L'œil de l'astronome : le télescope

« Textes et Documents pour la Classe » (TDC) est une revue pédagogique thématique bimensuelle éditée par le SCÉRÉN-CNDP (Centre national de documentation pédagogique), à destination des enseignants du premier et du second degré. Tous les quinze jours, un dossier de 52 pages est consacré à un thème choisi selon une alternance arts, littérature, histoire, géographie, sciences, éducation civique. Ce dossier se compose d'une partie « Savoirs », comportant plusieurs articles de fond rédigés par des spécialistes et d'une partie « Pédagogie » proposant des séquences pédagogiques fondées sur les programmes du primaire et du secondaire, conçues par des enseignants du terrain. Plus d'infos sur la revue TDC

Cette revue est vendue par abonnement dans les établissements scolaires et, au numéro, dans les librairies du réseau de l'Éducation nationale ainsi que sur le site sceren.com. Voir tous les numéros

Nous vous proposons en intégralité l'article L'œil de l'astronome : le télescope, par Daniel Rouan, astrophysicien à l'Observatoire de Paris.

Grâce à lui, il est possible d'apercevoir des objets célestes invisibles à l'oeil nu. Et plus son miroir est grand, plus il voit loin, d'où la course au gigantisme...

Premier élément de la chaîne de l'observation en astronomie, le télescope a pour fonction principale d'assurer la collecte de la lumière émise par les astres et généralement de former les images le plus fines possible de ceux-ci. C'est donc essentiellement un instrument d'optique, mais qui se distingue par sa taillle imposante et sa capacité de pointer et de poursuivre les objets dans leur mouvement diurne. On notera d'emblée que la puissance collectrice est proportionnelle à la surface du premier élément d'optique : le miroir primaire. Par conséquent, très rapidement, après le succès de la première lunette pointée par Galilée vers le ciel il y a tout juste 400 ans, la course à la taille n'a jamais cessé et s'est même amplifiée au cours du XX^e siècle pour aboutir aux télescopes géants de 8 à 10 mètres de diamètre qui règnent en maître aujourd'hui.

Source : ESO/NOVAPIX, http://www.eso.org/public/images/e-elt-4_2008/

La construction de ce projet européen pourrait démarrer en 2010. Le télescope sera équipé d'un miroir primaire segmenté de 41 mètres de diamètre.

Figure 1. Vue d'artiste du futur ELT (extremely large telescope)

Anatomie d'un télescope

Quelle que soit sa conception, un télescope comporte un premier élément optique de grande taille, le miroir primaire, qui détermine les propriétés principales du télescope : son pouvoir collecteur, proportionnel au carré du diamètre du miroir, et son pouvoir séparateur, c'est-à-dire la finesse des plus petits détails sur une image, qui est proportionnelle au diamètre du miroir. Toujours concave, ce miroir concentre une première fois la lumière en un point appelé « foyer primaire ». Il est généralement complété par une série d'autres miroirs (miroir secondaire ou M2, miroir tertiaire ou M3, etc.), voire de lentilles, qui vont assurer certaines fonctions : guider le faisceau vers un emplacement plus commode que le foyer primaire pour installer les instruments d'analyse ; changer d'échelle ; réduire les dégradations de l'image, inhérentes à un simple miroir concave.

TDC n°974 du 15 avril 2009

Structure d'un télescope avec ses différents miroirs (ici le primaire est segmenté), sa monture et plusieurs types de foyers.

Source : Vincent Landrin/Daniel Rouan - TDC n°974 du 15 avril 2009

Figure 2. Structure d'un télescope

Vient ensuite la monture, ensemble mécanique formé de poutres, supports, barillets, axes de rotation, qui supporte le miroir primaire et les autres composants optiques. L'agencement des poutres maîtresses, qui suit une conception astucieuse dite en serrurier, compense les flexions quand la direction de pointage change. Comportant deux axes de rotation, la monture permet de pointer le télescope dans n'importe quelle direction du ciel et de suivre avec une grande précision les objets dans leur course apparente.

Enfin, on mentionnera l'environnement focal, qui rassemble, à proximité du foyer final, des dispositifs facilitant l'observation : caméra guide, filtres colorés montés sur une roue, polariseurs, mécanisme pour ajuster l'orientation de l'instrument sur le ciel, etc.

La suite de l'article aborde les thèmes suivants :

Les différents types de configurations optiques

Deux grands types de monture

La conception du miroir primaire

Les caractéristiques principales d'un télescope

Une technique correctrice : l'optique adaptative

Lire l'intégralité de l'article (format pdf - 4 pages - 2,5 Mo) « L'œil de l'astronome : le télescope », Daniel Rouan, TDC n°974, 15 avril 2009.

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