INSTRUMENTS D'OPTIOUB. — LUNETTE DE GALILÉE
Instrument pour la photographie. — En tirant suffisammeot l'oculaire d'une lunette astronomique, on recueille sur un écran situé à quelque distaDce une image réelle et redressée de l'objet. Cette propriété, souvent mise à profit pour examiner les taches du soleil, peut être utilisée, comme dans te microscope, pour obte> nir des photographies. Durant ces dernières années, l'étude photographique des astres a pris une importance considérable; et récen:ment les observatoires de tous les pays du globe se soot concertés pour dresser la carte du ciel.
447. Lunette de Galilée. — Principe. — La lunette de Galilée, dite aussi et à meilleur droit lunette batave ou lunette hollandaise, se compose d'uD objectifconvergent et d'un oculaire divei^ent, lequel est disposé de Taçon à remplacer l'image réelle, petite et renversée, que donnerait l'objeclir, par une image virtuelle, agrandie et redressée. A cet effet, le foyer postérieur de la lentille divergente (son premier foyer) est placé un peu en deçà du point où se formerait l'image réelle due à l'objectif.
Pour une vue normale visant à l'infini, le foyer postérieur de l'oculaire doit coïncider avec cette image, et comme celle-ci (même dans uoe lorgnette de spectacle) est toujours très sensiblement au deuxième foyer de l'objectif, le premier foyer de l'oculaire se confond alors avec le deuxième foyer de l'objectif. Si donc nous appelons F la distance focale principale de l'objectif, /celle de l'oculaire (prise en valeur absolue), la longueur de la lunette est F—/.
Pour un oeil visant à une distance finie A, il faut enfoncer l'oculaire d'autant plus que la vue est plus courte : si, en efTct, l'objet virtuel s'éloigne vers la droite de la lentille, l'image, qui marche
Viou-i. Cours de physique. — II. 4 1
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toujours dans le même sens que l'objet, avance vers la lentille qui est à sa droite (^).
Grossissement. — Soit 0 le centre de Tœil, le grossissement ^%ï
ou, si Ton remplace les angles par leurs tangentes,
Mais
Or, on a
A'B^ PC A,B,~ÎV?*
d'où
if—e) exprimant la distance du centre de Tœil à Toculaire. Donc
Pour une vue normale visant à Tinfini, le grossissement, ainsi que dans la lunette astronomique, est
Mais ici, au contraire, les myopes perdent beaucoup. Un myope, pour lequel A =10 centimètres, visant dans une lunette
(*) En enfonçanl l'oculaire, on modifie le système total de sorle que sod deuxième foyer (image d*un point h Tinfini) soit précisément à la distance de ia vision distincte.
de Galilée où /^d'^^yS, Tœil aussi près que possible de Toculaire
(/*—€= i^^'^S), ne profite que de la moitié du grossissement normal.
Anneau oculaire. — Lanneau oculaire (image de l'objectif à
R travers Toculaire) est virtuel : c'est un cercle, de rayon a=^ (*),
situé très sensiblement à la distance / en avant de l'oculaire, et par lequel passent tous les prolongements des rayons émergents . Par suite, l'œil placé derrière l'oculaire à une distance peu infé-* rieure à/ voit les images virtuelles que la lunette substitue aux objets comme à travers un trou qui serait en avant à moins de 2J (').
Champ, — Supposons la lunette réglée pour un œil visant à l'infini : elle constitue alors un système afocal (428), d'où la lumière émerge en formant un faisceau cylindrique dont le diamètre (qui n'est autre que celui delà pupille, 2/9) est à celui du faisceau incident dans le rapport de /à F. Si donc nous prolongeons le faisceau émergent jusqu'à l'anneau oculaire, il découpe dans le plan de cet anneau un cercle égal à la pupille, lequel est l'image virtuelle d'un cercle de rayon G/? sur l'objectif. Le grossissement n'étant jamais très grand (4 ou 5 dans une lorgnette de théâtre, i5 à ao dans une lunette marine, 3o à 5o dans les instruments destinés aux observations astronomiques), le cercle par lequel passent à travers l'objectif tous les rayons émanes du point P et arrivant à l'œil est toujours petit. Si Ion couvre ce cercle avec un écran, on supprime l'image du point P, sans modifier d'une façon appréciable l'éclat des points voisins. Ainsi, dans la lunette de Galilée, contrairement à ce qui a lieu dans la lunette astronomique, un écran masquant une partie de l'objectif réduit le champ sans altérer sensiblement la clarté de la portion qui reste visible.
Le champ dépend donc de l'ouverture de l'objectif. On peut le déterminer de la manière suivante (').
Supposons le centre de la pupille sur Taxe de la lunette et considérons le cône o) tangent extérieurement à la pupille et à l'anneau oculaire. Ce cône o) renferme toutes les directions des rayons émer-
(*) Le grossissement G est encore égal au rapport du diamètre 2R de Tobjeclir au diamèlre la de Tanneau oculaire.
(«) LuBiNOFF, Fogg. Aun,, XLVIII, 405; 1873.
(») Voir BoHN, CarVs Repertorium, 97 ; i873 ; et Pellat, loe. ct^, p. 527.
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gento qui correspondent an champ de pleine lumière. Par conaéquent, les axes optiques des faisceaux sortant de Toculaire sont corn* pris dans un cône G de même angle, ayant son sommet au centre de Foculaire ; et les axes des faisceaux incidents se trouvent à Tintérieur d*un cône G ayant pour sommet le centre de Tobjectif et pour base le cercle découpé par le cône G dans le plan focal commun aux deux verres. Or, ce cercle a pour rayon/ir^io ; et si (/— e) et y sont respectivement les distances de la pupille et de ranneti oculaire à la lentille oculaire supposée infiniment mince, on a
donc le cône G est défini par la relation
Toutes choses égales d'ailleurs, le champ sera d'autant plus vaste :
I® que (/— e) sera plus petit, c'est-à-dire l'œil plus rapproché de l'oculaire ;
a** que / sera plus petit : toutefois les aberrations empêchent de descendre au-dessous de 3 à 4 centimètres ;
3^ que G sera plus petit, d'après la règle générale.
Si l'on avait a=p, le champ de pleine lumière serait nul. 11 faut donc que l'objectif ait un grand diamètre : on prend ordinairement i/5 pour raison d'ouverture (*).
Avec a=o^"»,75, ;;=o«^i5, /=3-,5, (/-e)=,«5 on aurait
soit à peine le tiers du champ d'une lunette terrestre de même grossissement ('}.
Clarté. — Quand la lumière vient d'une étoile, tous les ravons contenus dans le faisceau incident de rayon Gp entrant dans la pu-
(^) Puisque les rayons qui font voir un point à travers la lunette n*utiliwDt qu*unë petite portion de l'objectif, celui-ci peut avoir une ouverture beanoovp plus grande que dans la lunelte astronomique.
(*) n est vrai qu'en déplaçant Toeil devant Foculaire» sans toacher à la lunette,
pille donnent une image rétinienne dont réclairement est G* fois celui de Timage rétinienne de Tastre vu directement.
De même Timage rétinienne d'un objet, de diamètre apparent sensible, observé à travers la lunette reçoit une quantité de lumière G' fois plus grande que Timage rétinienne de Tobjet regardé directement; mais cette lumière étant répartie sur une surface G' fois plus étendue, Téclairement reste identique : la clarté est égale à i.
Ainsi, au point de vue de la clarté, la lunette de Galilée se comporte théoriquement comme la lunette astronomique, dans le cas dea>p. Mais pratiquement elle lui est supérieure, la formation d'un foyer réel occasionnant toujours une perte très sensible de lumière ('). A plus forte raison, est-elle beaucoup plus claire que la lunette terrestre avec toutes ses lentilles.
Détails de construction. — La construction de la lunette de Galilée est difficile. L'objectif et Toculaire doivent être séparément
Fig. /,aj
aplanétiques et achromatiques. Dans les bonnes lunettes, ils se composent chacun d'un flint compris entre deux crowns; ce qui fait douze verres pour une jumelle, La figure ci-contre représente en coupe ce mode de lunette qui offre le grand avantage de permettre la vision binoculaire. On effectue aisément la mise au point en manœuvrant Técrou EE' à Taide de la molette VV : Técrou tournant sur lui-même fait monter ou descendre la vis u qui entraine la tige T à laquelle sont attachés les deux oculaires. Usages, — Par son peu de longueur et sa grande clarté, la lunette de Galilée convient parfaitement pour le spectacle et la cam-
OD peut voir successivemenl différentes portions de l'espace, ce qui compense jusqu*à un certain point Tétroitesse du champ.
(*) Brewster, Edinb. Encycloped., X; et PhiL TVans., 1813-14.
pagoe. Mais il est difficile d'atteindre de forts grossissements (^) sans aberrations; il est impossible d'adapter un réticule : elle se prête donc mal aux observations astronomiques, et cependant c'est avec cet instrument que Galilée a fait dans le ciel toutes ses admirables découvertes.
Loupe de Chevalier ou de Brûcke. — On l'utilise au contraire très bien en guise de microscope, ainsi que Galilée lui-même l'avait reconnu. Chevalier en 1839, puis Brûcke en i85i rappelèrent l'attention sur cette application et la firent entrer dans la pratique. La loupe de Brûcke comprend un oculaire de lorgnette et un objectif à court foyer mais à ouverture assez grande, formé de deux lentilles achromatiques plan*convexes opposées par leurs faces courbes {^. Cet appareil, intermédiaire entre le microscope et la lunette, permet d'observer avec un grossissement quintuple ou décuple {') les objets placés à plusieurs centimètres de l'objectif, ce qui est très commode pour la manipulation. Le grossissement (^) peut être exprimé par
et la distance de Tobjel à Tobjectif (plus exactement au premier plan principal de l'objectif) par
(/ — e) étant la distance du centre de l'œil à l'oculaire et / la distance
(') Le grossissement se mesure ainsi qu*il a été dit plus haut (446).
(*) Le système entier est géométriquement analogue à une loupe simple, plus puissante que Tobjectif seul, mais dont les plans principaux seraient ti^ éctrtés, le premier plan principal étant situé beaucoup en avant de robjectif, le deuxième (avec le deuxième foyer) tombant en Ire l'objectif et Toculaire, comme dans un doublet.
(3) Le tirage est assez long, de façon que l'on peut faire varier le grossissement dans des limites assez étendues.
(^) On trouve en effet immédiatement
r-^-(/— ) Vf
OU, p' différant très peu de /+A
ce qui est la valeur indiquée, à comparer avec eeUe qui se rapporte an doublet
de Tobjectif (plus exactement du deuxième plan principal de Tobjectif)à Toculaire.
Lunette retournée. — Tout le monde sait qu'en regardant par le gros bout d'une lorgnette on voit les objets rapetisses. 11 est facile de s'expliquer ce phénomène. Un objet éloigné donne à travers la lentille L' une image virtuelle située sensiblement au foyer F^ et qui est vue à travers la lentille L comme à travers une loupe. Le grossissement est donc pour un œil visant à Tinfini
ou riaverse du grossissement de la lunette employée normalement.
448. Télescopes. — Principe. — Un télescope (TfjXe loin, jxoxéd) regarder) ne se distingue d'une lunette que par la substitution d'un miroir concave à la lentille servant d'objectif. Géométriquementy ily a équivalence entre les deux appareils. Physiquement, des différences existent qui ont fait choisir tantôt Tun, tantôt l'autre : si, en effet, un miroir est exempt d'aberration chromatique, il absorbe souvent une partie notable de la lumière. Selon le degré de perfection atteint par les fabricants, on a donc tour à tour préféré les miroirs ou les lentilles. D'ailleurs, les télescopes conviennent généralement mieux pour les observations et les lunettes pour les mesures.
Télescope de Newton. — L'image réelle produite par un miroir concave se formant du côté d'où vient la lumière, l'observateur ne pourrait pas l'examiner directement sans intercepter une partie des rayons incidents. Quand le miroir n'est pas très grande il faut donc rejeter l'image latéralement. Le procédé le plus simple consiste, suivant l'exemple de Newton, à faire usage d'un petit miroir plan PQ, incliné à 4S^> ou mieux d'un prisme à réflexion totale, qui renvoie l'image réelle «^(située au foyer) en a'3' '- on peut alors l'observer avec un oculaire placé en 0 et mobile dans un tube à tirage de façon à permettre la mise au point. Le grossissement pour un œil
visant à l'infini est - comme avec la lunette astronomique. L*an-
neau oculaire est l'image du miroir concave MM' dans l'oculaire. Le champ est limité par le cône ayant pour sommet le centre du mi-
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roir et pour base Toculaire ramené sur l'aie dans uoe situation symétrique de celle qu'il occupe réellement par rapport au
miroir PQ. La clarté a, dans chaque cas, la valeur qu'elle aurait
avec la lunette astronomique moios la perte résultant de la réflevioD.
Télescope d'Herschel/. — W. Herschell supprima le petit miroir
plan PQ et inclina légèrement le miroir concave MM' (auquel il avait donné des dimensions considérables), de manière k ameoer le foyer /sur le bord du tube TT', où l'on venait l'observer.
Télescope de Gref/ory. — La combinaison peu avantaffeusc, indiquée par Gregory et figurée ci-eontre, rappelle celle qu'avait imaginée Kepler pour sa lunette terrestre (449), lesdeux premiers verres convergents étant remplacés par des miroirs concaves ; l'image aérienne x^, réfléchie par le grand miroir AIM', lombf
INSTRUMENTS D'OPTIOUE. — TÉLESCOPES. 649
entre le centre et le foyer du petit miroir NN' qui lui substitue une image ci'3'. réelle, amplifiée et redressce,|eii position convenable
pour être examini'e par l'oculaire 0; on met au point en déplaçant par une tige latérale le petit miroir NN'. Le grossisse*
ment est —.g, g désignant le grossissement dû au miroir NN'.
Télescope de Canieffrain. — Le télescope de Cassegrain diffère de
celui de Gregory en ce que le petit miroir est convcie, système de beaucoup préférable parce qu'il réduit la longueur de l'appareil, détruit presque complètement les aberrations de S|»héricité (les
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courbures ides deux miroirs agissant en sens inverse) et augmente la clarté par la suppression de l'image réelle au foyer du grand miroir. Le petit miroir NN' est placé de façon que cette image a} tomberait entre sa surface et son foyer : elle joue alors le rôle d'un objet virtuel et donne en a'^' une image réelle, amplifiée et rc-
dressée. Le grossissement est encore -j-g.
Télescope de Foucault. ■— Nous avons dit 420} les perfectionne-
ments remarquables apportés par Foucault à la construction des miroirs de télescope. La netteté et la clarté des images (') obtenues avec ses miroirs paraboliques lui permirent de substituer à l'oculaire ordinaire, composé de deux verres, on oculaire bien plus puissant, à quatre verres, constituant un véritable oculaire terrestre très grossissant, qui fait de l'instrument de Foucault le meilleur télescope, à la fois astronomique et terrestre, el qui
(') [.argenL a un pouvoir réllecteur trt?s v
