Quel diaphragme / filtre pour obtenir des branches fines aux "étoiles"...

[jaric]

Non, la seule étoile qui a un diamètre apparent (30') est le soleil. La plus proche est ensuite à 4,5 AL, alors pour voir autre chose qu'un point, même avec le plus puissant téléscope ...

Les seuls objets célestes en dehors de notre système qui sont visibles sous forme de disques (de nébuleuses en fait) sont les galaxies.

[seba]

Est-ce qu'à l'inverse il y a des étoiles assez proches et grosses  (indépendamment de la luminosité)
pour qu'on puisse observer un disque comme pour le soleil avec du matériel amateur (capable d'observer les planètes par exemple) ?

Du matériel amateur non, pour les étoiles je crois qu'il n'y a que Bételgeuse dont on a pu voir vaguement la surface.

[seba]

Contraste si tu veux, mais dans la pratique, la magnitude des étoiles observables est proportionnelle au diamètre du téléscope (rappel : plus la luminosité apparente d'une étoile est faible, plus sa magnitude est élevée en chiffre).

Oui mais quand on augmente le grossissement, le fond du ciel devient plus sombre.
Par exemple, on peut paraît-il voir Sirius en plein jour avec un télescope et un fort grossissement, car le ciel s'assombrit. Par exemple avec un télescope diam.60mm et un grossissement de 150x, l'étoile est 144x plus lumineuse et le ciel est 156x moins lumineux qu'à l'oeil nu (pupille 5mm).

[seba]

PS: donc du coup un téléscope plus lumineux aura aussi un meilleur contraste (indépendamment de la diffraction) sur les objets très petits ?

Le contraste entre les étoiles et le ciel va dépendre du ciamètre du télescope (ou de l'objectif) et du rapport f/D.
Par exemple ici le diamètre est le même (70mm ouvert à 4 et 210mm ouvert à 13), on voit le même nombre d'étoiles mais le ciel est plus foncé dans le deuxième cas. Donc contraste augmenté.
Les étoiles ont l'air plus fines à gauche mais c'est parce que l'image est moins agrandie.

[seba]

Ici l'ouverture est la même (70mm ouvert à 5,6 et 210mm ouvert à 5,6), le ciel a la même luminosité mais on voit plus d'étoiles dans le deuxième cas. On peut dire que le contraste est aussi augmenté.
Je fais toutes ces photos autour de la polaire car comme je ne fais pas de suivi, on est moins gêné par le filé des étoiles.

[FroggySeven]

Non, la seule étoile qui a un diamètre apparent (30') est le soleil. La plus proche est ensuite à 4,5 AL, alors pour voir autre chose qu'un point, même avec le plus puissant téléscope ...

Petite recherche... seba a bonne mémoire :  effectivement, même si elle est situé encore plus loin, à 500 AL, grâce à son diamètre 1000 fois plus gros que le soleil,
Beltégeuse a pu être "photographiée" sous la forme d'un disque... mais effectivement avec du matériel pas vraiment amateur

Hubble en 1996 (pour le coup ça ne saute pas au yeux la différence avec une photo classique "ponctuelle qui bave")

[FroggySeven]

2005 : observatoire mont Hopkins+équipe française....   Elle est fabuleuse... Mais "elle" n'est pas vraiment une photo (image reconstituée par interférométrie)

[FroggySeven]

2009 : Very Large Telescope (moins "belle"  mais montrant son "atmosphère")

[jaric]

Du matériel amateur non, pour les étoiles je crois qu'il n'y a que Bételgeuse dont on a pu voir vaguement la surface.

Ce n'est pas la surface de l'étoile à proprement dit, et son diamètre angulaire est celui de sa photosphère (bon, on peut toujours discuter de l'endroit où est sa surface et où commence son atmosphère...).
Ci-après un extrait de Wikipedia US :
Studies since 1990 have produced an angular diameter (apparent size) ranging from 0.043 to 0.056 arcseconds, an incongruity largely caused by the star's tendency to periodically change shape. Due to limb darkening, variability, and angular diameters that vary with wavelength, many of the star's properties are not yet known with any certainty. Adding to these challenges, the surface of Betelgeuse is obscured by a complex, asymmetric envelope roughly 250 times the size of the star, caused by colossal mass loss.
Et belle démonstration sur le fond du ciel et le contraste vs. diamètre/grossissement du téléscope 

[seba]

Voici l'idée : l'étoile éclaire la pupille d'entrée de l'objectif (disons la lentille si c'était une lentille simple), on défocalise l'image et du coup la petite pseudo-image qu'on voit (un cercle qui serait un point si l'image était focalisée) est représentative de l'éclairement de la pupille d'entrée.
Si l'éclairement de la pupille d'entrée n'est pas homogène, ça se retrouvera dans cette pseudo-image.
On règle la défocalisation pour avoir un diamètre compatible avec le temps de pose désiré (plus le diamètre augmente, plus l'image est sombre).

[seba]

Mes paramètres pour cette série d'images : objectif 200mm ouvert à 4, diamètre de l'image 0,9mm, 6400 ISO , temps de pose 1/10s , balance des blancs lumière du jour.
L'étoile c'est Rigel.
Avec un diamètre de 0,9mm, l'éclairement au niveau du capteur est environ 3000x plus élevé que l'éclairement qui arrive sur l'objectif. Ce qui permet d'avoir un temps de pose assez court pour « geler » les fluctuations.
Il y a peut-être 1 à 2 secondes d'une image à l'autre.
On voit très bien les fluctuations de l'éclairement, responsables de la scintillation pour une petite pupille. Sachant que la pupille fait 50mm de diamètre (200/4), on peut voir que les tailles des hétérogénéités sont de l'ordre de 1cm ou 2cm. Pour une pupille de quelques cm de diamètre, pas de scintillement car en moyenne l'éclairement est assez stable.
Ces fluctuations seraient très faciles à filmer, on les voit aussi en regardant dans un télescope sur une image défocalisée (mais les changements sont très rapides).
Je trouve ça assez étonnant que des turbulences à haute altitude puissent générer des fluctuations d'aussi petite taille.
On voit aussi des changements de couleurs, effectivement à l'œil nu on remarque diverses couleurs lors de la scintillation.

[seba]

Voilà Sirius.
Mes paramètres pour cette série d'images : objectif 640mm ouvert à 9, diamètre de l'image 0,85mm, 6400 ISO , temps de pose 1/25s, balance des blancs lumière du jour.
Avec un diamètre de 0,85mm, l'éclairement au niveau du capteur est environ 7200x plus élevé que l'éclairement qui arrive sur l'objectif.
Les images sont prises en rafale.
Images beaucoup plus colorées que pour Rigel, ça doit venir de la température de la surface des étoiles (9900K pour Sirius et 11000K pour Rigel).
Là aussi, je trouve étonnant que des turbulences à haute altitude génèrent d'aussi petites structures.

[FroggySeven]

C'est la bonne surprise ces couleurs et surtout ces formes    !!!

1/25 c'est parfait pour filmer. Dommage que ton appareil ne filme pas. Un  bête bridge avec un équivalent de 600mm ou plus pourrait faire l'affaire, non ?

[seba]

1/25 c'est parfait pour filmer. Dommage que ton appareil ne filme pas. Un  bête bridge avec un équivalent de 600mm ou plus pourrait faire l'affaire, non ?

La distance focale n'a pas d'importance, l'image résulte du diamètre de l'objectif et de la défocalisation.
Vu la taille des fluctuations, je dirais qu'il faut un diamètre d'au moins 5cm, sinon ce n'est pas très intéressant. A mon avis 10cm à 15cm ce serait parfait.
Je pense que filmer n'est pas un problème mais il faudrait un ralenti (disons 100 images/s), ça bouge très vite.

[FroggySeven]

La distance focale n'a pas d'importance, l'image résulte du diamètre de l'objectif et de la défocalisation.

Autant pour moi : c'est nouveau cette histoire pour moi, et j'ai du mal à ne pas revenir à "l'ancien raisonnement".

ça commence à faire pas mal en matériel photo et non astro un diaphragme de 10 ou 15cm 

ça bouge vite : on arrive quand même à voir des structures très complexes... ça serait encore plus fouillé au 1/100 ?

[seba]

Autant pour moi : c'est nouveau cette histoire pour moi, et j'ai du mal à ne pas revenir à "l'ancien raisonnement".

ça commence à faire pas mal en matériel photo et non astro un diaphragme de 10 ou 15cm 

ça bouge vite : on arrive quand même à voir des structures très complexes... ça serait encore plus fouillé au 1/100 ?

Un diamètre de 10cm à 15cm c'est encore accessible pour un télescope amateur.
Oui je pense qu'il y a encore du bougé et que ce serait plus précis au 1/100s.

[PierreT]

Bonsoir,

Tout ceci est très intéressant.

...
Là aussi, je trouve étonnant que des turbulences à haute altitude génèrent d'aussi petites structures.

Les turbulences responsables des variations "moyennes" d'éclairement de la tache, et les turbulences responsables des motifs plus structurées visibles sur la tache ne sont probablement pas situées à la même distance. Si les premières sont sûrement localisées dans la haute atmosphère, les secondes sont vraisemblablement beaucoup plus proches (je dirais près du plan de mise au point, si la défocalisation est réalisées par allongement du tirage). Il serait intéressant de réaliser la même manip en défocalisant par raccourcissement du tirage (c'est possible sur de nombreux téléobjectifs) pour voir si les petits motifs structurés restent visibles de la même manière...

[seba]

Les turbulences responsables des variations "moyennes" d'éclairement de la tache, et les turbulences responsables des motifs plus structurées visibles sur la tache ne sont probablement pas situées à la même distance. Si les premières sont sûrement localisées dans la haute atmosphère, les secondes sont vraisemblablement beaucoup plus proches (je dirais près du plan de mise au point, si la défocalisation est réalisées par allongement du tirage). Il serait intéressant de réaliser la même manip en défocalisant par raccourcissement du tirage (c'est possible sur de nombreux téléobjectifs) pour voir si les petits motifs structurés restent visibles de la même manière...

Je ne pense pas, non.
La scintillation des étoiles et les motifs structurés ont à mon avis la même origine, c'est bien parce que les motifs sont structurés que les étoiles scintillent pour une petite pupille. Et la scintillation s'explique par des turbulences atmosphériques à haute altitude, d'après la littérature.
La turbulence atmosphérique a des effets à différentes échelles, qui font que selon le diamètre de la pupille on constate de la scintillation, de l'agitation ou un étalement.

[seba]

Mais je ferai la manip en intra-focal.

[seba]

D'après ce que je comprends, ce sont au final bien les interférences qui causent ces fluctuations d'éclairement.

The observational effects of Scintillation have been well documented. High altitude turbulence in the atmosphere distorts the plane wavefronts of light from a star, which is effectively at infinity. As the wavefronts propagate, these phase aberrations evolve into intensity variations. As the turbulent layer is blown across the field of view these "flying shadows" or intensity fluctuations move across the ground which we view with the naked eye as twinkling. Wavefronts incident on a telescope pupil have both phase variations, caused by the integrated effect of light passing though the whole vertical depth of the atmosphere, and intensity variations, caused predominantly by the light diffracting through high altitude turbulence and interfering at the ground. Example simulated spatial intensity fluctuations are shown in figure 2.11.

Sur cette image (simulation), l'échelle des fluctuations d'intensité correspond bien à ce que j'ai photographié. En plus j'ai ces changements de couleurs, ça doit être très joli si on filmait.

[FroggySeven]

toujours facile à dire après coup mais :

ça pourrait expliquer la contrainte étonnamment forte sur le diamètre maximal du diaphragme.

si c'était uniquement dû à des fluctuations de réfraction, on observerait peut-être moins de modification de grande amplitude (donc avec un grand diaphragme),
mais on en observerait quand même de temps en temps...

idée : on ne pourrait pas en avoir le coeur net tout bêtement en utilisant un filtre rouge passe IR, et un filtre bleu,
         et voir si on a un ratio de 1 à 2 dans la taille des motifs

[astrophoto]

idée : on ne pourrait pas en avoir le coeur net tout bêtement en utilisant un filtre rouge passe IR, et un filtre bleu,
        et voir si on a un ratio de 1 à 2 dans la taille des motifs

intéressant de voir ici un sujet sur la turbulence, phénomène contre lequel les astronomes se battent (presque) tous les jours  
Phénomène largement imprévisible, d'amplitude et de comportement très variable, pouvant se manifester à diverses altitudes (niveau du sol, jet stream...).
Quand on défocalise en extra-focal (on éloigne le capteur du foyer des objets à l'infini), on trouve souvent une position sur laquelle les "vagues" de turbulence deviennent plus nettes : on a focalisé sur la couche atmosphérique turbulente principale (à partir du décalage de foyer par rapport à l'infini, un calcul simple permet d'ailleurs de retrouver la distance de cette couche à l'observateur).

Quand le disque stellaire défocalisé montre des vagues qui bougent lentement, c'est de la turbulence interne à l'instrument (quelques degrés d'écart suffisent entre l'intérieur et l'extérieur).

Fried, un physicien qui a travaillé sur la turbulence, a établi que r0 était proportionnel à la longueur d'onde à la puissance 6/5.
r0, pour faire simple, c'est le diamètre de cohérence, c'est à dire la taille des cellules de front d'onde lumineuse dont on peut considérer qu'elles sont pas ou peu affectées par la turbulence (dit autrement : une tranche de front d'onde de diamètre r0 reste à peu près plate). Exemple : quand r0 vaut 100mm dans le vert (cas typique dans un très bon site d'observation), il vaut environ 80mm dans le bleu et 122mm dans le rouge (rapport des longueurs d'onde à la puissance 6/5). Donc, à diamètre instrumental égal, la turbulence est moins sensible dans le rouge (et a fortiori dans l'IR) que dans le bleu, et les "vagues" de turbulence y sont plus grandes.

[FroggySeven]

Merci pour ces explications  

Donc si c'est quasi proportionnel à la longueur d'onde, c'est que le phénomène n'est pas du domaine de la simple variation de réfraction,
mais qu'il engendre ensuite des interférences ?

[seba]

Quelques photos de Sirius. La scintillation est forte.
Ici avec moins de défocalisation et temps de pose plus court.

[seba]

Un peu plus de défocalisation.