Rubrique concernée : instruments d'optique (Consultation du programme officiel)
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
1.1-Schéma
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).
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).
Lunette astronomique : construction
Conclusion :
L'objet AB à l'infini donne une image intermédiaire située
dans le plan focal image de l'objectif. Cette image joue le rôle d'un
objet pour la deuxième lentille : pour une observation sans fatigue pour
l'oeil, cette image doit être située dans le plan focal objet de
l'oculaire.
Dans cette utilisation, la lunette astronomique est dite afocale : elle donne
d'un objet à l'infini une image située à l'infini
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 :
L'œil doit être situé sur le cercle oculaire, cercle situé
au voisinage du foyer image de l'oculaire.
3-Grossissement
3.1-Diamètre apparent
Les objets étant toujours très éloignés, leur taille n'est définie que par leur diamètre apparent.
3.2-Définition
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
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 :
Le grossissement d'une lunette afocale est égale au rapport de la distance
focale de l'objectif et de la distance focale de l'oculaire.
Grossissement
4-Lunette terrestre
Pour une observation terrestre, une modification est nécessaire pour observer des images droites. Plusieurs solutions sont possibles.