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Les filtres d'astronomie Filtrer certaines longueurs d'onde pour l'étude planétaire et/ou stellaire

En astronomie, en CCD et en visuel, les planètes du système solaire mais également les objets stellaires sont très souvent peu contrastés et percevoir leurs détails de surface ou leurs structures n'est pas facile, il faut recourir à des "artifices".

Les filtres font partie de ces artifices, très utiles et très souvent utilisés. La lumière visible se définie sous une composante unie qui est la lumière blanche. Cette lumière blanche est cependant composée de différentes longueurs d'onde qui est le spectre, mis en évidence par Isaac NEWTON au 18ème siècle avec l'emploi d'un prisme ou par le beau phénomène de la nature qu'est l'arc en ciel. En fonction du domaine d'application, nous allons découvrir ensemble le pouvoir de chaque couleur ou de certains filtres neutres couramment utilisés.

Certains filtres permettent d'explorer au delà du visible dans les infrarouges, les ultraviolets en n'utilisant plus l'oeil comme détecteur mais le capteur CCD d'une caméra vidéo dont le spectre de détection est bien plus large que la perception humaine ou bien d'isoler des fréquences étroites très spécifiques du visible comme l'h-alpha, l'oxygen III,...etc . Tant qu'à faire de devoir mettre mon site à jour en actualisant notamment mes exposés, il m'est apparu important en 2012 d'effectuer une grande analyse sur un nombre important des longueurs d'onde sous la forme de filtres disponibles pour l'observation astronomique d'un amateur.


Longueurs d'onde électromagnétiques pour le planétaire et le stellaire

En analysant beaucoup d'images d'amateurs avertis, le spectre de détection en incluant lumière visible et domaine de l'invisible pour un amateur semble s'étendre de 365 nm (proche UV) à 1000 nm (IR). Le spectre courant de travail d'un amateur n'est toutefois pas si large et se limite bien souvent strictement à la lumière visible entre 400 nm et 700 nm. Ce sont les fréquences auxquelles notre oeil est sensible.

Pour le planétaire, on travaillera avec des filtres de couleur basiques à bande très large pour le visible ou bien des filtres interférenciels centrés sur des fréquences de l'IR ou l'UV. Pour le stellaire et surtout les nébuleuses, on pourra se concentrer sur trois fréquences très étroites du monde visible :

  • L'hydrogène ionisé, H-Alpha, élément le plus répandu dans l'Univers rayonnant dans le visible autour de 656 nm.
  • Le H-Bêta rayonnant sur 486.1 nm dans une fenêtre de 12 nm.
  • L'Oxygen-III, l'Oxygène triplement ionisé, rayonnant sur la bande des 496nm-501nm.

Si on souhaite être encore plus précis, on trouve aussi les fréquences de la raie NII à 658,4 nm sur seulement 3 nm et de la raie SII à environ 670 nm sur 13 nm.

La fréquence d'émission des comètes est le CII, deux raies du visible émettant à 511 et 514 nm. Ce sont les molécules C2 contenues dans la tête des comètes.


Filtres de couleur, neutres ou spéciaux pour l'observation visuelle

Chaque filtre de couleur permet de sélectionner une longueur d'onde particulière dans le spectre lumineux pour l'exploration visuelle. Toutefois, ils ne sont pas dichroïques ce qui rend leur utilisation en CCD sous réserve. Chaque planète est sensible à ce genre de sélection, d'une manière plus ou moins sensible, en fonction de la couleur isolée. Il faut toutefois dissocier d'autres filtres de nature neutre manisfestant des pouvoirs intéressants en imagerie planétaire.

Les numéros sont leur dénomination officielle selon le standard WRATTEN KODAK.

Filtre JAUNE

N°12
Mise en valeur des formes lunaires. Mise en valeur des formes oranges et rouges des bandes et des zones de Jupiter.Réduction de la lumière provenant des zones bleues et vertes qui assombrit les mers, les marques d'oasis et de canal et éclaire les régions désertiques orangées (MARS). Mise en valeur globale des formes de Saturne.

Filtre ORANGE

N°21
Hausse importante du contraste sur la Lune (couleur idéale). Amélioration de la perception des guirlandes et des regions polaires sur Jupiter. Même effet sur Mars que le jaune, en plus forte intensité. Il améliore la structure des anneaux et des régions polaires sur Saturne.

Filtre BLEU

N°38 A
Utile pour la Grande Tache Rouge de Jupiter. Augmentation du contraste sur les détails de surface (Mars). Amélioration sur Saturne du contraste des détails entre les anneaux et les zones. Mise en valeur des taches sombres sur Vénus. Observation des queues de gaz lumineuses des comètes.

Filtre ROUGE

N°25
Idéal pour l'étude des nuages bleus de Jupiter. Idéal également pour l'étude des planètes inférieures, Mercure et Vénus, qui ne sont presque jamais observables dans un ciel noir. Idéal sur Mars, pour l'observation assidue des détails de surface. Filtre idéal pour l'imagerie CCD N&B.

Filtre VERT

N°58
Idéal sur la Lune. Augmentation de la visibilité de la Grande Tache Rouge de Jupiter.

Filtre POLARISANT

Filtre neutre - C 1158
Réduction de l'irradiation et de l'éclat. Idéal sur les planètes et les étoiles doubles.
Les filtres ci-dessous pour le visuel sont quant à eux dichroïques ce qui leur permet d'isoler une fréquence bien particulière pour le stellaire. Toutefois, leur très faible transmission les rend uniquement utilisables avec des télescopes d'au moins 250mm d'ouverture.

Filtre H-Alpha
Filtre le plus couramment utilisé en ciel profond. Il permet d'isoler la raie rouge de l'hydrogène ionisé dans laquelle émettent majoritairement les nébuleuses gazeuses comme NGC 7000 (North América du Cygne), les célèbres dentelles du Cygne et toute nébuleuse gazeuse de la voie lactée.

Filtre H-Bêta
Filtre complémentaire au H-Alpha permettant d'isoler la raie bleu de l'hydrogène ionisé dans laquelle émettent majoritairement les nébuleuses gazeuses comme NGC 7000 (North América du Cygne), les célèbres dentelles du Cygne et toute nébuleuse gazeuse de la voie lactée.

Filtre Oxygen-III
Filtre permettant d'isoler la raie bleu-vert de l'oxygène triplement ionisé dans laquelle émettent majoritairement les nébuleuses planétaires comme M57, M27,etc...

Filtre CII
Filtre destiné à la détection des comètes. Il permet d'isoler l'émission des molécules C2 situées principalement dans le noyau des comètes.


Filtres spéciaux et photographiques pour la CCD

Tous les filtres pour la CCD sont dichroïques. Ceci signifie que ces filtres sont capables d'isoler très précisément la fréquence de chaque couleur contrairement à un filtre ordinaire comme les WRATTEN KODAK employés pour une simple exploration visuelle ne bloquant pas les fréquences aux extrémités du visible. Ces filtres sont nativement opaques aux infrarouges afin que ceux-ci ne viennent pas polluer les images (le capteur CCD est très sensible à l'IR).

Globalement, ces filtres se destinant à la photographie, leur niveau de fabrication est également très souvent bien supérieur.

Les filtres listés ci-dessous sont des pièces exclusivement utilisables en CCD concernant les fréquences situées sur les extrémités immédiates du visible occupées par l'UV (365 à 400 nm) et l'IR (700 à 1000 nm) ou permettant de les couper très efficacement afin d'isoler le visible :

L'infrarouge
Filtres d'isolation de l'IR existants en fréquences 630 nm+, 700 nm+, 780 nm+, 800 nm+ et 1000 nm.

L'ultraviolet
Filtre d'isolation de l'UV existant pour la fréquence de 365 nm.

L'UV/IR cut
Filtre coupant toutes les fréquences des infrarouges et ultraviolets pour ne laisser que la lumière visible atteindre le capteur de la caméra CCD. Il peut être considéré comme un filtre L (Luminance).

Arnaud FIOCRET © 2003 (2012)

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