Séance 11 culture scientifique et pédagogie (Eugénie C. N. et Adam K.)

Imagerie Astronomique

Noël Robichon

Observatoire de Paris, PSL

Cette première partie introduit le domaine de l'imagerie astronomique et décrit les principaux composants des instruments d'observation astronomique. Ces composants sont le tube optique, le détecteur, le stockage.

Le tube optique a pour rôle de collecter la lumière et d’optimiser le signal. Il détermine des caractéristiques importantes comme la résolution et la magnitude limite, produisant une image optique.

Le détecteur a pour fonction de détecter le signal et de le convertir en un signal exploitable, résultant en une image numérique.

Le stockage permet de pérenniser l'information et nécessite de la puissance de calcul et de l’espace de stockage pour aboutir à une image numérique formatée.

Évolution Technique de l'Observation Astronomique

Cette partie retrace l'évolution technique des méthodes d'observation astronomique à travers l'histoire :

De l’Antiquité à 1609, les observations étaient principalement visuelles. De 1609 au XIXe siècle, l'introduction de la lunette astronomique a permis le grossissement et l’amplification de la lumière. De la fin du XVIIIe siècle à aujourd’hui, les télescopes ont permis d'augmenter la luminosité des objets observés. Du milieu du XXe siècle à aujourd’hui, l'observation depuis l’espace a permis d'améliorer la résolution des images. Concernant les méthodes d'enregistrement, de l’Antiquité au XIXe siècle, l’œil et le dessin (peinture, gravure) étaient utilisés.

Du XIXe siècle au milieu du XXe siècle, le négatif/tirage photographique a permis l'enregistrement « objectif » des objets célestes, l'étude de leur physique et une diffusion accumulée. Des années 1970 à aujourd’hui, l'utilisation de détecteurs électroniques et d’ordinateurs a permis d'accéder à tous les phénomènes physiques avec une sensibilité et une précision accrue, ainsi qu'une diffusion encore plus importante. Du milieu du XXe siècle à aujourd’hui, l'observation en multi-longueur d'onde offre un accès à tous les phénomènes physiques, souvent visualisés en fausses couleurs.

Représentations du Ciel

Atlas Boréal de Célarius (1661)

Observations et télescopes historiques

Les Observations nouvelles de M. Cassini, touchant le globe et l'anneau de Saturne ont été publiées dans le Journal des Sçavans en 1674.

Le premier télescope à miroir de verre (10 cm), dont l'argenture a été mise au point par Léon Foucault à partir d'un brevet de Liebig en 1857.

La Résolution et la Lune

La résolution est affectée par la turbulence atmosphérique :

En France : R = 1'' (une seconde d'arc), soit 1.8 km sur la Lune.

Le Télescope Spatial Hubble (HST) permet une résolution de R = 0.04'', soit 74m sur la Lune.

Des formules pour calculer la résolution angulaire sont données : R(rad ) = 1,22.λ / D et R('' ) = 120 / D(mm ) , où λ est la longueur d'onde et D est le diamètre de l'instrument.

Le développement de la photographie et la conquête spatiale sont liés à l'étude de la Lune.

Le Télescope spatial Hubble (HST) a été lancé en avril 1990. Son miroir a un diamètre de 2,4 m et il observe dans une gamme de longueurs d'onde allant du proche UV au proche IR (autour du visible). Il a retenu de mises à jour en 1993, 1997, 1999, 2002 et 2009.

Le Télescope spatial James Webb (JWST) a été lancé le 25 décembre 2021. Son miroir a un diamètre de 6,5 m et il observe dans l’infrarouge (IR)8

Une image de la nébuleuse de l'Aigle (Messier 16), les « piliers de la création » situés à 6 500 années-lumière, est montrée dans le visible (avec WFC3/UVISNIR) et dans l'infrarouge (avec JWST NIRCAM)8.

L'importance des longueurs d'onde visible et infrarouge est soulignée.

Cette dernière partie illustre l'observation du ciel à différentes longueurs d'onde et mentionne le fond diffus cosmologique :

Le Soleil est observable dans différentes longueurs d'onde :

La Voie lactée est visible à différentes longueurs d'onde

Le Fond diffus cosmologique est mentionné avec la reconstitution de l'image du fond de ciel en microondes après 9 ans d'observation du satellite Planck.

Deuxième partie

Isabelle Woydyllo, enseignante relai

I ) Au commencement :

• Le plus ancien planétarium connu : Les grottes de Lascaux

On peut y percevoir probablement un amas d’étoiles : l’amas des Hyades ?Mais aussi la constellation du taureau, les 6 taches noires aux dessus représentent peut être l’amas des Pléaides ?Cette représentation nous permet une connexion visuelle avec le passé.

Au début la description prédomine sur l’image, car on ne possède que la description. Cependant cela conduit à un risque d’imprécision.Par exemple : Hygin l’astronomie, livre III, où les constellations de la grande et petite ours sont décrites longuement.

On remarque la même imprécision concernant les caractéristiques des planètes :Comme on le voit avec Vénus, Jupiter et Mars: hypothèse avec caractéristiques physiques

- Tentative de représentation -

Peu à peu la reproduction d’objets en art émerge mais pas en science, notamment une comète. Le début de la recherche du réalisme remonte vers 1300.Par exemple Vaneck avec l’étoile de Béthléem, où on observe un souci de représenter la nature telle qu’elle est. Détail de la ligne qui sépare la lune du ciel, appelée le terminateur.

III) La révolution scientifique :

• - Galilée -Il fait études d’art connait perspective mais le souci scientifique précède son esthétisme.Il parvient à partir de ses observations à retracer des dessins dont l’objectif est de convaincre que la lune est irrégulière. Montrer que la lune n’est pas un astre parfait.A l’époque, l’objectif est de convaincre.

Par exemple quelques figures comme : Cigoli et Vélasquez.Ils montrent également les inégalités de la lune.La carte la plus précise de la lune à l’époque est celle crée par Hevellus.

- Quand l’astronome a besoin de l’artiste -

- Une Cartographie de la lune avant tout descriptive. -

• Coronelli : Globe artistique.

• Atlas Farnèse : représentation d’objets d’art avec un souci scientifique. L’artiste contribue à la

  représentation la plus ancienne de la sphère céleste.

• Étienne Léopold Trouvelot ( 7000 dessins ) : Il fait avancer les études et la recherche grâce à ses dessins, alors qu’il n’a rien d’un scientifique mais il est très bon observateur et dessinateur.( Il représente notamment la lune et le soleil ).

  IV) Apparition de la photographie à la fin du 19ème siècle :

  L’évolution de la photographie est lente, peu à peu la photo est plus précise et détrône le dessin. Mais le dessinateur sert encore à représenter ce qu’on ne peut pas photographier.

Par exemple Rudaux en 1913, avec son livre sur constellations qui va avoir un grand succès, il va permettre de vulgariser la science.

- Vue d’artiste -

Elle sert pour représenter exoplanète, donner à voir ce qui est invisible par l’image littéraire.

• Activité en groupe réaliser une vue d’artiste.Deux sujets avec mise en commun (Mimas et Hauméa)