INSTRUMENTS D'OPTIQUE. — LUNETTE DE GALILÉE. H

de Galilée où /=3 cm ,5 ? l'œil aussi près que possible de l'oculaire

(/*—€= i 6m ,5), ne profite que de la moitié du grossissement normal.

. Anneau oculaire. — L'anneau oculaire (image de l'objectif à

travers l'oculaire) 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 inférieure à/ voit les images virtuelles que la lunette substitue aux objets comme à travers un trou qui serait en avant à moins de 2 y ( 2 ).

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, ip) 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 Gp sur l'objectif. Le grossissement n'étant jamais très grand (4 ou 5 dans une lorgnette de théâtre, i5 à 20 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 émanés du point P et arrivant à l'œil est toujours petit. Si l'on 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 ( 3 ).

Supposons le centre de la pupille sur l'axe 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 aR de l'objectif au diamètre ia de l'anneau oculaire.

( 2 ) Lubinoff, Pogg. Ann., XLVIII, 405; 1873.

( 3 ) Voir Bohn, CarVs Repertorium, 97 ; 1873 ; et Pellat, loc. cit., p. 527.

gents qui correspondent au champ de pleine lumière. Par conséquent, les axes optiques des faisceaux sortant de l'oculaire sont compris dans un cône C de même angle, ayant son sommet au centre de l'oculaire ; et les axes des faisceaux incidents se trouvent à l'intérieur d'un cône G ayant pour sommet le centre de l'objectif et pour base le cercle découpé par le cône C dans le plan focal commun aux deux verres. Or, ce cercle a pour rayon ftgtù ; et si (/-e) et y sont respectivement les distances de la pupille et de Tanneaa oculaire à la lentille oculaire supposée infiniment mince, on a

donc le cône C est défini par la relation

te c=l. a ~ p

*-p ~GL/+(/-e)ï

Toutes choses égales d'ailleurs, le champ sera d'autant pins vaste:

i° que (f— e) sera plus petit, c'est-à-dire l'œil plus rapproché de l'oculaire ;

a que y* 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. Il faut donc que l'objectif ait un grand diamètre : on prend ordinairement i/5 pour raison d'ouverture^).

Avec a=o cm ,75, p=zo* m ,i5, /=3 cm ,5, (/— e)=i cm ,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 rayons 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'utilisent qu'une petite portion de l'objectif, celui-ci peut avoir une ouverture beaucoup plus grande que dans la lunette astronomique.

(') Il est vrai qu'en déplaçant l'œil devant l'oculaire, sans toucher à la lunette,

pille donnent une image rétinienne dont l'éclairement est G* fois celui de l'image rétinienne de l'astre vu directement.

De même l'image rétinienne d'un objet, de diamètre apparent sensible, observé à travers la lunette reçoit une quantité de lumière G* fois plus grande que l'image rétinienne de l'objet regardé directement; mais cette lumière étant répartie sur une surface G* fois plus étendue, l'éclairement reste identique : la clarté est égale a 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 l'oculaire doivent être séparément

Fig. 4»

aplanétiques et achromatiques. Dans les bonnes lunettes, ils se composent chacun d'un ilint 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 l'écrou EE' à l'aide de la molette VV : l'écrou tournant sur lui-même fait monter ou descendre la vis u qui entraîne 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 canton peut voir successivement différentes portions de l'espace, ce qui compense jusqu'à un certain point l'ëtroitesse du champ.

('} Brkwster, Edinb. Encycloped,, X; et Phil. Tram., 1813-14.

pagne. Mais il est difficile d'atteindre de forts grossissements l 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 ( J i les objets placés à plusieurs centimètres de l'objectif, ce qui est très commode pour la manipulation. Le grossissement ( 4 ) peut être exprimé par

et la distance de l'objet à l'objectif (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 l'objectif seul, mais dont les plans principaux seraient très écartés, le premier plan principal étant situé beaucoup en avant de l'objectif, le deuxième (avec le deuxième foyer) tombant entre l'objectif et l'oculaire, comme dans un doublet.

( 3 ) Le tirage est assez long, de façon que Ton peut faire varier le grossissement dans des limites assez étendues.

( 4 ) On trouve en effet immédiatement

ou, p' différant très peu de /-h/ 1 ,

ce qui est la valeur indiquée, à comparer avec celle qui se rapporte au doublet

de l'objectif (plus exactement du deuxième plan principal de l'objectif) à l'oculaire.

Lunette retournée. — Tout le monde sait qu'en regardant par le gros bout d'une lorgnette on voit les objets rapetisses. Il 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 l'infini

ou l'inverse du grossissement de la lunette employée normalement.

448. Télescopes. — Principe. — Un télescope (TïjXe loin, axorcéo) regarder) ne se distingue d'une lunette que par la substitution d'un miroir concave à la lentille servant d'objectif. Géométriquement, il y a équivalence entre les deux appareils. Physiquement, des différences existent qui ont fait choisir tantôt l'un, 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 grand, 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 45°, ou mieux d'un prisme à réflexion totale, qui renvoie l'image réelle ag (située au foyer) en J$ : on peut alors l'observer avec un oculaire placé en 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'anneau 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-

Télescope d'Herschell. — W. Herschell supprima le petit miroir

pla avà le f .

Télescope de Gregory. — La combinaison peu avantageuse, indiquée par Gregory et figurée ci-contre, rappelle celle qu'avait imaginée Kepler pour sa lunette terrestre (449), les deux premiers verres convergents étant remplacés par des miroirs concaves.: l'image aérienne «fî, réfléchie par le grand miroir MM', tombe

entre le centre et le foyer du petit miroir NN' qui lui substitue une image a g', réelle, amplifiée et redressée, en position convenable

pour être examinée par l'oculaire 0; on met au point en déplaçant par une tige latérale le petit miroir NN'. Le grossisse-

F ment est -j.g, g désignant le grossissement dû au miroir NN'.

Télescope de Cassegrain. — Le télescope de Cassegrain diffère de

celui de Gregory en ce que le petit miroir est convexe, système de beaucoup préférable parce qu'il réduit la longueur de l'appareil, détruit presque complètement les aberrations de sphéricité (les

courbures des 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 N'N' est placé de façon que cette image £ tomberait entre sa surface et son foyer : elle joue alors le rôle d'un objet virtuel et donne en a'0' une image réelle, amplifiée etre-

dressée. Le grossissement est encore -.%.

Télescope de Foucault. — Nous avons dit 420) tes 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 substituera l'oculaire ordinaire, composé de deux verres, un oculaire bien plus puissant, à quatre verres, constituant un véritable oculaire terrestre très grossissant, qui fait de l'instrument de Foucault lu meilleur télescope, à la fois astronomique et terrestre, et qui

(') L'argent a un pouvoir réflecteur très voisin de l'unité.

INSTRUMENTS D'OPTIQUE, t- HISTOIRE DES INSTRUMENTS D'OPTIQUE. 651

aboutit au même grossissement total avec des dimensions beaucoup moins encombrantes (*). La figure ci-jointe représente un petit appareil que Foucault avait construit pour lui-même. L'observatoire de Paris possède un grand télescope dont le miroir a i m ,20 de diamètre.

449. Histoire des instruments d'optique. — Les effets des lentilles sont très anciennement connus. Quatre cents ans avant J.-C, Aristophane (') nous montre un débiteur qui se débarrasse d'un créancier en présentant au soleil la tablette enduite de cire sur laquelle est inscrit son compte et en faisant fondre la cire avec un de ces verres qui sont employés pour allumer le feu. Sénèque ( 3 ) dit que de petites lettres vues à travers une boule de verre pleine d'eau paraissent grossies. Du reste, les admirables pierres gravées de l'antiquité suffiraient pour attester l'usage de la loupe à ces époques reculées, quand même on n'en aurait pas retrouvé des spécimens parfaitement conservés (lentille de verre dans un très ancien tombeau romain, lentille plan-convexe en quartz dans les ruines de Ninive). Pline ( A ) rapporte que Néron (qui était myope) se servait d'une émeraude concave pour mieux voir les exercices du cirque. Mais on ne se rendait pas compte de ces faits. Aussi l'invention des besicles ne remonte-t-elle qu'au dernier tiers du treizième siècle ( 5 ).

Le microscope ( 6 ) fut un fruit prématuré des recherches qui

( 4 ) Le grossissement total d'un télescope, comme d'une lunette, est Fp, p étant la puissance de l'oculaire. Si donc on augmente p, on pourra diminuer F sans changer le produit.

( 9 ) fî$Y) itapà roîoi çaptxoucoKttXatç ttjv Xtôcv tauTYiv iopxxa;, tyjv xaXtjv, rf,v £iarçavTJ, àtp\$ç to itup dwtrouai ; Trr* uaXcv Xs^it;;

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rà YpapijAaT 1 àmogstpt... Aristophane, les Nuées, 766 et seq.

( 3 ) Literœ, quamvis minutœ et obscurœ, per vitream pilam aqua plenam majores clarioresque cernuntur. Sénèque, Quest. nat., I, 6.

(*) Nero princeps gladiatorum pugnas spectabal in smaragdo. Pline, Hist. nat., XXXVH, 5.

(•) On l'attribue ordinairement à Salvino degli Armati, noble florentin mort en 1317. (Voir Poggendorff, Histoire de la physique [traduction Bibart et de la Quesnerie], 54.)

( 6 ) Sur l'histoire du microscope , consulter Harting , Dos Mikroskop. Braunschweig ; 1859 et édit. suiv.

conduisirent à la découverte delà longue-vue. D'après Pierre Borel, médecin de Louis XIII ('), on en serait redevable à un lunettier de Middelbourg, Zacharias Jansen, qui aurait établi vers 1590 le premier microscope composé. D'autre part, Galilée construisit de ses mains en 161 2 un microscope composé qu'il envoya au roi de Pologne Sigismond. Ces appareils étaient sans doute fort imparfaits. Même après que Divini (vers 1660) y eut introduit plusieurs verres à l'objectif et à l'oculaire (il formait l'oculaire de deui verres plan-convexes se touchant par leurs convexités), c'étaient encore des instruments « monstrueux, aussi gros que la jambe d'un homme, avec des verres oculaires grands comme la paume de la main (*) ». Aussi usait-on encore plutôt du microscope simple, autrement dit de la loupe; et il est à remarquer que Leuwenhôck ( 3 ), à qui l'on doit de si belles découvertes microscopiques, fit toutes ses observations avec des loupes biconvexes qu'il façonnait lui-même et dont les plus puissantes, laissées par lui à la Société royale de Londres, ne comportent pas un grossissement supérieur à 160. Cependant Hooke ( 4 ) préférait employer un microscope composé qu'il s'était arrangé avec trois verres, le verre du milieu servant simplement à augmenter le champ et s'enlevant quand on voulait observer quelque partie en détail ( 5 ). Mais il fallut la réalisation de l'achromatisme et les progrès successifs effectués dans la fabrication et dans la taille des verres pour amener l'instrument au degré de perfection où nous le connaissons.

La première lunette pour voir de loin ( 6 ) paraît avoir été construite en 1608 par Hans Lippershey, lunettier à Middelbourg ( 7 ) :

( ! ) P. Borel, De vero télescopa inventore, Paris; 1645.

( 2 ) Fischer, Geschichte der Physik, II, 98. Gôttingen; 1801.

( 8 ) Leuwenhoeck (surnommé l'oracle de Delphes, parce qu'il était né à Delft) a consigné ses découvertes dans une série de mémoires adressés à la Société royale de Londres (le premier est daté de 1673) et réunis depuis en quatre volumes qui parurent d'abord en hollandais, puis en latin à Leyde en 1724. Les Arcana naturœ ope microscopiorum détecta furent publiés en 1708.

( 4 ) Hooke, Micrographie or philosophical description of minute bodies. Lon-

don; 1665.

( 5 ) On reconnaît dans cette disposition l'oculaire négatif, imaginé dès 1656 par Huygens pour les longues-vues, et employé également vers la même époque à Rome, par Campani, le rival de Divini dans la construction des instruments d'optique.

( 6 ) Voir POGGEiNDORFF, lOC. Cit., p. 103.

I 1 ) Borel en attribue l'invention à Zacharias Jansen, le même qui semble