Rubrique concernée : instruments d'optique

Titre de l'activité : lunette astronomique

A l'écran, le plan du document vous guidera pour vos prises de notes.
Ce document contient aussi la liste des taches à réaliser (expérience, simulation ou exercice).
Des feuilles réponses à compléter sont disponibles (il faut les imprimer) et elles doivent être intégrées à votre cours.

Lunette astronomique

Une lunette astronomique, instrument destiné à l'observation lointaine, est constituée en général d'un objectif et d'un oculaire.

1-Description

L'objectif :

L'objectif est un ensemble convergent équivalent à une lentille convergente de forte distance focale (de l'ordre de grandeur de quelques mètres, ou deux lentilles accolées ou non, l'une convergente en crown et l'autre divergente en flint pour corriger les aberrations chromatiques).
On arrive à des diamètres (pour la lentille frontale) de l'ordre de grandeur du mètre.

L'oculaire :

L'oculaire est un ensemble convergent équivalent à une lentille convergente ( en général un doublet de deux lentilles non accolées ) de distance focale de quelques cm pour grossir l'image intermédiaire (réelle) formée par l'objectif.

L'oculaire joue son rôle de loupe en donnant une image finale (dite virtuelle, observable à travers l'instrument).

Remarques pratiques :
Un réticule fixe ( formé de deux fils très fins et croisés ) définit l'axe optique et un autre réticule mobile par vis micrométrique permettra de mesurer l'écart angulaire entre deux étoiles. Ces deux réticules sont placés dans le plan focal objet de l'oculaire.
Pour réaliser la mise au point, il faut déplacer l'oculaire par rapport à l'objectif.
Quelquefois, un prisme à réflexion totale permet une observation plus confortable.

1.2- Construction des rayons lumineux

Expérience :

Placer sur le banc d'optique un objectif ( ce sera une lentille de vergence +2 dioptries ) et un oculaire ( ce sera une lentille de vergence +20 dioptries ) situés au départ à environ 70 cm l'un de l'autre.

Déplacer l'oculaire pour observer un objet situé à l'infini (plusieurs dizaines de mètres) en plaçant l'œil à l'extrémité du banc.

Questions :

1- Mettre en évidence l'existence d'une image intermédiaire.
2- Quelle est le sens de l'image intermédiaire et de l'image finale.
3- Décrire les difficultés d'observation.

Simulation :

Étudier la simulation décrite dans le fichier .

Construction des rayons lumineux :

L'objet à l'infini est observé sous un angle alpha et l'image intermédiaire A₁B₁ a une taille : lorsque le diamètre apparent est petit.

Pour faire la mise au point, on déplace l'oculaire par rapport à l'objectif pour amener l'image finale A'B' à l'infini ; l'image intermédiaire A₁B₁ située dans le plan focal image de l'objectif est aussi située dans le plan focal objet de l'oculaire. ( sinon, lorsque l'image intermédiaire est située entre O₂ et F₂, l'image finale doit être située entre le Punctum Proximum et le Punctum Remotum de l'œil - celui-ci devra accommoder pour une vision nette).

Connaissances de référence disponibles :
Lunette astronomique : construction

Conclusion :

2-Cercle oculaire

2.1-Définition

Le cercle oculaire est l'image de la monture de l'objectif à travers l'oculaire.

2.2-Intérêt

Tous les rayons traversant l'objectif et qui émergent de l'oculaire passent à l'intérieur du cercle oculaire : il faudra placer la pupille de l'œil à cet endroit.

2.3- Taille et position

Simulation:

Étudier la simulation décrite dans le fichier .

Conclusion :

Connaissances de référence disponibles :
Cercle oculaire

3-Grossissement

3.1-Diamètre apparent

Les objets étant toujours très éloignés, leur taille n'est définie que par leur diamètre apparent.

Connaissances de référence disponibles :
Diamètre apparent

3.2-Définition du grossissement

Le grossissement d'une lunette astronomique est le rapport de l'angle sous lequel on voit l'image à travers la lunette et de l'angle sous lequel on voit l'objet à l'œil nu.

3.3-Expression du grossissement

On peut exprimer, pour une lunette afocale, le grossissement standard : le grossissement G est le rapport de variables angulaires : angle sous lequel on voit l'image divisé par l'angle sous lequel on voit l'objet. (c'est-à-dire le rapport des diamètres apparents)

Cas de la lunette afocale

L'objet AB à l'infini donne A₁B₁ sous l'angle α

Quand le réglage de la lunette est afocal, l'œil voit cette image sous l'angle α' telle que :

Le grossissement est un grossissement intrinsèque puisque ne dépendant pas de l'œil de l'observateur

Conclusion :

Connaissances de référence disponibles :
Grossissement

4-Lunette terrestre

Pour une observation terrestre, une modification est nécessaire pour observer des images droites. Plusieurs solutions sont possibles.

Connaissances de référence disponibles :
Lunette terrestre