Observation du ciel

Fin croissant de Lune (9 %) et Vénus (à droite) pendant la journée.

La forte luminosité du Soleil sature le ciel et empêche l'observation aisée des astres de luminosité plus faible à l'exception de la Lune. Dans des conditions favorables, il est cependant possible d'observer des planètes et même des étoiles[1]. Vénus est la plus brillante et la plus facile à observer. D'autres planètes comme Mercure, Jupiter ou même Saturne ou Mars sont également observables. Éventuellement, certaines étoiles comme Sirius, sans oublier certaines comètes et météores.

On préférera observer les objets lorsque leur élongation par rapport au Soleil est grande et éviter les astres trop près du Soleil, plus difficile à observer et également plus dangereux (il est prudent de se mettre à l'ombre du Soleil pour faire les observations).

La principale difficulté est de repérer ces astres sur un fond de ciel très lumineux et d'accommoder à l'infini ; une conjonction avec la Lune peut aider. L'utilisation de jumelles facilite grandement la tâche. L'observation du ciel la journée peut se préparer avec un logiciel de planétarium comme Stellarium. Elle peut néanmoins révéler quelques surprises[2].

Par contre, l'observation des étoiles en plein jour du bas des cheminées d'usine ou du fond des puits de mine semble relever de la légende urbaine[3].

• Ne jamais tenter d'observer le Soleil directement.
• Ne jamais orienter vers le Soleil, un instrument d'observation sans qu'il ne soit équipé d'une protection absolument nécessaire.
• Conseils pour l'observation du Soleil

Des précautions doivent impérativement être prises pour éviter toute brulure aux yeux. Les lunettes de soleil, ainsi que les masques de soudeur inférieur au grade 14 sont à proscrire. L'utilisation d'un filtre est indispensable pour l'observation du Soleil car procurant une protection des yeux. Disponible chez les opticiens et fortement recommandé, on trouve des lunettes souples à base de feuilles de Mylar et des modèles en verre, à préférer car de meilleure qualité optique et moins sujets aux rayures.

• Les taches solaires

Taches solaires

Elles sont plus délicates à observer car nécessitent une bonne vision et doivent avoir une taille importante afin d'être visibles à l'œil nu. Elles sont la base des protubérances solaires sur la surface de l'étoile et sont le signe de l'activité de l'astre qui varie cycliquement sur plusieurs années. Ce n'est en général qu'au plus fort de son activité qu'il est possible de les observer sans instrument et se présentent sous la forme de taches sombres sur le disque. Une observation d'un jour sur l'autre permet de noter leur déplacement (et parfois leur évolution) dû à la rotation propre du Soleil et à celle de la Terre autour de celui-ci.

D'autres observations intéressantes en relation avec le Soleil peuvent être faites, non directement astronomiques car mettant en œuvre des conditions atmosphériques particulières et ne nécessitant pas de protections pour les yeux.

• L'arc-en-ciel

Arcs-en-ciel lors d'un orage

Visible lors d'averses avec un ciel partiellement dégagé dans la direction du Soleil, c'est un arc de cercle de lumière décomposée sur toute l'étendue du spectre visible « posé » sur l'horizon dans la direction opposée au Soleil et provoqué par la réfraction des rayons solaires au travers des gouttes de pluie. Dans de bonnes conditions, un deuxième arc moins lumineux, plus étalé aux couleurs inversées, peut être observé au-dessus du premier, l'espace entre les deux étant légèrement plus sombre que le reste du ciel, c'est la bande sombre d'Alexandre. Dans des conditions exceptionnelles, un troisième arc aux couleurs inversées par rapport au second est visible au voisinage de celui-ci. Sauf cas exceptionnel, ces deux arcs supplémentaires ne sont pas complets, mais sont visibles uniquement par endroits, le plus souvent avec un fond de ciel plutôt sombre. Dans des conditions encore plus exceptionnelles, une quatrième voire un cinquième arc sont visibles, mais dans la direction (et non à l'opposé) du Soleil, ce qui rend leur observation particulièrement délicate.

• Le halo solaire

Phénomène qui peut être vu principalement en hiver et en altitude, il se présente sous la forme d'un grand cercle lumineux, peu étendu dans sa largeur et centré sur le Soleil. Il se forme par la réfraction des rayons solaires à travers une couche fine et uniforme de nuages de haute altitude, les cirrostratus.

• Les parhélies

Provoqués de la même façon que le halo mais par d'autres nuages et plus fréquents, ce sont deux taches lumineuses aux couleurs souvent décomposées comme dans l'arc-en-ciel et situées de part et d'autre du Soleil à une distance semblable au bord du cercle du halo et pouvant s'associer à celui-ci.

Si vous avez une bonne vue, n'hésitez à vous lancer à la conquête du ciel. En effet, il est possible de distinguer sur la sphère céleste, par une nuit limpide et sans lune, environ 3 000 étoiles. Surtout pas de lumière, seulement une lampe teintée rouge. Car sinon, il faut de nouveau attendre un moment avant de voir toutes les étoiles. Pour faire une observation inoubliable, il faut que vous soyez au moins à 100 km d'une grande ville et à la montagne, car l'air y est plus pur, pour observer la voie lactée. Pour scruter les cratères de la lune, des jumelles suffisent largement. Avec une lunette astronomique ou un télescope de nombreux détails sont visibles.

Lune croissante (à l'envers, telle que vue au travers d'un instrument astronomique).

Astre que l'on appelle parfois (à tort) "astre roi de la nuit"^{[Par qui ?]}, son observation à l'œil nu permet déjà une approche du seul satellite naturel de la Terre et de mieux comprendre les changements qui l'affectent.

• Les phases

Elles s'expliquent par la position de la Lune, de la Terre et du Soleil dans l'espace.

Orbite de la Lune et phases vues depuis la Terre.

Son éclat provenant de la seule réflexion des rayons solaires sur sa surface, la Lune présentera l'aspect d'un fin croissant visible au crépuscule ou à l'aube quand elle se situera entre la Terre et le Soleil, un demi-disque visible durant la moitié de la nuit quand elle sera à la même distance du Soleil que notre planète et enfin un disque complet présent toute la nuit quand elle sera à l'opposé de notre étoile par rapport à la Terre. Le spectacle d'un fin croissant de lune sur un ciel bleu sombre, entre chien et loup, vaut la peine de s'attarder à sa contemplation.

Un jeu de trajectoires de rayons lumineux retient aussi l'attention : dans sa première phase montante ou sa dernière phase descendante, quand elle n'est qu'un croissant, on peut remarquer que son côté sombre, à l'ombre, présente une faible lueur sur toute sa surface permettant de distinguer la forme du disque complet (visible sur l'image plus bas). Ceci est dû aux rayons solaires, réfléchis une première fois par la Terre vers le satellite, puis une seconde fois par celui-ci vers nous. Ce long trajet fait qu'une faible quantité de lumière nous parvient, mais suffisante pour la distinguer.

Carte des mers et des principaux cratères lunaires.

• Les mers

Ce sont les taches sombres sur la surface de l'astre, traces d'impacts de météorites gigantesques qui ont eu lieu il y a des milliards d'années. Elles représentent le fond basaltique d'immenses cratères. De composition différente et plus sombre que le reste de la surface, cette roche, de par son étendue, donne l'impression depuis la Terre de voir des mers sur la surface du satellite, ce qui a donné leur nom à ces taches. Des cartes de la Lune disponibles dans le commerce permettent de les nommer.

Phases d'une éclipse lunaire.

• Les éclipses

Suivant le même principe que les éclipses solaires, les éclipses lunaires n'ont cependant lieu que de nuit lorsque la Lune est pleine et que la Terre est placée entre celle-ci et le Soleil. Le diamètre de l'ombre de notre planète étant bien plus grand que celui de notre satellite, celles-ci ont lieu plus fréquemment et ont le même aspect quelle que soit la position de l'observateur sur la Terre. Au moment de la phase totale, la Lune reste visible et a une couleur orangée qui est due aux rayons solaires déviés et teintés par l'atmosphère terrestre.

Halo lunaire.

• Le halo lunaire

Provoqué par le même phénomène météorologique que pour le halo solaire, celui-ci se présente cependant sous l'aspect d'un disque lumineux au bord diffus plus éclatant et d'un diamètre plus réduit que son équivalent diurne.

Au fil des nuits, un observateur remarquera des astres bouger plus vite que les autres : il s'agit de planètes. Pour distinguer une planète d'une étoile, il faut savoir que les étoiles scintillent et les planètes peu, en raison de la distance bien plus importante qui nous sépare des premières. En effet, leur relative proximité leur permet d'avoir un diamètre apparent bien supérieur à celui des étoiles, et donc « d'échapper » aux turbulences atmosphériques. Une fois que vous avez trouvé une planète, il n'est pas inintéressant de savoir de laquelle il s'agit et ceci est, même à l'œil nu, aisément réalisable. En effet, toutes les planètes visibles ont des caractéristiques bien à elles :

• Mercure n'est presque jamais visible puisqu'elle se situe toujours très près du Soleil.

Croissant de Lune et Vénus.

• Vénus, aussi appelée « l'étoile du Berger », d'aspect blanc, est la planète la plus brillante de toutes et est visible au crépuscule ou à l'aube car, comme Mercure, il s'agit d'une planète intérieure (dont l'orbite est comprise entre le Soleil et la Terre) et suit le Soleil dans sa course (son élongation maximale est de 47°). Son éclat (son niveau lumineux, qu'on appelle magnitude) varie en fonction de ses phases (comme pour la Lune) ainsi que de sa distance par rapport à la Terre.
• Mars n'est pas exceptionnellement brillante mais se reconnait par son éclat rougeâtre. Un observateur assidu (sur une période de plusieurs semaines) remarquera facilement que celle-ci fait parfois demi-tour (elle rétrograde) : ceci s'explique par le mouvement de la Terre et de Mars et est un phénomène qui, pour ce corps, a lieu approximativement tous les deux ans et dure dans sa totalité environ deux mois. Il affecte toutes les planètes extérieures.
• Jupiter, d'un éclat jaunâtre, bien que pouvant être confondue avec Vénus, peut se reconnaitre instantanément : en effet si l'on observe l'équivalent de Vénus au milieu de la nuit, c'est Jupiter.
• Saturne est beaucoup moins brillante que Jupiter mais est reconnaissable facilement car c'est la planète qui est le plus haut dans le ciel le matin.

Outre les planètes, il y a bien d'autres curiosités célestes:

Installez-vous une nuit dans un lieu reculé loin des grandes villes afin que vos yeux s'habituent à l'obscurité et attendez, allongé, observant la voûte céleste. C'est un des plus grands spectacles du firmament que de scruter les myriades d'étoiles qui le constituent. En été vous verrez une gigantesque barre laiteuse et irrégulière traversant la voûte, aspect qui lui a valu son nom depuis l'antiquité grecque : la Voie lactée. Elle est constituée d'un regroupement plus dense d'étoiles par rapport au reste du ciel et représente la tranche de notre Galaxie vue depuis l'intérieur.

Une constellation : la Petite Ourse.

Ce ne sont pas des objets célestes à proprement parler puisqu'elles constituent un regroupement arbitraire d'étoiles pour former une figure, en général animale ou mythologique, et ceci depuis l'antiquité grecque pour l'hémisphère nord. Des cartes disponibles dans le commerce donnent, en fonction du jour de l'année et de l'heure d'observation, un aperçu complet et orienté des constellations visibles à ce moment. L'initiation à l'astronomie passe aussi par cette étape et permet par la suite de s'orienter aisément au milieu de toutes ces étoiles et de repérer rapidement le Nord céleste (l'étoile polaire), la galaxie d'Andromède ou encore l'étoile la plus lumineuse du ciel (Sirius du Grand Chien) par exemple.

• Les étoiles filantes

En prolongeant votre observation vous remarquerez des points lumineux suivis d'une trainée traversant rapidement le ciel : les étoiles filantes. Ce sont des météorites qui ne pèsent souvent pas plus d'un gramme mais qui s'enflamment en s'échauffant par frottement lors de leur pénétration dans l'atmosphère terrestre plus dense. On peut en voir plusieurs dizaines en une nuit. Certaines nuits sont particulièrement favorables à leur observation car la Terre, dans son orbite, traverse régulièrement des nuages de météorites bien connus des astronomes (voir l'article étoile filante pour les dates).

D'autres phénomènes sont accessibles à l'œil nu, comme les comètes, intéressantes et parfois magnifiques comme la comète de Halley en 1910. Il y a aussi divers objets (galaxies, amas ouverts et nébuleuses) visibles mais à ce niveau, uniquement sous l'aspect de taches laiteuses sauf pour les Pléiades dans la constellation du Taureau où l'on distingue les différentes étoiles.

Excepté pour l'observation de la Lune qui s'accommode de pratiquement n'importe quelle condition, le premier conseil est de se placer en un lieu éloigné de toute source importante de lumière pour observer tous ces phénomènes : éviter la ville où les lampadaires sont très pénalisants et dont la pollution crée un voile opaque sur lequel se reflètent les lumières. Pour apprécier davantage la nuit, s'éloigner des grandes agglomérations afin d'obtenir le ciel le plus sombre possible. Pour la même raison, éviter les nuits de lune, surtout quand elle est pratiquement pleine car sa clarté intense préjudicie fortement l'observation. L'œil nécessitant un temps d'adaptation à l'obscurité (environ 15 à 30 minutes) pour développer ses pleines capacités dans ces conditions, un rayon lumineux intense (phare de voiture, lampe de poche, etc.) « détruit » cette accoutumance et réduit fortement ses capacités, même la source une fois éteinte et ceci, à nouveau durant une quinzaine de minutes. À cette fin, placer un ruban adhésif opaque de préférence rouge sur la lampe de poche qui ne donnera alors que la quantité de lumière strictement nécessaire pour permettre de lire une carte du ciel par exemple.

Observer le ciel demande de l'espace et pour cela il est recommandé de choisir un lieu dégagé donnant le champ de vision le plus large possible. Un endroit avec ces caractéristiques en montagne est donc pratiquement ce qu'il y a de mieux car présentant aussi l'avantage d'avoir un air plus pur.

Enfin, pour le confort, les nuits en campagne pouvant être humides, donc fraîches, des habits chauds sont les bienvenus ainsi que des chaises de camping pliables garantissant une bonne position prolongée sans fatigue.

Leurs caractéristiques sont déterminées par deux nombres : le premier indique le grossissement, le second le diamètre de l'ouverture à l'avant. Si un rapport de grossissement élevé a une importance secondaire, une grande ouverture est en revanche recommandée car elles collecteront plus de lumière et révèleront d'autant mieux les objets faibles. Ainsi, plutôt que de prendre des 8x35, il est plus judicieux de porter son choix sur des 7 x 50.

Les recommandations citées plus haut pour l'observation nocturne restant valables, s'y ajoutent celles spécifiques à cet instrument. Il est vivement recommandé de les caler sur un trépied (de type photographique par exemple) de façon à les stabiliser, rendre l'observation confortable et ne pas perdre du champ l'objet qu'il aura parfois fallu longtemps chercher. Certains modèles de jumelles sont même équipés d'une fixation, mais du ruban adhésif fait parfaitement l'affaire. Régler les jumelles de façon à obtenir l'image la plus nette possible (si vous portez des lunettes retirez-les, votre défaut sera le plus souvent corrigé lors du réglage).
Recommandation importante : Ne jamais se risquer à regarder le soleil avec des jumelles sans avoir de protection spéciale. En effet, aucun filtre spécifique n'est prévu pour cet instrument et son observation directe, avec le pouvoir de concentration des rayons lumineux, brûlerait irrémédiablement l'œil. Un exemple similaire est l'expérience de la loupe sur une feuille de papier ou un morceau de bois.

L'inconvénient des lunettes est le problème de l'aberration chromatique : lorsque l'on observe une planète par exemple, un côté du disque sera rouge alors que l'autre sera bleu. Ce problème très handicapant peut être complètement résolu avec un objectif constitué de trois lentilles (un triplet), mais le système est onéreux. Les lunettes de ce type sont beaucoup moins encombrantes car la longueur du tube, pour une même focale, est réduite. Il est par ailleurs difficile de construire des lunettes de plus de 150 mm d'ouverture. Rajoutons encore qu'une lunette coûte très cher par rapport à un télescope : on trouve des lunettes de 60 mm de diamètre à un prix raisonnable, mais à partir de 110 mm leur valeur atteint le triple de celle de leur équivalent à miroir.

Par contre, une lunette peut aisément se transporter car elle ne se dérègle pas facilement (l'objectif est stable), ce qui est un avantage certain. Par ailleurs, dans une lunette, l'objectif n'est pas en partie obstrué par le miroir secondaire que l'on trouve dans les télescopes, ce qui améliore la qualité de l'image, toute la superficie de l'objectif étant utilisée pour collecter la lumière. Le meilleur choix (mais aussi le plus onéreux) est la lunette apochromatique qui corrige toutes les aberrations (chromatique et sphérique).

• Soleil : Son observation, encore plus qu'avec des jumelles (voir plus haut), doit s'accompagner des plus strictes mesures de sécurité. La brûlure de la rétine est indolore, mais elle est irréversible. Il est donc nécessaire d'utiliser des filtres dont existe deux types : le filtre SUN, se montant à l'arrière sur l'oculaire, souvent vendu avec la lunette. Son utilisation seule n'est pas adaptée car il est soumis à de fortes températures qui le font rapidement éclater. Son utilisation doit être combinée avec un hélioscope de Herschel qui est composé d'un prisme qui détourne 99,9 % de la lumière collectée. La lumière pour l'observation est ensuite filtrée par un filtre "sun". Cet accessoire n'est généralement en vente que dans les boutiques spécialisées. Le deuxième modèle, lui, se place à l'avant, sur l'objectif, et réduit le flux lumineux avant son entrée dans l'instrument. Plus onéreux, lorsque c'est un filtre sur support en verre, c'est la solution la plus sûre, à condition d'utiliser le filtre adéquat. Il existe deux niveaux de transmission : un niveau pour l'observation visuelle très filtrant (1/100 000) le filtre porte une marque blanche en liseré . Un deuxième niveau (1/10 000) de transmission de lumière n'est utilisable que pour photographier le Soleil. Ce filtre doit porter un liseré rouge. Cette solution a en sa faveur un double avantage : disposé hors du système optique, donc à température ambiante, il n'y a aucun risque qu'il se brise du fait de la chaleur. D'autre part, placé devant la lunette, avant que ne se forme l'image, ses défauts influeront moins sur la qualité de celle-ci que le premier type de filtre installé sur l'oculaire juste avant l'œil. Il existe une solution bien moins onéreuse avec des filtres souples, vendus sous forme de feuille au format A4. Un support en carton ou autre matériau doit assurer sa présence sur l'avant de la lunette de façon sécurisée.

Dans tous les cas, vérifier soigneusement le montage avant de débuter l'observation du Soleil. Il n'est jamais ridicule de placer quelques instants une feuille de papier derrière l'oculaire afin de confirmer que tout est en ordre et que la luminosité n'est pas trop forte : votre vue n'a pas de prix. Enfin, n'oubliez pas de boucher l'avant de la petite lunette de visée.

Observation par projection : un écran placé derrière l’oculaire reçoit l'image du soleil. (distance entre l'écran et l'oculaire de 20 à 30 cm). En utilisant une projection perpendiculaire, avec un renvoi coudé à 90°, on évite la présence d'un cache pour se protéger de la lumière directe du soleil. Un simple petit rebord sur l'écran garde alors l'image à l'ombre.

pleine Lune.

• Lune : Sa phase pleine, qui peut paraître spectaculaire, présente en fait peu d'intérêt. En effet, ayant depuis la Terre une ligne de vision parallèle aux rayons solaires, on ne distingue plus d'ombres sur sa surface qui permettent d'en voir les détails. Ainsi, préférer les périodes avant ou après ce stade et concentrer l'observation sur la zone à la limite de la partie éclairée et celle à l'ombre, là où les rayons rasent sa surface et donnent la meilleure lecture des accidents du terrain.

À noter qu'il existe aussi des filtres que l'on place sur l'oculaire lors de l'observation de la Lune afin de ne pas être ébloui par la très forte clarté de l'astre lors de sa phase pleine. Au contraire du Soleil, il n'y a pas dans ce cas de danger en cas d'oubli du filtre. Son utilisation est cependant recommandée car elle filtre les UV reflétés par la surface de la Lune. Les filtres MOON ne doivent pas être utilisés pour l'observation du Soleil.

Il existe deux principaux types de télescopes : le Newton et le Schmidt-Cassegrain.

Le premier est caractérisé par un tube assez long, un peu inférieur à sa longueur focale et se compose d'un miroir principal parabolique au fond associé à un miroir secondaire plat près de l'ouverture, orienté à 45°, qui renvoie les rayons lumineux vers l'extérieur à travers l'oculaire. L'observation se fait donc par le côté du tube qui est ouvert et laissera les poussières entrer et se déposer sur le miroir. Son autre inconvénient est que la température à l'intérieur du tube étant légèrement supérieure à celle du milieu ambiant (au moins en début de nuit), l'air plus chaud, en s'échappant, provoquera des turbulences qui nuiront à la qualité de l'image.

Le deuxième type, le Schmidt-Cassegrain, tout comme sa variante Maksutov-Cassegrain, se caractérise par son tube très court et l'emplacement de l'oculaire à l'arrière. En effet, la lumière, après avoir traversé une lame correctrice (ou une lentille dans le cas du Maksutov) en verre à l'entrée du tube (qui est donc fermé), frappe le miroir principal concave et sphérique puis est réfléchie vers un petit miroir convexe fixé sur la lame correctrice avant d'être renvoyée vers l'arrière au travers du miroir principal par un trou en son centre. Ce double parcours dans le tube fait donc que celui-ci voit sa longueur sensiblement divisée par deux par rapport à celle de la focale.

Le grand avantage du télescope sur la lunette est son coût de fabrication, ce qui permet d'acquérir pour une somme raisonnable un instrument de plus grand diamètre, gage d'une grande luminosité nécessaire lors de l'observation des objets lointains et faiblement lumineux. Par ailleurs, l'aberration chromatique n'existe pas avec ce type d'instrument, mais le miroir secondaire occulte en partie l'objectif, ce qui est un inconvénient (perte de luminosité de l'ordre de 5 à 10 %).

Un télescope, au contraire d'une lunette, demande un entretien : le miroir primaire a un certain degré de liberté dans le tube et peut dans certains cas (choc par exemple) se dérégler, nécessitant ainsi un réalignement qu'on effectue soi-même. Ce même miroir étant revêtu d'une très fine couche d'aluminium, celle-ci se dégrade au contact de l'air et a une durée de vie de 8 à 10 ans. Des entreprises spécialisées s'occupent de cette opération.

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