ACTRONOMIE: généralités

quelques grandes lignes d’introduction et de présentations dédiées aux basiques et principes pour comprendre l’astronomie et l’astrophotographie.

Notions et Unités de base en astronomie:

la lumière

la vitesse de la lumiere dans l’espace est de 300 000 km/s.

les mesure de distance en astronomie

il existe différents systeme de mesure en astronomie , les 3 principaux sont:

  • l’UA= Unité Astronomique = distance moyenne terre/soleil = 150 millions de Km
  • l’ Années Lumiere =distance parcourue par la lumiere en une année = 9500 milliards km
  • le Parsec= 3,26 AL => unité plus beaucoup utilisée)

exemples:

  • distance terre/lune = 385 000 km = 1,3 secondes lumière
  • distance terre/soleil = 150 000 000 km = 500 secondes lumière = 8,3 minutes
  • dimension du systeme solaire = diametre de 20 milliards de Km = 18h lumiere

La dimension apparente des objets

en plus des distances d’eloignement mesurées en années lumière, pour qualifier les dimensions «visuelles» d’un objet du ciel profond , on utilise la notion de diametre ou dimension «apparente» . C’est une valeur angulaire correspondant a l’angle que fait/ferait l’objet vu a l’oeil nu sans grossissement .

Pour faciliter la compréhension et imaginer plus facilement la taille apparente d’un objet celeste , on peut utiliser une comparaison par rapport a un objet souvent visible la nuit : la LUNE. elle a ainsi une dimension apparente de 30 minutes d’angle , soit 1/2 degré.

Cela correspond environ a la moitié de la largeur du pouce bras tendu , si vous superposez celui ci sur la pleine lune par une belle nuit claire .

LA VOIE LACTEE: notre galaxie

la voie lactée est la galaxie dans laquelle se situe notre systeme solaire et son etoile. C’est une galaxie spirale qui compte entre 200 et 400 milliards d’étoiles. son diamètre est estimé entre 100-000 et 120-000 années lumière. Elle appartient a un groupe de 60 galaxies appelé le groupe local situé dans une volume spherique d’environ 10 millions d’années lumière. La plus proche galaxie du groupe local est la galaxie d’andromede (M31) , elle est située a 2,5 millions d’années lumières. Andromede est environ 2 fois plus grosse que la voie lactée.

NOTA: selon les dernières estimations de la NASA , il y aurait environ 300 millions de planètes habitables dans notre Galaxie et dans l’univers observable il y a environ 2000 milliards de galaxies

LE SYSTEME SOLAIRE

le systeme solaire se situe a environ 27 000 années lumière du centre de la voie lactée

notre soleil est une étoile autour de laquelle gravite des planètes comme toutes les étoiles.

Une étoile est un corps céleste «plasmatique» qui rayonne de la lumière et de la chaleur par réactions de fusion nucléaire ( fusion des noyaux atomiques).

Les étoiles sont classés par tailles et luminosité => le soleil est une petite étoile jaune

Le systeme solaire comporte 8 planetes et leurs 214 satellites naturels (lunes), 5 planetes naines et leurs 9 satellites et des milliards de petits corps celestes (asteroides, cometes,..)

ci dessous une représentation schematique des distances relatives des planetes dans le systeme solaire.

L’OBSERVATION ASTRONOMIQUE

en observation astronomique on distingue 2 grands domaines:

  • le planetaire => ce qui est dans le systeme solaire => soleil , lune , planetes, cometes…
  • le ciel profonds => tout ce qui est au-delà du systeme solaire

le planetaire:

c’est le domaine de prédilection des débutants car il est facilement abordable et ne nécessite pas forcement d’instrument puissants . une bonne paire de jumelles ou un longue vue basique permet déjà pas mal de choses: jupiter et ses satellites, saturne et ses anneaux.

Les cibles principales sont: la lune (phases et eclipses) , jupiter, saturne et mars .En periodes favorables , mercure et venus peuvent etre observées le matin au levé du soleil.De la meme façon , il est possible quelques fois d’observer des cometes

pour le soleil , il faut des filtres spéciaux pour observer les taches et les éruptions solaires

Le ciel Profonds:

les débuts en ciel profonds seront centrés sur l’apprentissage et la localisation des principales constellations afin d’etre ensuite capable d’y localiser les objets remarquables qui s’y trouvent :

  • galaxies lointaines et amas de galaxies
  • systemes d’etoiles multiples
  • amas stellaires (amas ouverts et amas globulaires)
  • nébuleuses

tous ces objets remarquables sont designés et regroupés dans des catalogues dont les 2 principaux sont le catalogue de Messier ( 110 objets nommés Mxx) et le New General Catalogue ( plus complet avec 8000 objets designés sous un code NGCxxxx).

L’observation du ciel profond necessite des instruments puissants et souvent de passer en mode astrophotographie pause longue a cause de la tres faible luminosite des objets a observer qui sont rarement visibles a l’oeil nu a notre epoque et la pollution lumineuse du ciel.

Les échelles de distance en astronomie:

Pour mémo le systeme solaire fait 18h lumières de diamètre ….

Proxima Centauri (une naine rouge) , l’etoile la plus proche du soleil est située a 4,2 années lumieres , la suivante; l’etoile de Barnard , est située a 6 années lumieres , ensuite on trouve quelques étoiles aux environs de 8 années lumières de distance . dit autrement , d’immenses vides nous séparent de nos plus proches voisines.

pour illustrer visuellement , si le systeme solaire était une boule de pétanque posée par terre , le systeme de proxima centauri , serait une boule posée a 140 m de distance , Barnard serait a 200m de distance et les etoiles suivantes a 270 m.

Les Applications d’aide sur smartphones et PC:

les 2 applications les plus utilisées sur smartphone et PC sont des utilitaires «planétariums»:

les instruments d’observation:

leur principe est simple, collecter plus de lumiere et grossir les images . Ce sont des sortes d’entonnoirs a lumière . Il y a 2 grands types d’instruments optiques , les reflecteurs et les refracteurs

les réflecteurs:

ce sont des tubes ou télescopes dits de newton. ils comportent un miroir primaire parabolique au fond qui concentre la lumière sur un oculaire d’observation via un renvoi intermédiaire appelé miroir secondaire. tres synthétiquement , le principe est le même qu’un miroir grossissant de maquillage .

les “Newtons” sont caractérises par leur diamètre d’ouverture et leur longueur focale (longueur du trajet lumineux entre le miroir primaire et l’oculaire)

les réfracteurs:

se sont aussi des tubes, mais munis de lentilles a l’entrée et a la sortie . Les jumelles et les longues vues sont des réfracteurs . Leurs caractéristiques sont les même que les telescopes de newton: l’ouverture (diametre d’entrée) et la longueur focale.

les montures équatoriales:

pendant les nuit d’observation, la terre tourne et donc pour un observateur au sol le ciel «tourne» . pour pouvoir maintenir l’instrument toujours pointé sur la cible , il faut compenser la rotation de la terre au moyen d’un systeme motorisé: la monture équatoriale.

Son axe de rotation doit être réglé parallèle a l’axe de rotation de la terre , pour cela on utilise l’étoile polaire située dans l’axe de rotation de la terre afin de faire un pointage polaire avant de démarrer les observations.

Les constellations

ce sont des groupes d’étoiles bien visibles qui se détachent du reste des étoiles de par leur luminosité et que l’on a regroupé par paquets sous forme de figures graphiques en les reliant par des lignes imaginaires . Elles sont a la base de l’astrologie (signes du zodiac => a ne pas confondre avec l’astronomie). Elles changent suivant les cultures d’origine .

En astronomie , on utilise les 88 constellations issues de l’Union Astronomique Internationale basées sur les cultures Greques et romaines .

La plus connue est la grande ourse qui comprends la fameuse «casserole»

a partir de ce principe, tout le ciel visible va être divisé en constellations ce qui va permettre de retrouver plus facilement les objets notables. ce type de division est egalement utilisé dans les logiciels de carte du ciel . par exemple ci dessous , une vue de l’ecran de STELLARIUM.

ASTRONOMIE: objets notables

nous allons parler ici de quelques objets notables du ciel profond . ils font partie des objets les plus connus des astronomes amateurs

La Galaxie d’Andromede (M31 / NGC224)

située a 2,5 millions d’années lumières de la voie lactée, andromède est environ 2 fois plus grosse que notre galaxie.D’un diametre de 220 000 années lumière , elle contiendrait environ mille milliards d’étoiles (3 a 5 fois plus que la voie lactée).

Pour fixer visuellement les échelles de distance , si la voie lactée était un disque d’un mètre de diamètre posé par terre, andromède , serait un disque de 2m de diamètre posé a 25m de distance.

compte tenu de la pollution atmosphérique , andromède n’est malheureusement pas visible à l’œil nu , sachant que dans sa plus grande dimension elle fait environ 6 fois la taille apparente de la lune , voici ci dessous un photo montage de ce que cela donnerait dans le ciel la nuit comparativement a la lune si andromede etait visible .

Comment trouver Andromède:

un des repères particuliers pour trouver andromede est la constellation de Cassiopée qui avec sa forme caractéristique en W est facile a repérer dans le ciel . Ensuite on descend dans l’axe de la branche droite du W pour trouver le début de la constellation d’andromede . M31 est un peu au dessus a droite de la 2° étoile de la branche de la constellation. La galaxie a ete nommée du nom de sa constellation de localisation.

L’Amas d’Hercules (M13 / NGC6205)

l’Amas d’hercules , comme pour andromede , a pris le nom de la constellation dans lequel il est situé. Cet Amas globulaire est une concentration spherique d’une centaine de millier d’etoiles, il est situé à 25000 années lumieres du soleil .Sa dimension apparente est un peu plus petite que celle de la lune 20’ ( 30’ pour la lune).

Comment trouver M13:

l’amas est localisé dans le coté droit du quadrilatère de la constellation d’hercules , a environ 1/3 de la longueur du coté . La constellation d’hercules est située entre le cygne et le bouvier .

La Nebuleuse d’Orion(M42 / NGC1976)

comme pour les précédents objets, ce nuage diffus de gaz et de poussières est situé dans la constellation du même nom . Sa taille est d’environ 24 années lumière et sa dimension apparente d’environ 4 x la lune. Elle est visible en hiver avec une bonne paire de jumelles .Elle est distante du soleil d’environ 1400 AL.

Localisation : dans la partie basse au centre en dessous de la ceniture d’Orion.

La Nebuleuse de la tete de cheval (M42 / NGC1976)

elle aussi située dans orion , juste en dessous de la premiere etoile de la ceinture d’orion. elle est bien connue de par sa forme caractéristique qui lui a donné son nom

ASTROPHOTOGRAPHIE généralités

comme pour la photographie diurne , le principe de l’astrophotographie consiste a immortaliser des vues du ciel nocturne ou de certains objets du ciel profond invisibles a l’oeil nu.

pour cela il va falloir un appareil comportant un capteur de type CCD avec des modes de prise de vue permettant de faire de la pause longue . En effet , la nuit , la lumiere est tellement limitée ou ténue que pour compenser il va falloir allonger le temps d’ouverture pour permettre de laisser rentrer de la lumière pendant plus longtemps .

les différents matériels potentiellement utilisables sont:

  • les Smartphones ayant un mode de prise de vue PRO => réglage ISO et temps de pose.
  • les Appareils Photo Numeriques (APN) ayant un mode Manuel avec réglage du temps de pose et de la sensibilité ISO
  • les camera CCD spécifiquement conçues pour l’astronomie
  • tout capteur CCD pilotable avec PC ou microcontroleur permettant egalement la pose longue et le reglage des ISO , par exemple une PI camera HQ pilotée par un Raspberry PI.

dimension du Capteur -Objectif et Longueur Focale:

dans les systèmes énumérés précédemment , on trouve systématique 2 dispositifs complémentaire indispensables pour permettre la prise de vue : un capteur et un objectif. le principe de fonctionnement de l’ensemble est absolument identique a celui de l’oeil humain qui a la retine comme capteur d’image au fond du globe oculaire et l’ensemble Pupille+cornée + iris comme objectif d’entrée de la lumière . la pupille et la cornée constituent la lentille de l’oeil et l’iris est le diaphragme de l’oeil.

la dimension du capteur ainsi que la longueur focale de l’objectif vont déterminer l’angle de champ d’observation. le schéma ci dessous , montre comment a longueur focale donnée la dimension du capteur change l’angle de vue et donc la dimension de la zone observable.

cette notion est importante a comprendre , car elle explique pourquoi pour un zoom de focale donnée le resultat sur la photo est different en fonction du type de capteur utilisé .

ainsi un capteur plus petit sur un zoom identique donnera une photo avec un grossissement apparent plus important (voir plus bas) .

Cas des APN:

par exemple , avec les appareil photo numériques , on distingue 3 grands types de capteurs photo :

  • les capteurs plein format 24×36 mm
  • les capteurs APS-C CANON : 22,3 x 14,9 mm
  • les capteurs APS-C NIKON SONY FUJI : 25,1 x 16,7 mm

Angle de champ

si l’on compare les angles de champs obtenus suivant la focale , on a le tableau suivant :

Facteur de conversion et Angle de champ:

pour compléter le principe précédent en photographie on utilise na notion de Facteur de conversion entre formats. qui permet de quantifier le ratio de reduction d’un capteur donné par rapport a un capteur plein format . il se calcule de la façon suivante:

et pour connaitre la valeur de la diagonale du capteur , on utilise la formule :

par exemple , sur un APSC CANON de 22,3 x 14,9 mm , la diagonale est de 26,8 mm ce qui donne un facteur de conversion de 43,8/26,8 = 1,6.

a partir de la longueur focale f en mm et la diagonale d du capteur également en mm on peut calculer l’angle de champ Alpha avec la formule suivante :

vision humaine et focale équivalente:

on considère que l’angle de champ d’un oeil humain corresponds a un objectif de 50mm avec un capteur plein format . ce qui veut dire qu’un APN avec un capteur plein format 24×36 et un objectif de 50mm donne une photo correspondant a un champ equivalent a celui de l’oeil .

oeil humain = focale 50mm

Grossissement de l’objectif

la focale de base de 50mm est importante, car elle va permetre de calculer sommairement le facteur de grossissement d’un objectif .

ainsi , sachant qu’un objectif de 50mm sur capteur plein format donnera une photo equivalent a la vision humaine, un objectif de 100mm , donnera un grossissement visuel relatif de 100/50 = 2X par rapport a la vision de l’oeil. ou de l’ objectif de 50mm . un objectif de 300 mm donnera un grossissement relatif de 300/50=6X.

si on utilise un APN CANON avec capteur APS-C de facteur 1,6 , il faudra corriger la focale de référence en proportion . ainsi c’est un objectif de 50/1,6 = 31 mm de focale qui donnera une taille apparente identique a la vision a l ‘oeil nu. et un zoom de 300 mm sur ce capteur APS-C donnera un facteur de zoom de 300/31=9,7

ASTROPHOTO: la sensibilite ISO

en photographie , la sensibilité ISO mesure la sensibilité a la lumière des capteurs. c’est une donnée importante pour déterminer la durée d’exposition d’une prise de vue particulièrement en astrophotographie.

nous ne rentrerons pas dans des considérations techniques sur la norme déterminant l’échelle des ISO , il faut juste comprendre que c’est une échelle relative .

ainsi un réglage ISO de 200 donne une sensibilité double d’un réglage ISO 100 .

sur un APN ou une camera CCD, les ISO ne changent pas la sensibilité intrinsèque du capteur. en réalité , le réglage ISO n’interviennent que dans le niveau d’amplification électronique du signal recu du capteur . dit autrement , plus on augmente les ISO , plus on amplifie le signal électronique de base.

s’agissant d’une amplification de signal , le revers de la médaille est que plus on amplifie les ISO plus on génère de “bruit” dans l’image finale . la qualité de l’image finale dépendra du rapport signal/bruit . l’augmentation des ISO tire la clarté de l’image vers le haut

pour l’astrophotographie de nuit , la tendance naturelle est donc d’augmenter de façon importante la sensibilité ISO , comme le bruit augmente plus que le niveau de signal , cela peut avoir pour conséquence une dégradation de la qualité de l’image.

en réalité , il faudra choisir un rapport signal bruit optimum qui dépendra de votre APN .

en astro photo , plutot que de tirer les ISO tres haut, on augmente le temps de pause de la prise de vue , mais le temps de pause ayant des limite (chauffe du capteur) , on va en plus utiliser un deuxieme artifice : le stacking photo ( addition de plusieurs images pose longue ) grace a des logiciel spécialisés pour ce genre de manipulation (voir rubrique concernée).

retenez que pour une prise de vue, la qualité du resultat sera donc un compromis entre le temps de pose et les ISO .

en general on utilise un reglage passe partout : 1600 ISO

ASTROPHOTO avec un Smartphone

peu de gens le savent , mais il est possible de faire de la photo astronomique avec un smartphone a condition que celui ci ait un mode de prise de vue “pro” permettant le réglage des ISO et de faire des poses longues de plusieurs secondes (souvent 10 secondes au maxi) .

c’est une façon simple de débuter en astrophoto avec un petit budget .

Photos sans instruments :

la première méthode simple c’est de faire des prises de vue du ciel avec un trépied ou un GorillaPod. il suffit de se mettre en mode prise de vues pro , de régler la sensibilité ISO au maxi (en general 3200 ISO) et le temps de pose sur le maxi 10″ (plus si votre smartphone en est capable) .puis de déclencher avec retardateur pour éviter de faire bouger le smartphone au moment de l’appui de prise de vue .

voici une prise de vue grand champs de la voie lactée faite avec cette méthode sur un SAMSUNG GALAXY A7.

Photo avec un instrument optique

une option avancée pour faire de l’astrophoto un peu plus poussée a petit budget; monter le smartphone sur un instrument optique grossissant. pour cela il existe des dispositif permettant de fixer un smartphone sur un oculaire d’instrument optique.

l’un des instrument optique les plus simples a se procurer est une longue vue type animaliere , voici par exemple ici un montage sur une longue vue a grossissement variable GOSKY 20-60×80 achetée sur amazone .

et le résultat d’une prise de vue (sans pose longue) sur la lune

et pour ceux qui ont eventuellement une lunette ou telescope basique a la maison , le support permet egalement un montage sur l’oculaire de l’instrument

ASTROPHOTO sans monture

il est possible de faire de la photo astronomique en pose longue sans monture équatoriale motorisée à condition d’appliquer la règle dite des 500 .

en effet, pour de la pose très longue , une monture équatoriale motorisée est indispensable pour éviter le filé d’étoiles du au mouvement de rotation de la terre . voici ce que donne une pose longue en direction de l’etoile polaire sans monture:

regle des 500:

pour eviter ce phenomene et prendre des photos de nuit sans monture, il suffit de regler la sensibilité ISO sur 1600 voir 3200 puis de faire une pose longue en mode Bulb sur une durée calculée avec la regle des 500 . cette regle est simple, on divise 500 par la longueur focale de l’objectif utilisé .

par exemple , avec un objectif de 18mm , le temps de pose maxi admissible est de 500/18=27″

attention, cette regle s’applique pour un capteur plein format 24×36 mm . si vous utilisez un capteur APSC , il faudra diviser 500 par le facteur de conversion (1,6 pour un CANON ) soit par exemple , pour un APSC CANON avec objectif de 18mm , une regle qui devient la suivante: (500/1,6)/18=17″

le corrolaire de cette methode etant que la pose longue sans monture avec tres longues focale n’est pas possible . par exemple si vous essayez avec un objectif de 300mm , la formule donne 500/300=1,6″ difficile de parler de pose longue ici…. on se limite donc en general a des objectifs entre 10mm et 85mm de focale.

pour ceux ayant des blocages avec les calculs mathematiques, voici un petit tableau recapitulatif pour aider au calcul

SOFTWARE ASTRO

le traitement et le contrôle numérique est devenu courant en astronomie, de nombreux software ont été développés , explorons la liste des logiciels libres les plus utilisés que ce soit en astrophoto ou en contrôle/guidage.

PLANETARIUMS

STELLARIUM

le planétarium le plus connus , il est en version LIBRE pour les systèmes windows, linux et mac OS. outre les fonction de visualisation de la voute céleste, il possède des fonctions de guidage de montures et est compatible de différents standards (ASCOM, INDI, etc ..). il existe une version pour smartphone avec une version basique gratuite et une version payante complète.

lien d’information et de telechargement PC: https://stellarium.org/fr/

CARTE DU CIEL

la deuxième star des planétariums est le logiciel “Carte du Ciel”. concurrent direct de stellarium , ses capacités sont les mêmes (planétarium et conduite de monture)

lien d’information et de téléchargement PC: https://www.ap-i.net/skychart//fr/start

STACKING PHOTO

SIRIL

actuellement , le software gratuit le plus en vogue , la panoplie des options de SIRIL vont du prétraitement des images à l’empilement (stacking) en passant par la calibration et l’amélioration. il est gratuit et compatible tout OS (window, mac, linux)

lien d ‘information et de téléchargement : https://siril.org/fr/

REGISTAX

également gratuit , registax est l’équivalent de siril mais spécialisé pour le planétaire. il est un peu plus simple a mettre en oeuvre que SIRIL . il possede un mode de traitement automatique (copie, traitement alignement selection et empilage) . mais les parametres peuvent etre egalement réglés a la main pour un meilleur résultat.

lien d’information et de téléchargement: https://www.astronomie.be/registax/

DEEPSKYSTACKER

DEEPSKYSTACKER est le pendant de REGISTAX mais pour le ciel profond. lui aussi a un mode basique automatique avec des paramètres standards.

lien d ‘information et de téléchargement: http://deepskystacker.free.fr/french/index.html

PRISE DE VUE APN

CANON EOS UTILITY

disponible gratuite sur le site CANON, il permet de piloter les boitier EOS de la gamme CANON . une fois installé sur votre PC et branché a votre APN via son port USB, vous prenez le contrôle complet de l’appareil : prises de vues, sélection des réglages (mode, ISO , temps de pose , etc..). il est particulièrement utile en mode BULB (pause longue) via son module minuteur permettant du timelaps pauses longues (réglage du nombre de vues , temps de pause, temps interposes). le chargement des photos sur le PC peut être automatisé pendant la séquence de prise de vue avec visualisation temps réel . c’est le super couteau suisse pour APN CANON EOS …

doc et telechargement : https://www.canon.fr//software/eos-utility

PRISE DE VUE APN et CAMERA CCD

SHARPCAP

sans doute un des soft les plus connus, il existe en version gratuite et version payante. la version gratuite possède déjà des options étonnantes, auxquelles, moyennant paiement on accède a un certains nombre d’outils évolués : stacking, alignement polaire, sequences de vues plannifiées, etc..

doc et téléchargement : https://www.sharpcap.co.uk/

SPECIFIQUES LINUX

KSTAR – EKOS

cet ensemble est constitué de deux gros modules , le planétarium KSTAR et le logiciel de contrôle d’observatoire EKOS. KSTAR est le pendant LINUX de Stellarium , complété d’une suite d’outils EKOS nanti de son protocole de communication INDI. l’ensemble constituant un package tout en un de contrôle d’observatoire qui va du contrôle de la monture , a la prise de vue , au contrôle de coupole et au contrôle d’une station météo et de camera automatique extérieures . le protocole INDI est quasi sans limite sur la capacité a contrôler des éléments extérieurs via microcontrôleurs et reseau. s’agissant d’un ensemble open source , il est meme possible de développer ses propres interfaces. le package peut même être installé sur un Raspberry PI 4. on le trouve d’ailleurs sous cette forme dans le pack STELLARMATE qui n’est rien d’autre qu’un raspberry PI avec KSTAR EKOS , l’ensemble installé dans un joli boitier rendant le produit plus “commercial”. le célébré boitier ZWO ASIAIR n’est lui aussi rien d’autre qu’un RPI déguisé avec dedans KSTAR EKOS .

lien documentation et téléchargement KSTAR: https://apps.kde.org/fr/kstars/

lien documentation et téléchargement INDI/EKOS: https://www.indilib.org/