Le télescope de type Cassegrain

Sommaire 1 Principe de fonctionnement 2 Modèles dérivés 2.1 Maksutov Cassegrain 2.2 Schmidt Cassegrain 2.3 Ritchey-Chrétien 3 Notre sélection de télescopes Cassegrain

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Le télescope de Cassegrain est un dispositif optique composé de deux miroirs, un miroir primaire concave et parabolique, dit objectif, et un miroir secondaire convexe hyperbolique. Il s'agit d'un dispositif réflecteur, proposé en 1672 par Laurent Cassegrain. Il fait suite à la proposition de l'anglais Gregory, comportant un primaire parabolique concave et un secondaire également concave mais elliptique. Ce dernier, compte tenu de sa facilité de construction, sera utilisé jusqu'à la fin du XIXe siècle.

Le principal avantage du Cassegrain est sa compacité, qui le rend transportable jusqu'à des diamètres de 300 mm. Mais l'utilisation d'un miroir parabolique à pour conséquence de générer une aberration de coma, ce qui déforme les étoiles en bord de champ en leur donnant une forme qui ressemble à une comète (coma = chevelure) et réduit donc le champ utilisable. Il faudra attendre le télescope Ritchey-Chrétien en 1927 pour réaliser une combinaison où la coma est corrigée. Le physicien allemand Karl Schwarzschild avait déjà donné en 1905 une théorie générale des systèmes à deux miroirs. On ignore si le professeur Chrétien qui a commencé à songer à ce télescope en 1910 a retrouvé ces résultats ou s'il a lu et appliqué le rapport de Schwarzschild (1873-1916).

Principe de fonctionnement

Contrairement au télescope de Newton, le miroir primaire est percé en son centre et les axes optiques des deux miroirs coïncident. L'image formée peut donc être perçue par un observateur, un capteur CCD (etc.) placé derrière le télescope et non sur le côté comme dans le télescope de Newton, ce qui a pour effet de ne faire tourner l'image comme dans ce dernier.

Modèles dérivés

Le télescope Cassegrain a donné naissance à de nombreuses variantes, notamment les télescopes dits catadioptriques, qui possèdent une lame de fermeture sur laquelle est fixé le miroir secondaire, et qui permet de corriger les aberrations optiques. On trouve parmi ces variantes le télescope Schmidt-Cassegrain, très apprécié parmi les amateurs, qui reprend le montage de Cassegrain en l'associant à une lame de Schmidt pour corriger l'aberration de sphéricité. Cependant, les lames de Schmidt sont assez coûteuses. Le télescope Maksutov-Cassegrain utilise à leur place un ménisque (une lentille concave, avec deux rayons de courbures légèrement différents), plus facilement réalisable par des moyens industriels.

Une autre évolution du Cassegrain est le télescope Ritchey-Chrétien dont la genèse date de 1910 et la première réalisation de 1927 avec un diamètre de 50 cm. Il est composé de deux miroirs hyperboliques, qui donnent une image focale corrigée totalement des aberrations de coma et de sphéricité (télescope aplanétique), reste l'astigmatisme et la courbure de champ qui peuvent être corrigés par des lentilles situées près du foyer.

La plupart des télescopes professionnels modernes, notamment Hubble, utilisent toujours la combinaison Ritchey-Chrétien. Un miroir primaire de Ritchey-Chrétien peut être utilisé au foyer, moyennant un correcteur de Ross, constitué de deux lentilles réalisées dans le même verre.

Enfin le télescope de Dall-Kirkham (circa 1924), afin de faciliter la réalisation du secondaire, décrète un secondaire sphérique et non hyperbolique comme sur le Cassegrain. Il est facilement testable aux franges à l'aide d'un interféromètre de Fizeau sur un calibre sphérique, lui même testé a l'appareil de Foucault comme un miroir. Compte tenu d'une coma plus élevée, il sera destiné au planétaire. La bonne régularité de la surface sphérique entraînera une excellente définition au centre du champ. Le primaire (elliptique) est un peu moins déformé que la parabole. Le Mewlon de Takahashi est le prototype de ce genre de télescope.

Maksutov Cassegrain

C'est une autre variante du Cassegrain correctement corrigé. Le primaire est concave sphérique et le secondaire est convexe sphérique, l'aberration étant corrigée par un ménisque (une lentille concave plus épaisse sur les bords). Le principal avantage de ce type de télescope est sa facilité de réalisation par des moyens industriels, car il est composé uniquement de surfaces sphériques, donc facilement réalisables par des machines et avec des résultats homogènes (ce qui n'est pas toujours le cas avec d'autres types de télescopes).

Schmidt Cassegrain

Le télescope Schmidt-Cassegrain est un dispositif optique de type catadioptrique, composé de deux miroirs, un miroir primaire concave et sphérique et un miroir secondaire convexe hyperbolique, ainsi que d'une lentille appelée lame de Schmidt. Il s'agit d'une évolution du dispositif réflecteur proposé en 1672 par Laurent Cassegrain, développée en s'appuyant sur la chambre de Schmidt développée par Bernhard Schmidt en 1931.

Principe de fonctionnement

De conception proche du télescope de type Cassegrain, le télescope Schmidt-Cassegrain présente toutefois quelques particularités notables :

• le miroir primaire parabolique sur le télescope de Cassegrain devient un miroir sphérique, plus simple et moins coûteux à fabriquer ;
• pour corriger les aberrations sphériques engendrées par le miroir primaire, une lame de Schmidt est placée en entrée du télescope.

Ritchey-Chrétien

En astronomie, le télescope Ritchey-Chrétien est un télescope de type Cassegrain particulier, conçu pour éliminer l'aberration optique appelée coma. Ce type de télescope fournit un champ d'observation relativement large comparé à une conception plus conventionnelle. Dans le télescope Ritchey-Chrétien, le miroir primaire et le miroir secondaire sont hyperboliques. Il fut inventé au début des années 1910 par l'astronome américain George Willis Ritchey (1864–1945) et l'astronome français Henri Chrétien (1879–1956). Ritchey construisit avec succès le premier télescope Ritchey-Chrétien, d'un diamètre de 0,5 m, en 1927. Le second exemplaire fut un modèle de 1 mètre construit par Ritchey pour l'observatoire naval des États-Unis.

Conception

La conception de type Ritchey-Chrétien est exempte de coma au 3e ordre et d'aberration sphérique, bien qu'elle souffre de coma au 5e ordre, d'un sévère astigmatisme aux grands angles et d'une courbure de champ assez importante. Quand il est focalisé à mi-distance des plans focaux sagittaux et tangentiels, les étoiles apparaissent comme des cercles, rendant ce type de télescope bien adapté à l'observation à large champ et l'astrophotographie. Comme sur les autres télescopes de type Cassegrain, le télescope Ritchey-Chrétien possède un tube optique très court et une conception compacte pour une longueur focale donnée. Il offre de bonnes performances optiques hors-axe, mais il reste relativement rare à cause du coût élevé de fabrication du miroir primaire. La conception Ritchey-Chrétien se rencontre le plus souvent sur les télescopes professionnels à haute performance.

Les courbures des deux miroirs dans la conception Ritchey-Chrétien sont calculées par les relations suivantes :

où :

• C1 et C2 sont les coefficients de déformation de Schwarzschild des miroirs primaire et secondaire, respectivement,
• F est la longueur focale effective du système complet,
• B est la longueur focale arrière, égale à la distance entre le miroir secondaire et le foyer,
• D est la distance entre les deux miroirs.

Un choix approprié de B, D et de F permet d'obtenir toutes les configurations de télescope

Les courbures hyperboliques sont difficiles à vérifier avec les équipements utilisés par les constructeurs amateurs ou les fabricants artisanaux. Cependant, les fabricants d'optique professionnelle et les groupes de recherche importants vérifient leurs miroirs avec des interféromètres. Un Ritchey-Chrétien ne demande donc pas d'équipement supplémentaire, pour un large gain en performances.

Liste partielle de grands télescopes Ritchey-Chrétien

• Les deux télescopes de 10 m de l'observatoire Keck
• Les quatre télescopes de 8,2 m du Very Large Telescope au Chili
• Les deux télescopes de 8 m de l'observatoire Gemini
• Le Gran Telescopio Canarias de 10,4 m à l'observatoire du Roque de los Muchachos
• Le télescope Subaru de 8,2 m à l'observatoire du Mauna Kea
• Le télescope spatial Hubble de 2,4 m actuellement en orbite autour de la Terre
• Le télescope spatial Herschel infrarouge de 3,5 m

Ritchey proposa que le télescope Hale de 200 pouces (5 m) du Mont Palomar soit un Ritchey-Chrétien. Sa conception aurait fourni des images plus nettes sur un champ d'observation plus large. Mais Richtey et Hale se brouillèrent. Hale refusa d'adopter la nouvelle conception avec ses courbures complexes et Ritchey quitta le projet (étant donnés les grands délais de construction, Hale pouvait être pardonné d'avoir voulu éviter un risque). La proposition de Ritchey sera plus tard validée, car le télescope Hale fut le dernier télescope de grande taille à posséder un miroir primaire parabolique.

Notre sélection de Télescopes Cassegrain

Maksutov Cassegrain

Schmidt Cassegrain

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- Sources de l'article : http://fr.wikipedia.org/wiki/Télescope_de_type_Cassegrain
http://fr.wikipedia.org/wiki/Télescope_de_type_Schmidt-Cassegrain
http://fr.wikipedia.org/wiki/Télescope_Ritchey-Chrétien

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