérifier si la turbulence a diminué après une heure.

     Matériel

En générale, l'observation de la lune et des planètes exigent des forts grossissement. Il est donc important que l'instrument repose sur une monture équatoriale motorisée. Il n'est pas nécessaire ici de disposer d'oculaires grand champ, sauf peut être pour l'observation de la lune. Une tête binoculaire offre un grand confort dans ce domaine d'observation et permet de mieux percevoir les détails à la limite de résolution.
L'instrument doit également être mis en température afin d'éviter toute agitation thermique local néfaste à l'observation planètaire. Le temps nécessaire pour atteindre cette mise en température dépend de l'instrument: par exemple pour la lunette FS78 quelques minutes suffises et pour le Mewlon 250 une heure peut s'avérer nécessaire.

   Haute résolution

Ce domaine est réservé à des instruments de 200 mm et plus (les conditions d’observation dans nos régions européennes montrent que le diamètre optimal se situe entre 250mm et 300mm), munis d’une excellente optique, d'une bonne mécanique et d’une longue focale (pour atteindre plus facilement les forts grossissements). La résolution de l’instrument est inversement proportionnel à son diamètre, en seconde d’arc, elle est donnée par la relation : 12/D (D diamètre en centimètres). Pour observer les surfaces planétaires à faibles contrastes, un instrument avec une faible obstruction centrale sera préconisé. Une forte obstruction centrale est nuisible non à cause de la perte de lumière, qui s'exprime en centièmes de magnitude, mais à cause de la baisse de contraste occasionnée. Le contraste de l’instrument reste correct pour des obstructions inférieures à 20% et commence à baisser de façon substantielle à partir de 30%. Pour l’observation de la lune, du fait de son fort contraste, l’obstruction aura beaucoup moins d’incidence et aucune perte de résolution ne sera notée. Voir le site de Thierry Legault qui montre l'effet de l'obstruction Thierry Legault

Les instruments pouvant répondre à ces contraintes:

• Les lunettes apochromatiques, mais leurs tarifs deviennent rapidement exorbitants pour des diamètres de 150 mm et plus. Pas d'obstruction centrale, fort contraste. Tube fermé qui limite la circulation d'air.
• Les télescopes Cassegrains (primaire parabolique et secondaire hyperbolique), avec une faible obstruction, une longue focale. Offre l'avantage d'être également convertible en Newton. Problème du tube ouvert qui facilite les mouvements d'air à l'interieur de celui-ci. Avec un rapport d'ouverture à F/D 25 voire plus, l'obstruction reste inférieure à 20% et le contraste est proche de celui fourni par une lunette apochromatique. C'est la solution idéale pour l'observation planétaire (voir le livre "la construction d'un télescope d'amateur" de Jeau TEXEREAU).
• Le télescope Newton ouvert à F/5 voire plus muni d’une bonne lentille de Barlows x3 (on rejoint le Cassegrain). Obstruction 28% voire moins suivant le rapport d'ouverture. Comme le Cassegrain, problème du tube ouvert.
• Les Schmidt Cassegrain, l’obstruction de ces instruments est de l’ordre de 30% voire plus, moins bon pour les surfaces planétaires à faible contraste. Parfaitement exploitable sur la lune. Tolérence de mise au point faible, due à l'ouverture importante du miroir primaire. Tube fermé qui limite les mouvements d'air à l'intérieur du tube. Cependant, la présence d’une lame de fermeture fait apparaître souvant une couleur jaunâtre. Sa mise en température peut être longue.
• Les Maksutow, bien adaptés également au planétaire, longue focale et faible obstruction. Tube fermé qui limite les mouvements d'air à l'intérieur du tube. Présente l’inconvénient d’être long à atteindre l’équilibre thermique. Le ménisque peut également affecter les couleurs.

Les instruments à éviter:

• Les Ritchey-Chrétien, instruments destinés à la photographie du ciel profond, en général de forte obstruction 40% et plus.
• Les lunettes achromatiques

La collimation des instruments est primordiale ici, elle doit être particulièrement soignée. Thierry Legault montre bien l'intérêt d'une bonne collimation: Thierry Legault .