Lunette astronomique

Physique – Optique

En résumé

Une lunette astronomique permet d’observer des objets très éloignés en augmentant leur angle apparent. Elle est constituée de deux systèmes optiques convergents : l’objectif, qui forme une image intermédiaire, et l’oculaire, qui permet d’observer cette image comme à travers une loupe.

Ce qu’il faut savoir faire

• Décrire la constitution d’une lunette astronomique.
• Modéliser l’objectif et l’oculaire par deux lentilles minces convergentes.
• Identifier une lunette afocale et la condition F′₁ = F₂.
• Construire le faisceau traversant une lunette afocale.
• Expliquer le rôle de l’image intermédiaire A₁B₁.
• Utiliser le grossissement G = θ′/θ.
• Établir et exploiter la relation G = f′₁/f′₂ en valeur absolue.
• Interpréter l’intérêt d’un objectif de grande focale et d’un oculaire de petite focale.

1. Vu en 1re : la lentille mince convergente

Une lentille mince convergente dévie les rayons lumineux. Elle possède un centre optique O, un foyer objet F et un foyer image F′. Trois rayons sont particulièrement utiles pour construire une image :

• un rayon passant par le centre optique n’est pas dévié ;
• un rayon incident parallèle à l’axe optique émerge en passant par F′ ;
• un rayon passant par F émerge parallèle à l’axe optique.

2. La lunette astronomique

a. Constitution

Une lunette astronomique permet d’observer des objets lointains : planètes, étoiles, galaxies ou reliefs lointains. Elle comporte deux systèmes optiques convergents :

• l’objectif, placé du côté de l’objet observé ;
• l’oculaire, placé du côté de l’œil de l’observateur.

b. Modélisation

L’objectif et l’oculaire sont modélisés par deux lentilles minces convergentes. L’objectif a généralement une distance focale plus grande que celle de l’oculaire.

3. La lunette astronomique afocale

Une lunette est dite afocale lorsqu’un faisceau incident parallèle émerge également parallèle. Cela permet à l’œil d’observer sans accommodation, comme si l’image finale était située à l’infini.

La distance entre l’objectif et l’oculaire vaut alors :

4. Construction du faisceau traversant une lunette afocale

On considère un point objet B infiniment éloigné. Les rayons issus de B arrivent parallèles sur l’objectif.

Étape 1 : formation de l’image intermédiaire

L’objectif forme une image intermédiaire A₁B₁ dans son plan focal image. Comme l’objet est à l’infini, les rayons parallèles convergent en un point du plan focal image de l’objectif.

Étape 2 : rôle de l’oculaire

L’oculaire reçoit cette image intermédiaire dans son plan focal objet. Il donne alors un faisceau émergent parallèle : l’image finale est à l’infini.

5. Le grossissement d’une lunette afocale

Le grossissement d’une lunette astronomique compare l’angle apparent sous lequel l’image est vue à travers la lunette et l’angle apparent sous lequel l’objet serait vu à l’œil nu.

Dans le cas d’une lunette afocale, en valeur absolue :

Interprétation

Pour obtenir un grossissement important, il faut :

• un objectif de grande distance focale f′₁ ;
• un oculaire de petite distance focale f′₂.

Le grossissement algébrique peut être négatif selon les conventions de signes : cela traduit le fait que l’image finale est renversée par rapport à l’objet.

Mots-clés à connaître

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Carte mentale de synthèse

Méthode express

Phrase modèle :
La lunette est afocale car le foyer image de l’objectif est confondu avec le foyer objet de l’oculaire. Un faisceau incident parallèle ressort donc parallèle, ce qui permet une observation sans accommodation.

Erreurs fréquentes

QCM interactif

Clique sur une réponse : la case devient verte si c’est juste, rouge si c’est faux.

Une lunette astronomique afocale transforme un faisceau incident parallèle en faisceau émergent parallèle tout en augmentant l’angle apparent de l’objet observé.