Apprendre à observer les étoiles

Généralités

C’est dans cette partie que nous oublions la physique, la théorie et les équations. Elle présente en effet les connaissances utiles pour l’observation comme les coordonnées célestes et l’échelle de magnitude. Elle propose également une présentation simple des principales constellations de l’hémisphère nord.

Que voit-on et d’où ?

Pour les astronomes, la Terre est le centre d’une voûte sur laquelle glissent tous les objets du ciel. On ne perçoit pas la profondeur (3^ème dimension). Selon le lieu d’observation, les objets visibles ne sont pas les mêmes. Fixons les idées !

Sur Terre, un lieu doit être défini par 2 coordonnées : la latitude et la longitude.

La latitude détermine l’angle entre la verticale du lieu d’observation et la verticale à l’équateur terrestre.

Exemple : New York et Madrid sont à la même latitude.

Sur l’équateur, la latitude est 0°. Au pôle nord, elle est de 90°. Dans l’hémisphère sud, elle est négative (pôle sud : -90°). C’est la latitude qui déterminera les objets que vous pourrez voir.

La longitude est l’angle entre la verticale du lieu d’observation et le méridien de Greenwich. Elle fixe les fuseaux horaires et détermine seulement à quelle heure vous verrez l’objet considéré.

Au pôle nord, l’observateur peut voir l’hémisphère céleste nord toute l’année mais jamais la zone rouge. Au pôle sud, c’est le contraire.

A l’équateur, toutes les étoiles seront visibles au cours de l’année mais aucune ne pourra être observer toute l’année.

A une latitude moyenne (45°) l’observateur pourra voir une partie de la voûte toute l’année et une autre zone serra visible une partie de l’année seulement.

En vert, les étoiles visibles toute l’année dans l’hémisphère nord (et donc les étoiles toujours invisibles dans l’hémisphère sud). En rouge, les étoiles visibles toute l’année dans l’hémisphère sud (et donc les étoiles toujours invisibles dans l’hémisphère nord). Entre les 2 zones, les étoiles sont visibles une partie de l’année, quelque soit l’hémisphère.

Il est très important de connaître la latitude du lieu d’observation pour déterminer les objets visibles et pour régler les instruments que l’on utilise.

Masse d’air

On définit la masse d’air comme la quantité d’atmosphère que la lumière traverse pour atteindre le sol.

Plus la masse d’air est importante, plus la lumière est modifiée. On parle d’extinction atmosphérique.

L’éclat des objets

Pour savoir quelle est l’éclat d’un objet, on utilise l’échelle de magnitude. Plus un astre est lumineux vu de la Terre, plus sa magnitude apparente est faible (voire négative). L’échelle de magnitude est logarithmique : un astre 2 fois plus lumineux qu’un autre n’a pas une magnitude moitié. La relation entre les éclats (E et E’) et les magnitudes (m et m’) est donné par : m – m’ = -2,512 log(E/E’).

La magnitude du Soleil est -27, celle de la Pleine Lune est -13.

L’oeil humain ne perçoit que les objets de magnitude inférieure à 5.

Coordonnées célestes

Zénith, nadir et point Vernal

Le zénith est le point à la verticale du lieu d’observation : c’est le point au dessus de votre tête. A l’opposé du zénith, le point sous vos pieds est le nadir.

L’équateur céleste est la projection de l’équateur de la Terre sur la sphère céleste.

Un autre point important est le point vernal noté γ. La Terre étant inclinée par rapport au plan de son orbite (l’écliptique), le Soleil semble couper 2 fois l’équateur céleste. Le point vernal est le point où le Soleil passe du sud au nord.

Pour repérer un objet dans le ciel, il faut définir sa position sur la voûte céleste. Il faut donc 2 coordonnées. Elles jouent le même rôle que la latitude et la longitude sur la surface de la Terre.

Coordonnées azimutales (ou horizontales)

Les coordonnées azimutales sont les plus simples à visualiser. Le plan de base est l’horizon du lieu d’observation. On repère alors les 4 points cardinaux (Nord, Est, Sud, Ouest) et le zénith. Les coordonnées sont l’azimut noté a et la hauteur notée h.

L’azimut a est compté sur l’horizon à partir du Sud, de 0° à 360° dans le sens rétrograde. La hauteur h est compté de -90° à +90° depuis le nadir jusqu’au zénith. La partie visible de la sphère céleste correspond donc à une hauteur positive (0° < h < 90°).

Coordonnées équatoriales

Les coordonnées équatoriales se composent de l’ascension droite notée α et de la déclinaison notée δ. Elles s’appuient sur l’équateur céleste. Or, ce dernier est incliné par rapport à l’horizon de la valeur de la latitude du lieu d’observation. Le pôle céleste nord est donc le prolongement de l’axe de rotation de la Terre. Il correspond (actuellement) à l’étoile Polaire.

L’ascension droite est graduée en heures, minutes d’heure et secondes d’heure (de 0 à 24h). Elle se mesure sur l’équateur céleste, vers l’est à partir du point vernal. La déclinaison s’exprime en degré, minute d’arc et seconde d’arc (de -90° à +90°).

La Terre tournant sur elle-même, les astres sembles se déplacer sur la voûte céleste à raison d’un tour par jour (ou encore 390°/24h donc 0,25°/min). Ils « tournent » autour du pôle céleste nord. Une étoile garde donc toujours la même déclinaison mais son ascension droite change à chaque instant. En utilisant une monture équatoriale, une motorisation peut compenser la rotation de la Terre. Il suffit pour cela de faire tourner l’axe d’ascension droite à la même vitesse que la Terre (0,25°/min) mais dans l’autre sens.

Matériel d’astronomie

L’indispensable, le moins cher : l’oeil

Le meilleur outil de l’astronome est bien sûr son oeil ! Qu’il mette ou non un instrument devant, il lui faut savoir utiliser correctement sa vision.

Quelques conseils : adaptez votre oeil à l’obscurité avant d’observer. Attention à ne pas vous éblouir en regardant une source de lumière trop forte. Laissez votre oeil se reposer régulièrement.

NE JAMAIS REGARDER LE SOLEIL SANS UNE PROTECTION DE QUALITE.

La simplicité : les jumelles

Indispensables à tout bon astronome, les jumelles permettent de scruter le ciel des deux yeux. Elles sont idéales pour observer les objets diffus, la Voie lactée et les comètes. Il est possible avec de bonnes jumelles de distinguer les 4 gros satellites de Jupiter (Io, Europe, Ganymède et Callisto).

Quelques conseils : gardez la courroie autour du cou pour éviter les chutes, stabilisez vos jumelles avec un trépied ou en vous asseyant dans une chaise longue. Evitez de rester debout en portant l’instrument. Appuyez vos bras sur une table, sur vos genoux … Préférez les jumelles standards (voir schéma) aux jumelles compacts inadaptées à l’astronomie.

Aller plus loin : les lunettes

La lunette astronomique a été inventée par Galilée. Sa structure est simple mais efficace. Elle permet d’observer les planètes du système solaire et quelques objets du ciel profond.

Quelques conseils : les lunettes sont idéales pour débuter. Elles donnes des images très nettes.

La performance : les télescopes

Contrairement aux lunettes, il existe plusieurs type de télescopes. Le télescope Newton est le plus répandu.

Il est constitué de 2 miroirs et d’un oculaire et permet de grandes ouvertures. Il est très limité par sa taille.

Les télescopes Schmidt-Cassegrain constituent la deuxième famille. Ils comportent une lentille correctrice, 2 miroirs et un oculaire. Ils sont appréciés pour leur performances et leur faible encombrement. A partir de 200 mm, ce sont de bon instruments universels.

Quelques conseils : un entraînement motorisé s’impose pour les télescopes. Il est également important de posséder un jeu d’oculaire complet (au moins 3).

Que choisir ?

Si vous débutez, préférez la simplicité de la lunette. Il vaut mieux limiter son « rayon d’action » et explorer à fond les objets les plus lumineux. Après un bon entraînement (ou si vous êtes très motivé), optez pour un télescope performant (150 mm) afin de découvrir plus d’objets. N’oubliez pas qu’une bonne paire de jumelles constitue un complément indispensable, quelque soit votre instrument de prédilection.

N’hésitez pas à vous renseigner auprès des fabricants et des magasins spécialisés. Evitez les « promos » et les bonnes affaires des grandes surfaces.

Observer les constellations

Vu de la Terre, le ciel semble être une immense voûte sur laquelle glissent les étoiles. Pour repérer un objet dans le ciel, on utilise un découpage en 2 dimensions de cette voûte.

Pendant l’antiquité, on y a vu des formes, des animaux, des héros, des objets. Le ciel a alors été divisé en régions : les constellations. Certaines ont été ajoutées depuis mais aujourd’hui, on en compte 88. Ainsi, chaque objet, quelque soit sa distance, appartient à une constellation.

Chaque constellation a un nom classique (en français par exemple), un nom latin et une abréviation.

Exemple : En latin, la grande ourse est Ursa Major. Son abréviation est donc UMa.

La 3ème dimension (la distance à la Terre) n’est pas prise en compte. C’est pour cela que des étoiles proches sur la voûte peuvent êtres extrêmement loin l’une de l’autre.

La connaissance de quelques constellations est indispensable pour repérer rapidement un objet dans le ciel. Voici les plus faciles à repérer (donc les plus connues) :

La Grande Ourse, Ursa Major, UMa.

C’est la constellation qui « saute aux yeux ». On la repère grâce à sa forme de casserole qu’on appelle le grand chariot. En fait, la constellation s’étend beaucoup plus vers la tête et les pattes de l’ourse. Les 2 étoiles opposées à la queue sont utiles pour trouver l’étoile polaire (qui se situe dans une autre constellation). Elles s’appelles Dubhe (α) et Merak (β).

La Petite Ourse, Ursa Minor, UMi.

La Petite Ourse est la réplique de la Grande Ourse. Elle a la particularité de contenir l’étoile polaire (Polaris) qui est (actuellement) l’étoile la plus proche de l’axe de rotation de la Terre et donc qui indique le nord. Pour trouver Polaris, on utilise Dubhe (α) et Merak (β) de la Grande Ourse. Il faut prolonger l’axe qu’elles forment de 5 fois leur distance. La casserole de la Petite Ourse termine sa queue par l’étoile polaire. Il faut beaucoup d’imagination pour voir des ourses dans ces constellations !

La constellation du Dragon s’enroule autour de la Petite Ourse. C’est une constellation assez difficile à repérer.

Cassiopée, Cassiopeia,Cas.

Cassiopée est une reine mythique d’Ethiopie. On la reconnaît facilement à se forme de W (ou de M).

Céphée, Cepheus,Cep.

Céphée est le roi associé à Cassiopée. Les deux constellations sont d’ailleurs voisines. Céphée est dans le prolongement Dubhe (α UMa), Merak (β UMa) et Polaris (α UMi). Les étoiles de cette constellation sont remarquables.

La Lyre, Lyra,Lyr.

La Lyre se repère facilement grâce à son étoile la plus lumineuse : Véga (α). Elle se trouve sur la corde centrale de l’instrument alors que les autres étoiles forment le corps. La constellation est surtout visible en été et en automne. On notera la présence d’une étoile quadruple.

Hercule, Hercules,Her.

Le héros des 12 travaux est ici représenté par l’une des plus grandes constellation du ciel. Elle se situe à proximité de la Lyre (Véga est l’étoile blanche sur la gauche de θ). On repère cette constellation de la fin du printemps au début de l’automne à partir de la clé de voûte (forme fermée ε π η ζ) au centre. L’amas M13 est visible à l’oeil nu entre les étoiles η et π. C’est l’un des plus beau de l’hémisphère nord.

Le Bouvier, Bootes,Boo.

Entre Hercules et la Grande Ourse, le Bouvier se repère à partir de son étoile la plus lumineuse : Arcturus (α) qui signifie « gardien d’ours » en grec. C’est depuis cette constellation que rayonne la pluie de météores des Quadrantides en janvier. Le Bouvier s’observe du printemps à la fin de l’été.

Repérons nous !

Sur ce schéma, on retrouve la Lyre (Lyr) et son étoile Véga puis le Dragon (Dra) autour de la Petite Ourse (UMi). Plus bas, il y a Hercules (Her), la petite constellation de la Couronne Boréale (CrB) puis le Bouvier (Boo) et Arcturus, les Chiens de Chasse (CVn) puis la queue de la Grande Ourse (UMa).

Pégase, Pegasus,Peg.

Cette constellation représente la tête du cheval ailé. On la trouve facilement depuis le grand carré. Attention : l’étoile de l’un des sommets du carré n’appartient pas à la constellation de Pégase mais à celle d’Andromède. L’amas M15 de Pégase est visible à l’oeil nu. Il se situe dans le prolongement de la tête (en bas à droite).

Orion, Orion, Orion.

La constellation la plus facile à repérer. En hiver, on trouve tout de suite les trois étoiles du baudrier. Les autres étoiles sont également très lumineuses : Bételgeuse (α), Rigel (β) et Bellatrix (γ). Orion compte beaucoup d’étoiles brillantes. Sous le baudrier, on notera la présence de la grande nébuleuse représentant l’épée du chasseur et la nébuleuse de la tête de cheval (qui n’est visible que sur des clichés à longue pose).

Le triangle d’été.

Pendant l’été, les étoiles les plus brillantes du ciel forment un triangle (qui n’est pas une constellation). On retrouve Véga de la constellation de la Lyre, Deneb de la constellation du Cygne et Altaïr de la constellation de l’Aigle. Il n’est pas difficile de repérer ce triangle.

Source: Florent Renaud