Observations visuelles en astronomie : bonnes pratiques Par Xavier Camer

Sommaire Pourquoi? Les récepteurs : l'oeil et le cerveau Principes généraux La psychologie Observer avec des défauts de vision Observer les planètes et la Lune Observer le Soleil Observer le ciel profond Les filtres

Pourquoi? Observation sans intermédiaire autre que l'instrument, on voit par nous-mêmes, image plus vivante. Quand les couleurs sont visibles, impression de phosphorescence que ne peut rendre la photo. En ciel profond, images plus fines qu'en photo car temps de pose bien plus courts. Relief plus marqué. Plus facile et moins coûteux que la photo. Moins d'appels à la technologie et donc plus l'impression d'immersion dans la nature sur les sites campagnards. Retour au naturel. Attention : on n'a pas souvent la vision colorée et très détaillée de la photo sur les objets faibles, car l'oeil ne "pose" que quelques secondes.

Pourquoi? Mise en oeuvre nettement plus rapide que la photo, moins de réglages, possibilité de courtes observations en semaine si on travaille le lendemain. La dynamique de l'oeil lui permet de voir ce que la photo manque ou a du mal à restituer : astres faibles à côté d'astres très brillants. Oeil sensible à des écarts de luminosité de 10 millions à 1 milliard.

Pourquoi? Il est possible de garder une trace de l'observation avec des comptes-rendus descriptifs ou des dessins. Réponse spectrale différente de celle de la photo. On ne voit pas toujours la même chose sans que ce soit faux.

Les récepteurs : l'oeil Schéma en coupe de l'oeil Un appareil photo biologique : Objectif => le cristallin et la cornée (mise au point) et le duo iris-pupille (diaphragme, F/D) La chambre noire => le globe oculaire La pellicule => la rétine de 0,1mm d'épaisseur

Les récepteurs : l'oeil La rétine est composée de tissus neuronaux convertissant la lumière en flux électriques à destination du cerveau. Elle contient 2 sortes de cellules photosensibles : Les cônes : situés autour le la zone centrale (fovéa), ils permettent la vision précise et en couleurs quand la luminosité est suffisante. Chacun est relié à une seule terminaison du nerf optique. 7 millions. Les bâtonnets situés en périphérie et notamment dans une couronne entre 15 et 20°, permettent la vision en basse lumière, mais floue et incolore car ils sont des centaines reliés à une seule terminaison du nerf optique. Sensibles aux mouvements. 120 millions.

Répartition des cônes et bâtonnets Les récepteurs : l'oeil Répartition des cônes et bâtonnets 3 modes de vision découlent de ces 2 familles de photo-récepteurs : Vision photopique, ou vision diurne, centrale : due aux cônes Vision scotopique, ou vision nocturne, périphérique, indirecte : due aux bâtonnets, Vision mésopique ou crépusculaire : un mélange des 2 autres visions en cas de crépuscule ou de nuit avec présence de la Lune.

Les récepteurs : l'oeil Les bâtonnets sont 40x plus sensibles que les cônes et leur seuil de détection 1000x plus faible (nuit couverte sans Lune). Associés à un phénomène chimique (création de la molécule du pourpre rétinien ou rhodopsine), leur sensibilité augmente d'un facteur 10000 en quelques dizaines de minutes : adaptation nocturne. Cette molécule est détruite par la lumière blanche au dessus d'un certain seuil. Protéine de rhodopsine

Les récepteurs : l'oeil Les cônes sont de 3 sortes : sensibles au bleu, vert ou rouge, permettant donc au cerveau de restituer une vision en couleurs.

Les récepteurs : l'oeil Réponse spectrale : La vision humaine est limitée entre le violet (380nm) et le rouge(760nm). En vision diurne, elle est centrée dans le jaune vers 550nms, couleur du Soleil. En vision nocturne, elle se décale dans le vert vers 500nms.

Les récepteurs : l'oeil Le nerf optique : Constitué des terminaisons nerveuses des cônes et des bâtonnets, il contient un million de fibres. Il est insensible à la lumière d'où la tache aveugle à l'endroit où il débouche sur la rétine

Les récepteurs : le cerveau C'est le super-calculateur qui à partir des stimuli électriques envoyés par le nerf optique, reconstitue l'image vue en moins d'1/10 de seconde. Couplé avec l'oeil, en observation d'objets très faibles, il est capable "d'intégrer" l'image quelques secondes (décryptage). Le cerveau a besoin d'oxygène et d'une bonne alimentation pour fonctionner. En conséquence, il faut avoir mangé avant de commencer à observer, en évitant les repas trop riches qui entraînent la somnolence. L'apport en oxygène est important, il faut veiller à bien respirer profondément lors de l'observation d'objets faibles, et éviter d'avoir fumé avant.

Les récepteurs : le cerveau

Les récepteurs : le cerveau Le cerveau est sujet à certaines illusions d'optique selon le fond sur lequel l'objet se détache. Ainsi la brillance des satellites galiléens de Jupiter semble changer selon qu'ils passent sur le bord plus sombre ou sur le méridien de cette planète. Mire de test. Tous les disques sont identiques!

Les récepteurs : le cerveau Les couleurs semblent aussi plus saturées si le fond est proche de la couleur complémentaire et moins vivaces si le fond est grisâtre.

Les récepteurs : le cerveau En cas de fatigue ou de manque de sucres, le cerveau génère du bruit électrique qui se traduit par des segments lumineux ou une impression de neige voire des taches apparaissant dans le champ de vision : scotomes lumineux. Dus à une absence de perception de la rétine. Très complexe, trop pour détailler davantage. Quelques détails liés à l'observation seront présentés dans la partie psychologie

Principes généraux Pour observer le plus efficacement possible, il faut que les contraintes physiques se fassent oublier : Être en forme, ne pas avoir envie d'aller aux toilettes Avoir mangé suffisamment et sans excès Ne pas avoir fumé (risque d'hypoxie) ou s'être exposé aux UV sans protections (micro-lésions rétine) Être confortablement installé(position assise sans se tordre le cou, être bien couvert) Avoir préparé ses observations et le matériel (nettoyage des optiques) Adapter le site d'observation à la cible visée (ciel profond ou planète)

Principes généraux Rester longtemps à l'oculaire (>10 minutes) pour que le cerveau s'accoutume à l'image et l'interprète justement. Le dessin est un bon moyen pour cela, et permet de synthétiser tous les détails vus. La vision binoculaire procure un meilleur confort visuel et permet d'atteindre les mêmes détails que ceux vus par un seul oeil en fatiguant moins l'organisme. En cas de vision monoculaire, garder les 2 yeux ouverts pour ne pas se crisper et fatiguer, en masquant l'oeil qui n'observe pas Grossir et tester plusieurs grossissements, des filtres. Bouger un peu l'instrument pour détecter les objets faibles, les bâtonnets étant sensibles au mouvement.

La psychologie Le cerveau est l'artisan principal de la vision contrairement à ce qu'on pourrait croire car il reconstruit et interprète l'image. Alors que les capacités de l'oeil diminuent avec l'âge, un observateur acquérant de l'expérience et vieillissant y verra mieux qu'à ses débuts. Il faut aussi pouvoir entraîner la vision en observant souvent (< 1 mois). On voit mieux ce qu'on connaît. Sans aller jusqu'à imaginer les détails parce qu'on sait qu'ils sont là, savoir qu'ils sont présents permet d'aider le cerveau à interpréter et les repérer. Un bord plus net de galaxie peut être l'indice d'une bande d'absorption, un renforcement lumineux le départ d'un bras de galaxie. Je préconise de se renseigner sur l'objet mais sans pouvoir situer l'emplacement du détail, puis de l'observer, noter l'emplacement du détail et comparer après coup avec une photo. Je déconseille de comparer pendant l'observation avec une photo, risque d'être influencé.

La psychologie Exemple de Lord Rosse avec les bras spiraux de M51 en 1845 dans un télescope de 180cm. Vus de nos jours avec un télescope de 20-30cm!

La psychologie Surfaces uniformes Quand l'oeil regarde des surfaces avec peu de différences de contraste, le cerveau risque d'inventer des détails. Exemple des canaux martiens. L'usage de filtres ou de grossissements variés peut aider à garder l'objectivité. Antoniadi Schiaparelli

La psychologie Le mouvement Les bâtonnets étant sensibles aux mouvements, il est plus facile de détecter un objet faible en faisant bouger un peu le tube de l'instrument ou en tournant l'oeil dans le champ. Cette méthode permet aussi de détecter par comparaison un objet faible et étendu un peu moins sombre que le reste du ciel. Exemple sur la nébuleuse California ou les nuages obscurs.

La psychologie Le fond de ciel L'oeil a plus de mal à se repérer quand le fond de ciel est noir au lieu de gris sombre, car il n'a plus de base de comparaison et se fatigue plus vite. Nuages obscurs Barnard 336 et Barnard 33 (Tête de Cheval)

La psychologie Environnement désert Si le champ de vision ne contient que l'objet et qu'il est faible, il est moins visible que si une étoile ou plusieurs sont visibles en même temps. Exemple de certaines nébuleuses planétaires à fort grossissement. Étoiles salvatrices pour observer la nébuleuse planétaire PK79+5.1 Pas d'étoile assez brillante à proximité à 480x ou 686x!

La psychologie Travail par comparaison Le cerveau jugera différemment de la clarté d'un gris selon le fond sur lequel il se projette, ou de la saturation voire de la teinte d'une couleur selon son environnement. Rappel :

Observer avec des défauts de vision Les défauts de myopie, presbytie et d'hypermétropie sont compensés en changeant la mise au point quand on observe avec un instrument. Pour l'astigmatisme, il diminue à mesure que le grossissement augmente (rapport F/D). Il existe des verres correcteurs pour certains oculaires. Sinon garder ses lunettes et utiliser un oculaire à long relief d'oeil. Ou observer avec des lentilles. A l'oeil nu, la myopie nocturne affecte chacun et peut être compensée avec une légère sur-correction d'1 dioptrie.

Observation des planètes et de la Lune Nuit peu turbulente dans l'idéal, sinon rester encore plus longtemps à l'oculaire pour guetter les trous de turbulence. Grossir beaucoup pour rendre plus faciles à détecter et interpréter les détails fugaces. 2X le diamètre en mm.

Observation des planètes et de la Lune L'oeil doit travailler en mode diurne car c'est lui qui offre la vision des couleurs mais aussi une image plus propre car l'oeil travaille à un rapport F/D plus grand qu'à pleine ouverture quand la pupille est rétractée (profondeur de champ et contraste meilleurs). De plus, moins d'aberrations optiques. Un environnement urbain ou ciel crépusculaire seront les mieux adaptés. Sinon s'éblouir exprès mais modérément (gare à la persistance rétinienne!) . Travailler la mise au point et ne pas hésiter à la refaire en fonction de la turbulence. Sinon risque de fatigue, voire de migraine.

Observation du Soleil ATTENTION! Danger! Ne jamais regarder le Soleil sans filtre protecteur sous peine de devenir aveugle! A l'oeil nu, uniquement quand il se lève ou se couche avec une couleur orange ou rouge, sinon risque d'éblouissement. Regarder le soleil uniquement si l'instrument a un filtre devant, ou un prisme de Herschel à l'arrière ou est conçu spécifiquement pour l'observer (instruments H- alpha). Demander avant observation si l'instrument est prêt pour l'observation solaire. tt Filtre pleine ouverture Prisme ou Hélioscope d'Herschel

Observation du Soleil Bannir les filtres "Sun" vissés sur l'oculaire, ils peuvent éclater à cause de la chaleur solaire concentrée au foyer! Une fois ces précautions prises, on peut observer le Soleil. Moins de turbulence le matin. Lumière blanche : Ne pas hésiter à grossir si la turbulence le permet pour détailler les taches solaires. Porter une casquette ou se protéger sous un tissu noir afin d'augmenter le contraste perçu.

Observation du Soleil En H-alpha : Observation des protubérances dans ce rouge profond (656 nm) auquel l'oeil n'est pas très sensible. Se couvrir la tête d'un tissu noir pour occulter l'éclairage ambiant. Les protubérances peuvent évoluer en quelques minutes. Il peut être nécessaire d'utiliser la vision décalée pour les protubérances ténues! Mettre celle observée dans la partie centrale du champ de l'oculaire.

Observation d'objets du ciel profond Cette fois l'oeil travaille le plus souvent en vision nocturne. Il faut utiliser la vision décalée pour que l'image arrive sur les bâtonnets de la rétine.

Observation d'objets du ciel profond Pour ça, positionner l'objet au centre du champ et regarder au dessus vers 20° dans la direction s'éloignant du nez. Essayer éventuellement aussi avec chaque oeil. Bouger le tube pour aider à la détection. Prendre de grandes inspirations (hyper- ventilation) pour augmenter l'apport d'oxygène au cerveau.

Observation d'objets du ciel profond La capacité de détection de l'objet est liée, en plus de son éclat, à sa taille apparente dans le champ de vision. Il faut tester beaucoup de grossissements. Les plus faibles ne sont pas les meilleurs pour beaucoup d'objets (amas ouverts, nébuleuses planétaires, amas globulaires) mais certaines nébuleuses diffuses se diluent très vite dans le fond de ciel quand le grossissement augmente. De plus on verra des choses différentes selon le grossissement. NGC288 à 75x, 109x, 150x et 218x

Observation d'objets du ciel profond Par exemple la queue d'une comète à faible grossissement, et les détails proches du noyau à fort grossissement. Exemple Hale-Bopp. Le grossissement permet souvent de gagner en contraste sur l'objet et d'augmenter la limite de magnitude vue. Flagrant sur les petites galaxies et les amas d'étoiles, même en ville.

Observation d'objets du ciel profond Sur certains objets colorés, il faut au contraire peu grossir pour voir la couleur, et regarder l'objet directement pour utiliser les cônes de la rétine. La couleur est plus facile à voir au crépuscule ou quand on sort d'un environnement lumineux. Cas particulier des étoiles colorées (exemple étoiles doubles): si l'étoile est brillante, un léger flou de mise au point diminue la saturation et permet de mieux apprécier la couleur. Exemple de petites nébuleuses planétaires colorées : NGC6572, NGC7662 et NGC7027

Observation d'objets du ciel profond Apport du temps d'observation : exemple avec la galaxie M109 0mn 5mns 15mns 45mns

Observation d'objets du ciel profond Mise au point : Il est primordial de faire une bonne mise au point même en ciel profond (moindre fatigue, magnitude limite supérieure). Si aucune étoile n'est visible à fort grossissement à côté de la petite galaxie ou de la nébuleuse planétaire : Diminuer en grossissement pour aller chercher une étoile assez brillante à proximité Se mettre au fort grossissement et faire la mise au point Remettre l'oculaire faible grossissement sans toucher la mise au point Retourner sur l'objet prévu et remettre l'oculaire fort grossissement sans toucher la mise au point

Observation d'objets du ciel profond Fausses nébuleuses dues à la diffusion : S'assurer qu'il n'y a pas de buée lors de l'observation de nébuleuses à proximité ou autour de certaines étoiles (exemple de NGC1980) : en vérifiant qu'il n'y a pas de halos autour d'autres étoiles de brillance comparable à proximité Lutter contre la buée en chauffant l'oculaire, en évitant d'expirer dessus. Nettoyer les optiques y compris les oculaires (poussière, graisse) Attention à la buée sur l'oeil pour les porteurs de lentilles

Les filtres L'utilisation de filtres peut grandement faciliter les observations en augmentant le contraste ou en montrant différemment. Il y en a de 3 sortes : Filtres colorés pour observations planétaires Filtres anti-pollution lumineuse Filtres interférentiels à bande étroite Ils sont pour la plupart vissés sur les oculaires.

Les filtres Filtres colorés pour observations planétaires Ces filtres teintés dans la masse laissent passer une bande large de couleur. Leur rôle est de rehausser le contraste sur les planètes, en faisant ressortir les zones claires de la couleur du filtre, ou les zones sombres de couleur complémentaire. Exemple : nuages blancs-bleu sur Mars et bandes sombres rouges de Jupiter avec filtre bleu, nuages de Vénus avec filtre violet, cyclones clairs de Jupiter avec le filtre jaune. Liste de filtres et leurs domaines de prédilection : http://www.laclefdesetoiles.com/pages/filtres-colores

Les filtres Filtres anti-pollution lumineuse Filtres interférentiels large bande (extinction de certaines couleurs par interférences comme dans les irisations colorées de taches d'huile), et extinction des longueurs d'onde de l'éclairage public (mercure, sodium). Ces filtres laissent passer les raies d'émission principales des nébuleuses (H-Alpha, H-Bêta et Oxygène). Augmentation du contraste en milieu urbain pour les astres à spectre d'émission. Spectre d'émission Filtre de rejet de pollution lumineuse Baader UHC-S Spectre d'une lampe sodium haute pression

Spectre du filtre Deep Sky Les filtres Exemples : LPR, Deep Sky, Broadband, UHC-S Spectre du filtre Deep Sky

Dentelles du Cygne observées avec un filtre OIII Les filtres Filtres interférentiels à bande étroite UHC (Ultra High Contrast), OIII (Oxygène 3), H-Alpha, H-Bêta... Ces filtres sont nettement plus sélectifs que ceux anti-pollution. Ils ne laissent passer que quelques longueurs d'onde précises. Excellent contraste sur les objets émissifs. Ce sont des filtres spécialisés pour observer les nébuleuses car éteignant fortement les étoiles. Dentelles du Cygne observées avec un filtre OIII

Les filtres Les nébuleuses émettent surtout dans les raies de H-alpha (656nm), Oxygène 3 (496 et 501nms) et H-bêta (486nm). Les filtres isolent ces raies. UHC = raies de OIII + raies de H-Bêta. En visuel, le H-alpha est visible sur les protubérances du Soleil mais quasiment pas sur les nébuleuses. Par contre les couleurs verte de l'OIII et bleu-verte du H-bêta correspondent au pic de sensibilité de l'oeil en vision nocturne Spectre d'un filtre OIII

Les filtres Le filtre UHC est un peu le couteau-suisse, mais moins contrasté que les filtres spécifiques OIII ou H-bêta. Les filtres OIII sont destinés à l'observation des nébuleuses planétaires ou des nébuleuses diffuses émissives. Les filtres H-bêta sont réservés en priorité à certains objets comme la Tête de Cheval ou California, mais sont aussi intéressants sur certaines nébuleuses émissives, et étonnamment sur des nébuleuses diffuses par réflexion bleutées (NGC1977 l'Homme qui court...). Les filtres H-alpha pour le visuel sont indispensables pour voir les protubérances du Soleil et doivent pour cet usage avoir une largeur de bande étroite (0,7nm habituellement). Les filtres UHC et OIII permettent de trouver des petites nébuleuses planétaires par effet "blinking" => en passant et retirant le filtre devant l'oculaire, les étoiles alentours sont fortement atténuées alors que l'éclat de la nébuleuse ne bouge pas.

Il reste à expérimenter par vous- mêmes ces principes d'observation quand le ciel sera dégagé! Vous pourrez retrouver cette présentation à l'adresse http://xcamer.perso.sfr.fr/astrodivers.html