Télescope Newtonien - Newtonian telescope

télescope de Newton
NewtonsTelescopeReplica.jpg
Une réplique du deuxième télescope à réflexion de Newton, qu'il a présenté à la Royal Society en 1672.
Nommé après Isaac Newton Modifiez ceci sur Wikidata
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Conception du télescope newtonien

Le télescope newtonien , également appelé réflecteur newtonien ou simplement newtonien , est un type de télescope à réflexion inventé par le physicien anglais Sir Isaac Newton (1642-1727), utilisant un miroir primaire concave et un miroir secondaire plat en diagonale . Le premier télescope réflecteur de Newton a été achevé en 1668 et est le premier télescope réflecteur fonctionnel connu. La conception complexe du télescope newtonien l'a rendu très populaire auprès des fabricants de télescopes amateurs .

Histoire

L'idée de Newton d'un télescope à réflexion n'était pas nouvelle. Galileo Galilei et Giovanni Francesco Sagredo avaient discuté de l'utilisation d'un miroir comme objectif de formation d'image peu après l'invention du télescope réfracteur, et d'autres, comme Niccolò Zucchi , ont affirmé avoir expérimenté l'idée dès 1616. Newton peut même avoir lire le livre de 1663 de James Gregory, Optica Promota, qui décrivait des conceptions de télescopes réfléchissants utilisant des miroirs paraboliques (un télescope que Gregory avait essayé en vain de construire).

Newton a construit son télescope à réflexion parce qu'il soupçonnait que cela pourrait prouver sa théorie selon laquelle la lumière blanche est composée d'un spectre de couleurs. La distorsion des couleurs ( aberration chromatique ) était la principale faute des télescopes à réfraction de l'époque de Newton, et il existait de nombreuses théories sur sa cause. Au milieu des années 1660, avec ses travaux sur la théorie de la couleur , Newton a conclu que ce défaut était causé par la lentille du télescope réfracteur se comportant de la même manière que les prismes avec lesquels il expérimentait, brisant la lumière blanche en un arc-en-ciel de couleurs autour d' objets astronomiques brillants . Si cela était vrai, alors l'aberration chromatique pourrait être éliminée en construisant un télescope qui n'utilisait pas de lentille - un télescope à réflexion.

À la fin de 1668, Isaac Newton construisit son premier télescope à réflexion . Il a choisi un alliage ( métal spéculum ) d' étain et de cuivre comme matériau le plus approprié pour son miroir objectif . Plus tard, il a conçu des moyens pour façonner et meuler le miroir et a peut-être été le premier à utiliser un rodage pour polir la surface optique. Il a choisi une forme sphérique pour son miroir au lieu d'une parabole pour simplifier la construction ; même si cela introduirait une aberration sphérique , cela corrigerait toujours l'aberration chromatique. Il a ajouté à son réflecteur ce qui caractérise la conception d'un télescope newtonien, un miroir secondaire monté en diagonale près du foyer du miroir primaire pour refléter l'image à un angle de 90° par rapport à un oculaire monté sur le côté du télescope. Cet ajout unique a permis de visualiser l'image avec une obstruction minimale du miroir objectif. Il a également fabriqué le tube, le support et les raccords. La première version de Newton avait un diamètre de miroir primaire de 1,3 pouces (33 mm) et un rapport focal de f/5. Il a découvert que le télescope fonctionnait sans distorsion des couleurs et qu'il pouvait voir les quatre lunes galiléennes de Jupiter et la phase de croissant de la planète Vénus avec. L'ami de Newton Isaac Barrow a montré un deuxième télescope à un petit groupe de la Royal Society de Londres à la fin de 1671. Ils ont été tellement impressionnés qu'ils l'ont démontré à Charles II en janvier 1672. Newton a été admis comme membre de la société dans la même année.

Comme Gregory avant lui, Newton a eu du mal à construire un réflecteur efficace. Il était difficile de rectifier le métal du spéculum à une courbure régulière. La surface s'est également ternie rapidement; la faible réflectivité conséquente du miroir et aussi sa petite taille signifiaient que la vue à travers le télescope était très faible par rapport aux réfracteurs contemporains. En raison de ces difficultés de construction, le télescope à réflexion newtonien n'a d'abord pas été largement adopté. En 1721, John Hadley montra un modèle bien amélioré à la Royal Society. Hadley avait résolu de nombreux problèmes de fabrication d'un miroir parabolique . Son Newtonian avec un diamètre de miroir de 6 pouces (150 mm) se compare avantageusement aux grands télescopes aériens réfracteurs de l'époque. La taille des télescopes réfléchissants a ensuite augmenté rapidement, les conceptions doublant le diamètre du miroir primaire environ tous les 50 ans.

Avantages de la conception newtonienne

Ensemble optique newtonien montrant le tube (1), le miroir primaire (2), et le support du miroir diagonal secondaire (appelé aussi « support araignée ») (3).
  • Ils sont exempts d' aberrations chromatiques trouvées dans les télescopes à réfraction.
  • Les télescopes newtoniens sont généralement moins chers pour un diamètre d'objectif (ou une ouverture ) donné que les télescopes de qualité comparable d'autres types.
  • Puisqu'il n'y a qu'une seule surface qui doit être rectifiée et polie dans une forme complexe, la fabrication globale est beaucoup plus simple que les autres conceptions de télescope (les grégoriens , les cassegrains et les premiers réfracteurs avaient deux surfaces qui devaient être figurées . Plus tard, les objectifs des réfracteurs achromatiques avaient quatre surfaces qui doivent être compris).
  • Un rapport focal court peut être obtenu plus facilement, conduisant à un champ de vision plus large .
  • L'oculaire est situé à l'extrémité supérieure du télescope. Combiné avec des rapports f courts , cela peut permettre un système de montage beaucoup plus compact, réduisant les coûts et augmentant la portabilité.

Inconvénients de la conception newtonienne

  • Les newtoniens, comme d'autres conceptions de télescopes réfléchissants utilisant des miroirs paraboliques, souffrent de coma , une aberration hors axe qui fait que l'imagerie s'évase vers l'intérieur et vers l'axe optique (les étoiles vers le bord du champ de vision prennent une forme "cométaire") . Cette éruption est nulle sur l'axe, et est linéaire avec l'augmentation de l'angle de champ et inversement proportionnelle au carré du rapport focal du miroir (la distance focale du miroir divisée par le diamètre du miroir). La formule de la coma tangentielle du troisième ordre est 3θ/16F², où est l'angle hors axe par rapport à l'image en radians et F est le rapport focal. Les newtoniens avec un rapport focal de f/6 ou moins (f/5 par exemple) sont considérés comme ayant un coma de plus en plus grave pour un usage visuel ou photographique. Les miroirs primaires à faible rapport focal peuvent être combinés avec des objectifs qui corrigent le coma pour augmenter la netteté de l'image sur le terrain.
Un grand réflecteur newtonien de 1873 avec structure pour accéder à l' oculaire .
  • Les newtoniens ont une obstruction centrale due au miroir secondaire dans le chemin lumineux. Cette obstruction ainsi que les pointes de diffraction causées par la structure de support (appelée l'araignée ) du miroir secondaire réduisent le contraste. Visuellement, ces effets peuvent être réduits en utilisant une araignée incurvée à deux ou trois pattes. Cela réduit les intensités de diffraction des lobes secondaires d'un facteur d'environ quatre et contribue à améliorer le contraste de l'image, avec la pénalité potentielle que les araignées circulaires sont plus sujettes aux vibrations induites par le vent.
  • Pour les Newtoniens portables, la collimation peut être un problème. Le primaire et le secondaire peuvent se désaligner à cause des chocs liés au transport et à la manutention. Cela signifie que le télescope peut avoir besoin d'être réaligné (collimaté) à chaque fois qu'il est configuré. D'autres conceptions telles que les réfracteurs et les catadioptriques (en particulier les cassegrains Maksutov ) ont une collimation fixe.
  • Le plan focal est à un point asymétrique et au sommet de l'ensemble de tube optique. Pour l'observation visuelle, notamment sur les montures de télescopes équatoriales , l'orientation du tube peut mettre l' oculaire dans une position de vision très mauvaise, et les télescopes plus grands nécessitent des échelles ou des structures de support pour y accéder. Certaines conceptions fournissent des mécanismes pour faire pivoter la monture d'oculaire ou l'ensemble du tube dans une meilleure position. Pour les télescopes de recherche, il faut tenir compte du contrepoids d'instruments très lourds montés à ce foyer.

Variation

Jones-Bird

Un télescope à réflecteur Jones-Bird (parfois appelé Bird-Jones) est une variation à lentille miroir ( catadioptrique ) de la conception newtonienne traditionnelle vendue sur le marché des télescopes amateurs. La conception utilise un miroir primaire sphérique à la place d'un miroir parabolique, avec des aberrations sphériques corrigées par une lentille de correction de sous-ouverture généralement montée à l'intérieur du tube de focalisation ou devant le miroir secondaire. Cette conception réduit la taille et le coût du télescope avec une longueur totale de tube de télescope plus courte (avec le correcteur étendant la distance focale dans une disposition de type " téléobjectif ") combinée à un miroir sphérique moins coûteux. Il a été noté que les versions produites dans le commerce de cette conception étaient optiquement compromises en raison de la difficulté de produire un correcteur de sous-ouverture correctement formé dans un télescope destiné au segment bon marché du marché des télescopes.

Galerie

Voir également

Remarques

Les références

  • Smith, Warren J., Modern Optical Engineering , McGraw-Hill Inc., 1966, p. 400