Lunette astronomique

Une lunette ou un télescope recueille la lumière d'un objet lointain avec une lentille ou un miroir et agrandit l'image qu'il en forme. Des lunetiers des Pays-Bas firent les premières lunettes en 1608, et les instruments améliorés de Galilée montrèrent des montagnes sur la Lune à la fin de 1609, puis quatre satellites tournant autour de Jupiter en janvier 1610.

Ce que c’est

Une lunette ou un télescope fait paraître les choses lointaines plus proches. Son élément principal, l’objectif, recueille bien plus de lumière que la pupille et forme une image de l’objet éloigné ; un oculaire plus petit agrandit ensuite cette image pour l’œil. Dans une lunette, l’objectif est une lentille à l’avant du tube ; dans un télescope, c’est un miroir courbe au fond.

L’instrument de la planche est l’une des deux lunettes de Galilée parvenues jusqu’à nous, conservée au Museo Galileo de Florence. Son tube principal est fait de deux demi-tubes de bois tenus par du fil de cuivre et recouverts de papier. Un court logement à l’avant porte l’objectif, une lentille convexe de 51 mm de diamètre et de 1 330 mm de focale ; un autre, à l’arrière, l’oculaire, une petite lentille concave. L’instrument grossit 14 fois et ne montre qu’un champ d’un quart de degré, environ la moitié du diamètre de la pleine Lune.

Comment ça marche

La lumière d’une étoile ou d’un clocher lointain arrive en faisceau presque parallèle. L’objectif convexe dévie ce faisceau pour le faire converger vers un point, le foyer, situé à 1 330 mm derrière la lentille dans la lunette de Galilée. À lui seul, l’objectif y formerait une petite image renversée.

Le télescope de Newton remplaçait l’objectif par un miroir métallique courbe au fond d’un tube court ; un petit miroir plan renvoie la lumière sur le côté.

Dans la lunette de Galilée, l’oculaire concave intercepte la lumière avant qu’elle n’atteigne le foyer. Il écarte les rayons juste assez pour les rendre de nouveau parallèles, mais ils voyagent désormais sous des angles plus grands qu’à l’arrivée : l’œil voit l’objet plus gros, et à l’endroit. Le grossissement est le rapport de la focale de l’objectif à celle de l’oculaire, sans tenir compte du signe moins de ce dernier : 1 330 mm divisés par 94 mm donnent environ 14.

En 1611, Johannes Kepler proposa un oculaire convexe. La lunette de Kepler donne une image renversée, ce qui ne gêne pas un astronome, et un champ beaucoup plus large ; elle devint la lunette astronomique ordinaire. Une lentille dévie aussi chaque couleur un peu différemment, ce qui entoure les objets brillants de franges colorées. Isaac Newton évita ce défaut en recueillant la lumière avec un miroir concave, qui réfléchit toutes les couleurs de la même façon.

Comment la fabriquer

Une lunette de Galilée comme celle de la planche demande deux lentilles et un tube d’environ un mètre.

Choisir les lentilles. Pour l’objectif, une lentille convergente d’environ +1 dioptrie (1 000 mm de focale) et de 40 à 50 mm de diamètre ; une lentille simple fonctionne, un doublet achromatique acheté chez un fournisseur d’optique donne une image plus nette. Pour l’oculaire, une lentille divergente d’environ −10 dioptries (−100 mm de focale) et de 20 à 25 mm de diamètre. Ce couple grossit 1 000 ÷ 100 = 10 fois.

Faire le tube. Les lentilles doivent être à environ 900 mm l’une de l’autre : la focale de l’objectif moins celle de l’oculaire, comptée sans son signe moins. Prendre deux tubes de carton ou de plastique qui coulissent l’un dans l’autre, pour régler la longueur de quelques centimètres. Peindre ou garnir l’intérieur en noir mat pour supprimer les reflets parasites.

Monter les lentilles. Tenir l’objectif à l’extrémité avant entre deux bagues de carton ou de bois, bien perpendiculaire au tube. Placer l’oculaire dans un court bouchon à l’arrière, côté creux vers l’œil.

Au premier quartier, des sommets éclairés au-delà de la ligne d’ombre ont montré à Galilée que la Lune avait des montagnes.

Mettre au point et observer. Appuyer le tube sur un support stable, un trépied photo ou une barrière, et faire coulisser les tubes jusqu’à ce qu’une cheminée lointaine paraisse nette. La nuit, la lunette montre les cratères de la Lune et, par un soir calme, les quatre plus grands satellites de Jupiter.

Sécurité. Ne pointez jamais une lunette ni aucune lentille vers le Soleil, même un instant ou au coucher, et ne laissez jamais un enfant pouvoir le faire : la lumière solaire concentrée peut abîmer l’œil immédiatement et de façon irréversible, et mettre le feu au tube. Observer le Soleil à travers un instrument exige un filtre conçu pour cet usage, couvrant toute l’ouverture avant, solidement fixé, vérifié à chaque fois (ni rayure ni trou) et employé selon les instructions du fabricant. Les lunettes d’éclipse et les filtres vissés sur l’oculaire ne protègent pas derrière une lunette.

Histoire et évolution

Le 2 octobre 1608, Hans Lipperhey, lunetier à Middelbourg, demanda aux États généraux, à La Haye, un brevet pour un instrument permettant de voir les choses lointaines comme si elles étaient proches. Jacob Metius, d’Alkmaar, déposa une demande semblable quelques semaines plus tard, d’autres revendiquèrent aussi l’idée, et le brevet fut refusé. Aucune lunette de ces premiers fabricants n’a survécu ; celle de Lipperhey grossissait sans doute environ trois fois.

Jupiter et ses quatre grands satellites sont presque sur une même ligne ; en janvier 1610, Galilée les vit changer de place d’une nuit à l’autre.

La nouvelle de la « lunette hollandaise » se répandit vite. En Angleterre, Thomas Harriot se servait d’un instrument grossissant six fois dès l’été 1609, et à Padoue Galilée, qui taillait ses propres verres, construisit une longue-vue grossissant trois fois à l’été 1609 et en présenta une de huit fois au Sénat de Venise en août. À l’automne, il atteignait une vingtaine ; les sources divergent sur l’instrument, celui-là ou un plus faible, avec lequel il étudia d’abord la Lune. Sa seconde lunette conservée grossit 21 fois. En mars 1610, son petit livre Sidereus Nuncius décrivait les montagnes de la Lune, les innombrables étoiles de la Voie lactée et quatre satellites en orbite autour de Jupiter. Le nom de telescopio fut proposé en 1611 par le prince Federico Cesi, fondateur de l’Accademia dei Lincei.

Les astronomes construisirent ensuite des lunettes toujours plus longues pour réduire le flou coloré. Chester Moore Hall fabriqua vers 1733 des objectifs achromatiques faits de deux sortes de verre, qui ne se répandirent qu’après que John Dollond se mit à en produire à la fin des années 1750. Le télescope de Newton, conçu en 1668 et présenté dans une seconde version à la Royal Society au tournant de 1672, servit de modèle aux télescopes à miroir que William Herschel construisait lui-même ; avec l’un d’eux, il découvrit la planète Uranus en 1781.