Comprendre les pics de diffraction et leurs impacts en astrophotographie

Les étoiles semblent avoir des pics lorsqu'on les regarde, n'est-ce pas ? Dès notre plus jeune âge, nous sommes habitués à les voir représentées avec ces rayons acérés sortant de leur corps, et nous les dessinons même ainsi !

Mais saviez-vous que ces pics sont en fait des artefacts optiques causés par la diffraction et qu'ils sont généralement associés aux télescopes réflecteurs ? À l'œil nu ou à travers d'autres types de télescopes, comme les réfracteurs, les étoiles apparaissent comme des points lumineux, sans pics !

Certains astrophotographes considèrent les pics de diffraction comme un élément artistique qui ajoute du caractère à leurs images, tandis que d’autres les considèrent comme une distraction indésirable et s’efforcent de les éviter.

Dans cet article de blog, nous explorerons les causes des pics de diffraction, les facteurs qui influencent leur apparence et quelques conseils pour obtenir des pics nets et bien définis.

L'origine des pics de diffraction

La diffraction, phénomène de propagation d'ondes lorsqu'elles traversent une ouverture ou contournent des obstacles, joue un rôle crucial dans la formation des images d'étoiles que nous observons à travers les télescopes. Idéalement, notre vue devrait être dégagée, mais parfois l'obstacle se trouve à l'intérieur même du télescope ! C'est le cas des télescopes newtoniens, où le miroir secondaire et ses ailettes de support, appelées ailettes araignées, sont situés sur le trajet optique.

En raison de leur position, les ailettes de l'araignée créent un effet de diffraction connu sous le nom de pics de diffraction, et chaque ailette produit une paire de pics perpendiculaires à son orientation. Plus l'étoile est brillante, plus ces pics apparaissent proéminents, avec l'épaisseur des ailettes influençant la largeur et le contraste des pics.

Dans d'autres cas, des pics de diffraction peuvent être produits par des obstacles provenant de l'environnement. Par exemple, lors d'une prise de vue, vous pouvez par inadvertance photographier avec un câble téléphonique ou une ligne de transmission électrique qui traverse le champ de vision. Toute obstruction peut diffracter la lumière et produire des pics !

Il est également important de noter que la forme de l'ouverture du télescope affecte le modèle de diffraction. Dans les télescopes à ouverture circulaire, comme tous les télescopes disponibles dans le commerce, la lumière se diffracte en un disque d'Airy, qui se présente comme une étoile ronde. D'autre part, le télescope spatial James Webb (JWST) utilise des miroirs hexagonaux ainsi que trois supports pour son miroir secondaire, tous deux contribuant à des modèles de diffraction distinctifs dans les images d'étoiles.

Si beaucoup d'entre nous se sont habitués à voir des pics de diffraction sur les images d'étoiles depuis l'enfance, les avis des astrophotographes sont partagés. Certains les détestent car ils peuvent nuire à la clarté de l'image, tandis que d'autres les aiment tellement qu'ils recréent ces effets avec des télescopes comme des réfracteurs, qui ne les produisent pas naturellement. Cela peut être réalisé en ajoutant une araignée imprimée en 3D ou en étirant deux brins de fil de pêche sur l'avant du télescope. Alternativement, des pics peuvent être ajoutés dans certains logiciels de traitement d'images.

Variations des pics de diffraction selon les conceptions de télescopes

Nous avons déjà noté que chaque ailette génère une paire de pics de diffraction. Cependant, dans les réflecteurs newtoniens, qui utilisent généralement quatre ailettes, nous n'observons que quatre pics dans les images d'étoiles. Cette apparente différence est due au chevauchement des pics. Plus précisément, chaque ailette horizontale de ces télescopes produit un pic vertical au-dessus et au-dessous de l'étoile. Par conséquent, les deux pics du haut se chevauchent pour former un seul pic plus brillant, et le même phénomène se produit avec les deux pics du bas. Le même principe s'applique aux ailettes verticales, qui produisent chacune une paire de pics horizontaux. Ainsi, bien que chaque ailette génère deux pics, le chevauchement fait que seuls quatre pics distincts sont visibles.

Contrairement aux réflecteurs newtoniens à quatre ailettes, ceux qui utilisent trois ailettes produisent un résultat visuel différent. Avec trois ailettes, chaque ailette produit toujours une paire de pics de diffraction, ce qui donne six pics distincts au total. La disposition des ailettes dans une formation triangulaire signifie qu'il n'y a pas de chevauchement similaire à ce qui se produit dans les configurations à quatre ailettes. Par conséquent, chacune des six pointes produites par les trois ailettes reste visible et séparée, créant un motif symétrique à six pointes autour des étoiles brillantes.

Dans le cas du télescope spatial James Webb (JWST), les pics de diffraction observés dans ses images résultent de deux caractéristiques structurelles distinctes. Tout d'abord, les segments hexagonaux du miroir primaire produisent six pics proéminents. De plus, les trois supports du miroir secondaire génèrent six pics plus petits. En raison d'un certain chevauchement dans ces configurations, les images capturées par le JWST affichent généralement huit pics de diffraction. Six d'entre eux sont plus brillants et résultent des effets de chevauchement de la géométrie du miroir primaire et des supports du miroir secondaire. Les deux autres sont uniquement attribués aux supports secondaires. Ce chevauchement et cette interaction entre différents éléments structurels créent une signature visuelle unique dans les observations du télescope.

Maximiser la qualité des pics de diffraction

Pour obtenir des pics de diffraction nets et symétriques, il est essentiel que les ailettes de votre télescope soient parfaitement alignées et droites. Même des imperfections mineures, telles que de légères courbures, des torsions ou des désalignements, peuvent altérer considérablement l'apparence des pics. Un exemple de cela peut être vu dans l'image ci-dessous, prise avec un Sky-Watcher Quattro 150P, où les ailettes étaient légèrement pliées. Assurez-vous que vos ailettes sont bien serrées pour maintenir un alignement correct. Certains fabricants de télescopes utilisent des araignées solides fabriquées à partir d'une seule pièce d'aluminium. Cette construction solide empêche les ailettes de se plier, améliorant ainsi la durabilité et la stabilité du miroir secondaire. De telles améliorations sont particulièrement bénéfiques pour l'astrophotographie, car elles garantissent que les pics de diffraction restent nets et bien définis au fil du temps, permettant aux astrophotographes de se concentrer sur la capture de bonnes images sans se soucier des imperfections mécaniques.

De plus, d'autres éléments présents sur le trajet optique, comme les clips de miroir, peuvent introduire des artefacts indésirables ou des reflets en forme de pics autour des étoiles brillantes. De nombreux astrophotographes résolvent ce problème en utilisant un masque d'ouverture. Ce dispositif est un anneau circulaire, légèrement plus petit que le miroir du télescope, conçu pour masquer tous les composants susceptibles de perturber le trajet de la lumière, comme les clips.

Enfin, lors de séances d'astrophotographie sur plusieurs nuits, il est crucial de maintenir l'orientation de votre télescope dans ses tubes. La rotation du télescope entre les séances entraînera un désalignement des pics de diffraction d'une nuit à l'autre. Ce désalignement conduit à des images où les étoiles apparaissent avec un nombre excessif de pics, ce qui gâchera vos images. Garder le télescope fixe dans la même position garantit que les pics de diffraction produits sont uniformes d'une nuit à l'autre, préservant ainsi la qualité de vos captures.