Rapport F/D et "ouverture", kézako ?

[Siviuze]

Bonjour  à tous,

 

Ca fait quelques temps que j'essaye de comprendre le rapport entre luminosité et rapport F/D d'un téléscope sans être bien certain de comprendre le phénomène derrière (alors que pour un appareil photo ca me parait plutot direct : plus c'est ouvert, moins on ferme le diaphragme).

Du coup de ce que j'en comprends : plus je zoom, moins j'ai de lumière (bon pareil ici c'est une belle constatation mais j'ai pas encore compris le pourquoi du comment), hors plus ma focale est grande, plus c'est compliqué de pas zoomer, et donc d'être lumineux. Mais imaginons les cas suivants :

Un telescope 150/1500, rapport F/D de 10 et un oculaire de focale 50

Un telescope 150/600, rapport F/D de 4 et un oculaire de 30

Les deux setup vont tous les deux grossir 30 fois : est-ce qu'ils seront aussi lumineux ?

 

Si quelqu'un peut m'expliquer (ou m'orienter vers les infos, j'ai pas trouvé ce que je cherchais mais il doit bien exister une source d'infos la dessus capable de m'expliquer cela malgré mes maigres connaissances d'optiques )

 

Merci d'avance !

 

Note: je suis pas certain d'être au bon endroit dans le forum pour ce genre de questions ?

[macfly51]

Salut, 

 

il y a 2 minutes, Siviuze a dit :

Les deux setup vont tous les deux grossir 30 fois : est-ce qu'ils seront aussi lumineux ?

 

Non ; le 2ème va grossir 20x  

 

Mais si tes 2 télescopes grossissent 30x (avec un oculaire de 20mm pour le 2ème donc) ils offriront la même pupille de sortie (diam / grossissement = 5 dans ces cas précis) donc ils seront aussi lumineux.

[Siviuze]

Oups oui en effet, va falloir que je travaille mes produits en croix 😅

Merci pour le retour : ca confirme mon intuition

 

Mais du coup, d'où vient ce phénomène de perte de lumière avec le grossissement ?

['Bruno]

En visuel, le F/D (qui n'est pas l'ouverture mais le rapport d'ouverture) n'a aucune influence sur la quantité de lumière reçue. C'est le diamètre qui compte. Le grossissement ne change pas la quantité de lumière reçue mais change sa répartition.

 

Quand on grossit , on étale la lumière des objets étendus, mais pas des objets ponctuels.

 

Tout s'explique avec une bassine ! Imagine une bassine, on y a planté des baguettes, et on la remplit d'eau. Certaines baguettes émergent, d'autres pas. L'eau, c'est la luminosité du fond du ciel. Les baguettes, c'est la luminosité des étoiles (qui sont ponctuelles).

 

Grossir deux fois revient à multiplier par 2 le diamètre de la bassine (sa surface est multipliée par 4). Le quantité d'eau (la luminosité du fond du ciel) et la hauteur des baguettes (l'intensité des étoiles) ne changent pas puisqu'on n'a pas changé de télescope, on a juste changé le grossissement. Donc la même quantité d'eau s'étale dans une bassin deux fois plus large. Forcément, le niveau d'eau baisse. Le ciel va paraître plus noir. De plus, certaines baguettes qui étaient immergées peuvent à présent émerger (puisque le niveau d'eau baisse) : en grossissant, on assombrit le ciel, on fait apparaître les plus faibles étoiles.

 

La notion précise qui entre en jeu est la clarté. C'est une sorte de densité de lumière (ou de quantité de lumière par surface).

• Quand on grossit, on diminue la clarté des objets étendus (fond du ciel, nébuleuses...) qui est maximale au plus faible grossissement possible.
• Quand on grossit, la clarté des objets ponctuels (étoiles, astéroïdes) reste constante, du moins tant qu'ils restent ponctuels (à force de grossir, il vont devenir des petits disque minuscules mais non ponctuels...)

 

[adamckiewicz]

Un télescope observe une portion de ciel qui est propre à sa focale et à son diamètre. 
Cette image virtuelle est produite au foyer de l’instrument, captée par l’oculaire qui la restitue en une image observable. (On peut la capter aussi en mettant un calque dans le porte oculaire ) . 
l’oculaire capte la portion centrale plus ou moins étroite selon son diaphragme d’ouverture et va « l’étaler » sur la rétine.
Plus on garde une grande portion de l’image au foyer, moins on aura besoin d’étaler cette lumière pour la transmettre sur la rétine. On grossit peu et l’image est lumineuse.
plus on sélectionne une petite portion de l’image du foyer du télescope, plus il faudra étaler cette lumière reçue sur la rétine, et donc plus ce sera sombre. On grossit beaucoup et l’image est plus sombre.

Modifié 22 mai 2022 par adamckiewicz

[adamckiewicz]

On note aussi qu’avec le même diaphragme d’entrée , on peut créer des oculaires différents :

- soit on grossit beaucoup l’image en étalant  sur la rétine : fort grossissement, image plus sombre, grand champs apparent 

- soit on grossit peu l’image en ne l’étalant pas l’image : image plus lumineuse, plus faible grossissement, faible champs apparent

[Mahou]

Voilà, tous est dit.

Pour faire simple, tu observe Jupiter avec un 15 mm, tu reçoit un certains nombre de photons. Bon.

Tu passe a un 7 mm, le nombre de photons que tu reçoit de Jupiter reste le même, mais étalé sur 2x plus de surface.

Cela n'est pas intuitif, j'ai eu un peut de mal au début, du genre, si je multiplie le grossissement par 2, je voit 2 fois mieux car je vais avoir une même image 2 fois plus grosse , et ben non. Elle est certes 2x fois plus grosse, mais aussi 2x moins lumineuse.

Par contre, si je multiplie mon miroir par 2, et ben je voit 4 foi mieux avec le même oculaire..... 

 

Modifié 3 mai 2022 par Mahou

[adamckiewicz]

il y a 21 minutes, Mahou a dit :

avec le même oculaire.

Avec le meme grossissement  

mais oui tu résumes très bien!

du coup quand la quantité de lumière n’est pa un problème (Lune, planètes, étoiles doubles, amas globulaires certaines galaxies lumineuses comme m82 -cigare ou m104-sombrero )  on peu grossir . Quand on observe une galaxie très peu lumineuse ou dont la lumière est très étalée (m101, m33 typiquement) ou une nébuleuse diffuse, il faut pas grossir trop.

[LH44]

La capacité du télescope à collecter la lumière (les grains de photon) dépend de l'ouverture de l'instrument = dimension de la lentille principale de la lunette ou = dimension du miroir réfléchissant au fond du tube, ensuite la lumière reçue doit être projetée sur un écran comme la rétine ou le capteur d'un APN et c'est à ce moment là que la luminosité perçue intervient selon que l'on a concentré ces photons sur une petite surface ou qu'on les a étalé sur une grand surface notamment par le biais du grossissement en visuel.

 

Quant au fameux rapport F/D c'est une notion de photographe qui n'a pas beaucoup d'intérêt en visuel hormis que c'est une indication des limitations de l'instrument, pour les lunettes achromatique un F/D court signifie beaucoup d'aberration chromatique dès que l'on montera en grossissement pour un Newton cela signifiera de la coma (déformation des étoiles) très vite dans le champ et dans les deux cas ce sera une perte sèche de résolution. Aussi les oculaires préfère nettement fonctionner derrière un F/D long, cependant il existe des gammes d'oculaires conçus pour fonctionner à F/D court mais il sont notoirement très onéreux !  Donc en visuel il vaut mieux prendre un instrument un peu plus long (F/D long) pour bénéficier d'une qualité d'image optimale mais au détriment de la compacité bien sûr.

 

Comme déjà souligné les étoiles sont toujours ponctuelles, on ne verra jamais la surface d'une étoile (sauf le Soleil évidement) donc pour mieux voir les étoiles faibles du ciel ou séparer des étoiles doubles il faut impérativement grossir le plus possible.

Modifié 3 mai 2022 par LH44

[Siviuze]

Merci pour vos réponses détaillées (avec les différentes métaphores ca aide vraiment à bien comprendre) !😄

 

Et du coup, c'est pour cela que l'on a tendance à placer les instruments à longue focale plutot en planétaire ? Car il est plus difficile de ne pas trop grossir avec (au dela de 30mm ca commence à être compliqué coté oculaire sur le marché) et qu'au contraire, grossir sur une planète (ponctuelle donc) ca marche plutôt bien (dans les limites de l'instrument bien sur).

Et par effet inverse, les courte focale plutot pour la photo pour maximiser l'apport de lumière (vu que le grossissement est "naturellement" plus faible) et réduire le temps d'exposition ?

[Mahou]

il y a 9 minutes, adamckiewicz a dit :

Avec le meme grossissement  

mais oui tu résumes très bien!

du coup quand la quantité de lumière n’est pa un problème (Lune, planètes, étoiles doubles, amas globulaires certaines galaxies lumineuses comme m82 -cigare ou m104-sombrero )  on peu grossir . Quand on observe une galaxie très peu lumineuse ou dont la lumière est très étalée (m101, m33 typiquement) ou une nébuleuse diffuse, il faut pas grossir trop.

C'est exactement ça. Une expérience simple a faire en club:

J'observe un objet  avec mon oculaire, peut importe la focale, sur un 114/900.

J'observe le même objet avec mon oculaire sur un 200/1200.

L'mage est plus belle et plus lumineuse avec le 200, pourtant j'ai le même oculaire.

Pourquoi ? Parce que le 200 mm capte environ 4x fois plus de lumiére que le 114.

S=r2x 3,14.

Un œil capte la lumière sur une surface de 28mm2 environ.

Un 114 capte la lumière sur une surface de 10 200 mm2, donc 364 fois plus que l'œil.

Un 200 mm capte la lumière sur 31 400 mm2 soit 4x plus qu'un 114  et 1121x que l'œil.

[LH44]

Oui c'est exactement par ce biais que l'on calcul la magnitude max accessible par un instrument : 

 

 

Et pour les objets étendus ce qui est important surtout c'est la répartition par unité de surface (la densité) c'est la pupille de sorti qui indique cela, une lunette de 100mm (f = 800mm) avec un oculaire de 32mm montrera une image aussi lumineuse qu'un Newton de 300mm (f = 1200mm) doté d'un oculaire de 16mm, dans les 2 cas la pupille de sortie est la même 4mm. D'ailleurs si l'on observe à l'oeil nu la lune et que notre pupille est ouverte à 4mm la luminosité perçue de la lune sera identique à celle des 2 instruments pré-cités évidement l'échelle de l'image de la lune sera bien différente dans les 3 cas. On peut être ébloui par la lune plein cadre observée dans un très gros instrument (le télescope Hubble si vous y tenez) mais celle ci n'est en réalité pas plus lumineuse que la lumière du jour.

Modifié 5 mai 2022 par LH44

[Siviuze]

Merci à tous pour vos éclaircissements : c'est beaucoup plus clair pour moi 😄

['Bruno]

LH44 : j'aurais arrêté le calcul à l'avant-avant-dernière ligne, vu que m0 dépend du site d'observation (et de l'observateur).

[Alhajoth]

Le 03/05/2022 à 20:59, adamckiewicz a dit :

Un télescope observe une portion de ciel qui est propre à sa focale et à son diamètre.

 

La portion de ciel observée ne dépend pas du diamètre.

 

Le 03/05/2022 à 20:59, adamckiewicz a dit :

l’oculaire capte la portion centrale plus ou moins étroite selon son diaphragme d’ouverture et va « l’étaler » sur la rétine.

 

Un oculaire n'a pas de diaphragme.

 

Le 03/05/2022 à 22:07, Mahou a dit :

Pour faire simple, tu observe Jupiter avec un 15 mm, tu reçoit un certains nombre de photons. Bon.
Tu passe a un 7 mm, le nombre de photons que tu reçoit de Jupiter reste le même, mais étalé sur 2x plus de surface.

 

4x plus de surface.

 

Le 03/05/2022 à 22:33, LH44 a dit :

Quant au fameux rapport F/D c'est une notion de photographe qui n'a pas beaucoup d'intérêt en visuel hormis que c'est une indication des limitations de l'instrument, pour les lunettes achromatique un F/D court signifie beaucoup d'aberration chromatique dès que l'on montera en grossissement pour un Newton cela signifiera de la coma (déformation des étoiles) très vite dans le champ et dans les deux cas ce sera une perte sèche de résolution. Aussi les oculaires préfère nettement fonctionner derrière un F/D long, cependant il existe des gammes d'oculaires conçus pour fonctionner à F/D court mais il sont notoirement très onéreux !  Donc en visuel il vaut mieux prendre un instrument un peu plus long (F/D long) pour bénéficier d'une qualité d'image optimale mais au détriment de la compacité bien sûr.

 

Ta première phrase est contredite par ce que tu dis après.

Personnellement, je considère que le rapport F/D est important même pour le visuel. Aux raisons dont tu parles, on peut ajouter la facilité de mise au point et l'encombrement.

[LH44]

La plupart des questions que l'on pose ici sur le F/D sont en rapport direct avec la notion des photographes car beaucoup de passionnés pratiquent la photo classique mais très peu savent de quoi il retourne en observation astro, ici j'ai juste pointé les avantages et inconvénients sur différents plans, il n'y a pas de bonne réponse. Personnellement je ne tiens pas compte du F/D pour juger de la lumière accumulée car je ne fais pas de photo astro, en revanche je privilégierai toujours la compacité et donc un F/D le plus court possible pour un diamètre le plus large possible car j'ai les moyens de me payer les oculaires et le correcteur qui vont bien et en déplacement léger une lunette c'est parfait.

[adamckiewicz]

il y a 33 minutes, Alhajoth a dit :

La portion de ciel observée ne dépend pas du diamètre.

Oui évidemment! Je sais pas pour quoi j’ai rajouté diamètre   je corrige!

 

il y a 33 minutes, Alhajoth a dit :

oculaire n'a pas de diaphragme

 Si, en général il y a en général un diaphragme de champs   et de toute façon le diamètre de la lentille d’entrée détermine le diaphragme d’entrée de même que le diamètre interne du tube du télescope est nommé diaphragme d’entrée du télescope  

['Bruno]

il y a une heure, Alhajoth a dit :

Personnellement, je considère que le rapport F/D est important même pour le visuel. Aux raisons dont tu parles, on peut ajouter la facilité de mise au point et l'encombrement.

 

C'est vrai (quoique pour la mise au point ça dépend du porte-oculaire), mais ça n'a pas autant d'importance qu'en photo, c'est surtout pour des considérations pratiques.