Les premiers appareils d’optique sont fabriqués au cours du XVIe siècle. En 1608, Hans Lipperhey (1571-1619) fait la première démonstration d’utilisation d’une lunette d’approche (ou longue vue : x 7) à La Haye. Il dépose quelques semaines plus tard, une demande de brevet, mais d’autres protagonistes revendiquant en même temps l’invention, les États généraux renoncent à en délivrer un. Gallileo Gallilei (Gallilée, 1564-1642) ayant appris en 1609 l’existence de cette invention, se renseigne et perfectionne l’objet dont il a déjà fait la deuxième version dès août 1609 et en fait la démonstration publique à Venise. La vie de Gallileo va muter de la science physique à l’astronomie. Il publie en 1610 le Sidereus nuncius où il présente ses observations de la Lune, d’étoiles, dresse une carte de la ceinture d’Orion, déduit que le Voie Lactée a une composition stellaire, observe les satellites de Jupiter. Ses découvertes sont spectaculaires, mais oblitérées par son procès, et, l’utilisation de la longue vue se répand ouvrant les passions et les vocations. Les lunettes de Gallileo sont de qualité irrégulières et plusieurs ne fonctionnent guère. Isaac Newton (1642-1727) remplace le principe de lentilles par un système de miroirs qui éliminent les phénomènes d’aberration ou déformation et fabrique le premier véritable télescope. On appelait alors les systèmes de lunette astronomiques (lentilles), des télescopes réfracteur, alors que le système avec des miroirs sont des télescopes réflecteurs.
Dans la mesure où les lentilles de très bonne qualité sont coûteuse et leur dimension efficace limitée, car les plus grosses se déforment sous leur poids, et les miroirs beaucoup moins coûteux et faciles à réaliser, les plus gros instruments astronomiques sont des télescopes (système à miroir). La nécessité d’obstacles de maintiens sur les télescopes de système Newton produisent cependant des défauts de l’image. Les systèmes Schmidt ou Matsukov / Cassegrain permettent des grossissements supérieurs et réduisent les défauts constatés, mais ils sont plus coûteux. Les télescopes Cassegrain accompagnés du système Matsukov on un meilleur « piqué », notamment pour les plus petits diamètres. Par ailleurs, ils sont efficaces dans un environnement présentant une certaine pollution lumineuse et sont à considérer pour les observations des planètes ou de la Lune. La qualité des images des lunettes astronomiques ayant subit un traitement apochromatique est tout à fait exceptionnel (éviter les lentilles à traitement achromatique), si bien que cet outil d’observation est régulièrement utilisé en parallèle des télescopes véritables, notamment pour l’observation de la lune et des planètes en raison de leur supériorité dans les faibles diamètre, ce paramètre étant limité à la fois par le coût de fabrication de grandes lentilles et de problèmes de déformation comme je l’ai indiqué plus haut. Par ailleurs, les lunettes astronomiques en raison de la qualité de images supérieure sont volontiers utilisées en astrophotographie où le manque de lumière est compensé par la durée des pauses d’acquisition. Dans ce domaine la superposition d’images permet d’obtenir des résultats très améliorés.
La monture est nécessaire pour maintenir et manipuler l’appareil optique. Il en existe deux grands types qui sont l’équatoriale et l’azimutale. Cette dernière est facile à manipuler et correspond à des mouvements dans les 3 directions de l’espace. L’utilisation d’une monture équatoriale est moins aisée car elle doit être alignée sur le pôle céleste, mais elle a la grande qualité de pouvoir suivre les mouvements du ciel. Elle est beaucoup plus coûteuse que la monture azimutale, frais augmentés par l’intérêt de la doubler d’un moteur pour suivre les mouvements du ciel. Cette dernière est indispensable pour réaliser les meilleures images en astrophotographie.
Dans les années 1950, John Dobson, met au point l’objectif de montage d’un gros télescope à faible coût. A la fin des années 1960, il finalise le système de télescopes Dobson. La mise en place et l’usage d’un tel télescope est aisée. Il est formé d’un tube, d’un grand miroir et d’un système de déplacement azimutal. Le coût est divisé par plus de cinq pour une qualité d’observation similaire à un télescope Schmidt Cassegrain. Pour de très grandes ouvertures, les télescopes Dobson sont encore plus économiques car les grosses montures augmentent encore les coûts des autres systèmes. A ouverture équivalente on dépasse des coûts de dix fois moins cher, sans même compter les frais ajoutés pour protéger du très gros matériel, impossible à déplacer pour les grosses ouvertures. Vient alors s’ajouter l’avantage de la transportabilité des Dobson qui reste possible alors qu’elle est presque impossible à résoudre pour un autre type de matériel.
De plus pour l’astrophotographie, la pellicule ou la qualité du capteur (reflex ou caméra numérique) interviennent, de même que la sélection aléatoire de la diversité des photons, ainsi que la réduction du bruit, par la multiplication et la superposition des prises de vues (stacking). Ainsi de nouveaux « télescopes » informatisés (Unistellar, Vaonis) offrent des résultats de captures superposées de manière à peu près « instantanée », si bien qu’on tend à gagner est vision spectaculaire des objets astronomiques, néanmoins avec une qualité moindre que si on avait superposé des clichés. L’ajout prochain de systèmes d' »intelligence artificielle » est envisagé pour en améliorer le résultat.
La qualité et le choix de l’objectif agit fortement sur la qualité de l’image obtenue et complète le grossissement du matériel.
La mise en température est nécessaire pour stabiliser les déformations mécaniques du matériel et des ventilateurs peuvent venir en accélérer l’efficacité. La vision nocturne est évidemment perturbée par la pollution lumineuse et les flashs de lumière ponctuels et est améliorée par une immersion longue dans le noir de la nuit (optimale au bout d’une trentaine de minutes).
En conclusion on distingue :
- avec des lentilles, la lunette astronomique (apochromatique de préférence) avec un excellent « piqué ». Les très bonnes lunettes sont à utiliser, voire préférer pour l’astrophotographie, mais c’est leur usage optimal, quasi exclusif en raison d’une capture plus limitée de la lumière,
- avec des miroirs, les télescopes,
- avec système de Newton simple, moins coûteux à qualité équivalente, calage assez facile,
- Newton améliorés par un système Cassegrain, polyvalent, compacts et portables pour les diamètres tant qu’ils sont modérés, coûteux, calage et préparation souvent difficiles ; la variante Matsutov est très bien pour l’observation des planètes à coût limité.
- Newton placés sur un système Dobson dont les qualités sont la légèreté, le faible coût, fondés sur le principe d’une monture azimutale simple placée sur une base et très économique. Le calage est immédiat.
La maniabilité et « l’utilisabilité » est à considérer : inutile d’avoir du gros matériel qu’on ne peut utiliser facilement ou régulièrement ou dans les conditions usuelles de l’observateur. Aussi il convient d’examiner l’astronomie selon les nouveaux systèmes qui sont proposés avec les télescopes que l’on pourrait qualifier de numériques, à savoir informatisés.
Longueur focale, diamètre et quantité de lumière sont liés : Les photos captés par une lentille convergent un point qu’on appelle la focale. La longueur focale correspond à la distance entre la lentille et ce point. Plus la focale est grande et plus le grossissement est augmenté. Le diamètre a un impact direct sur la quantité de lumière capturée. Plus le diamètre est grand plus la quantité de lumière reçu est importante. Mais les deux paramètres interagissent : une grande focale nécessite un grand diamètre pour être efficace, mais en astrophotographie on peut privilégier des systèmes avec moins de lumière en augmentant le temps de pause lorsque le « piqué » de l’image est amélioré par le matériel. La focale (F) divisée par le diamètre de la lentille (d) renseigne sur la quantité de lumière captée. Plus cette valeur est petite et plus la quantité de lumière captée est importante. La qualité des longues vues de Gallileo n’était que de 26.
