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LES TÉLESCOPES

par Pierre Paquette

L’origine des instruments optiques semble se perdre dans la nuit des temps. La lunette astronomique n’a pas été inventée par Galilée, et il ne fut même pas le premier à pointer un tel instrument vers le ciel. L’opticien hollandais Hans Lippershey ? Probablement pas le premier non plus ! Ce que l’on connait avec certitude, toutefois, est le fonctionnement de ces appareils.

La lunette galiléenne (ainsi nommée même si elle ne fut pas inventée par Galilée !) a comme objectif une lentille convergente. Celle-ci regroupe les rayons lumineux en un point unique appelé foyer. Entre les deux, vient se placer une lentille divergente, l’oculaire. Il en résulte une image agrandie, orientée dans le même sens que l’objet observé. Toutefois, cet instrument a le désavantage d’avoir un champ de vision assez petit, et il faut aussi placer l’œil très près de l’oculaire pour bien voir cette image…

Johannes Kepler a partiellement réglé ces problèmes en utilisant plutôt une autre lentille divergente comme oculaire, placée au-delà du foyer par rapport à l’objectif. Cet instrument est la lunette képlérienne, plus souvent appelée lunette astronomique, et présente une image d’orientation inversée par rapport à l’objet observé — ce qui n’est toutefois pas un problème en astronomie.

Les deux lunettes ont aussi le problème de l’aberration chromatique. Les rayons lumineux de couleurs différentes ne sont pas tous déviés d’autant, et le foyer du rouge est donc situé plus loin de l’objectif que le foyer du vert, lui-même plus distant que celui du bleu. L’image devient donc marquée d’une frange violacée. Puisque ce phénomène se présente toujours, peu importe le type de verre, on a longtemps cru que ce problème était insurmontable — c’est d’ailleurs l’une des raisons qui ont amené l’invention du télescope à miroir dont nous discuterons plus loin —, mais vers 1730, Chester Moore Hall inventa le doublet achromatique, formé d’une lentille convergente en verre de type crown et d’une lentille divergente en verre de type flint. Les rayons rouges et bleus ont leur foyer au même endroit dans ce type d’objectif. Ici, la petite histoire est intéressante : Hall confia la fabrication des lentilles à deux opticiens différents (Edward Scarlett et James Mann). Incidemment, les deux redonnèrent le contrat à George Bass, qui réalisa qu’il s’agissait d’un travail unique… Éventuellement, Bass discuta de l’invention avec John Dollond, qui la breveta en 1758 !

Seulement cinq ans plus tard, Peter Dollond, fils de John, inventa l’objectif apochromatique, qui élimine encore mieux l’aberration chromatique, en mettant les rayons verts au même foyer que les rouges et les bleus. Aujourd’hui, virtuellement toutes les lunettes astronomiques sont équipées d’objectifs achromatiques, et les objectifs apochromatiques sont aussi très communs… mais plus couteux, car ils demandent des verres spéciaux (fluorés) et des liquides particuliers entre les lentilles.

Retournons vers le passé quelque peu. Newton avait affirmé (erronément) que l’aberration chromatique ne se corrigerait jamais (il croyait faussement que tous les verres déviaient tous les rayons lumineux d’une même couleur de la même façon). Cela l’a poussé à inventer un type d’instrument optique à miroirs, le télescope de Newton, en 1668. Dans cet instrument, un miroir primaire concave parabolique réfléchit et concentre les rayons lumineux vers un foyer situé entre lui et l’objet observé. Peu avant d’arriver au foyer, la lumière est réfléchie une seconde fois, par un miroir secondaire plan, incliné de 45° par rapport à l’axe optique. Les rayons lumineux arrivent donc au foyer sur le côté de l’instrument, légèrement au-delà du diamètre du miroir primaire. C’est là qu’on place l’oculaire constitué de lentilles. Il est à noter que le prototype construit par Newton utilisait un miroir primaire sphérique plutôt que parabolique, car il ne savait pas comment produire cette forme ; le premier télescope de Newton à miroir parabolique fut fabriqué en 1721 par John Hadley — tandis que le premier télescope de Newton en était un de 33 mm (1,3″) de diamètre et 165 mm (6,5″) de distance focale (donc ƒ/5), celui de Hadley avait 152 mm (6″) de diamètre et 1590 mm (62,75″) de focale (donc ƒ/10,45)…

D’autres que Newton avaient auparavant conçu des télescopes à miroir, notamment Marin Mersenne (1636) et James Gregory (1663) — en fait, l’idée est bien plus ancienne, et Niccolò Zucchi aurait d’ailleurs fait des premiers tests vers 1616… Le télescope de Mersenne utilise deux miroirs concaves paraboliques face à face, le plus petit renvoyant les rayons au travers un trou dans le miroir primaire. Le télescope de Gregory suit essentiellement le même principe, mais avec un miroir secondaire elliptique. Toutefois, aucun des deux concepteurs ne fabriqua son instrument.

En France, Laurent Cassegrain (et non Guillaume, Jacques, ou Nicolas, comme plusieurs sources indiquaient dans le passé) inventa lui aussi un type de télescope vers 1672, la même année que Newton publia son concept. Le télescope de Cassegrain utilise un miroir primaire concave parabolique et un miroir secondaire convexe hyperbolique, face à face, le plus petit renvoyant encore ses rayons dans un trou du plus grand.

La percée optique suivante ne fut pas un nouveau concept de télescope, mais une nouvelle façon de faire des miroirs. Jusque là, ceux-ci étaient en métal (un alliage d’étain et de cuivre), réfléchissaient peu, et ternissaient rapidement, ce qui impliquait de polir le miroir à nouveau, opération difficile. En 1856–1857, Karl August von Steinheil et Léon Foucault fabriquèrent pour la première fois un miroir de verre recouvert d’argent — un métal qui ternit aussi avec le temps, mais qui peut aisément être enlevé du substrat de verre et renouvellé sans avoir à polir le miroir à nouveau ! En 1932, John Donovan Strong fut le premier à plutôt utiliser de l’aluminium pour recouvrir un miroir — ce métal s’oxyde beaucoup moins rapidement, pour ne pas dire pas du tout, et a donc une durée de vie bien plus longue que l’argent.

En 1940, la combinaison par James Gilbert Baker du principe optique du télescope de Cassegrain avec celui de la chambre de Schmidt (inventée par Bernhard Schmidt en 1931) donna naissance au télescope de Schmidt–Cassegrain, qui est probablement le type de télescope le plus courant du côté commercial, surtout depuis l’invention d’une méthode de production en série de la lentille (ou lame) correctrice, par Celestron, vers 1970.



 

 

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