Développements au cours du 20ème siècle

Jusqu'à la fin du 19è siècle, les télescopes étaient soit exclusivement pourvus de lentilles, soit de miroirs. Au 20è siècle, la mise au point de télescopes catadioptriques, combinant en même temps lentilles et miroirs, a largement contribué à l'essor de la photographie astronomique. En effet, peu après l'avènement de la photographie en Astronomie, les opticiens réalisèrent qu'il était impossible de construire un système purement réfracteur ou réflecteur bénéficiant à la fois d'un grand diamètre et d'une longueur focale compatibles avec un vaste champ utile. Les télescopes à miroirs souffraient d' aberrations hors de l'axe (coma, courbure de champ) qui limitaient leur couverture angulaire. Les systèmes à lentilles, quant à eux, bien que capables de couvrir de grands champs, voyaient leurs performances limitées par les aberrations chromatiques si leur diamètre était important ou s'ils étaient pourvus d'une courte focale.

Vers 1930, Bernhard Schmidt, un opticien Allemand, mit au point la première chambre photographique catadioptrique, aujourd'hui nommée chambre de Schmidt. Il utilisa un grand miroir sphérique avec une lentille correctrice placée au centre de courbure du miroir. De cette manière, il associa au grand pouvoir collecteur inhérent aux télescopes réflecteurs une lentille frontale mince possédant un profil particulier, dit asphérique, qui corrigeait sur une large partie du champ les aberrations induites par le miroir primaire sphérique (aberrations de sphéricité, coma, courbure de champ). L'invention de Schmidt offrit aux astronomes la combinaison inespérée d'une grande ouverture, et d'un vaste champ utile, leur permettant ainsi de couvrir de grandes régions du ciel au cours d'une seule pose photographique. En dépit de leurs performances, les chambres de Schmidt ont plusieurs inconvénients. Le principal désagrément de ces chambres photographiques réside dans le fait que le plan focal image demeure localisé entre le correcteur et le miroir, à l'intérieur du système. En d'autres termes, le montage de la plaque photographique est assez délicat : celle-ci doit être disposée à l'intérieur du tube optique sur un support dont la surface incurvée compense la courbure de champ de l'instrument. En outre, ce système n'est pas adapté à l'observation d'objets de petites tailles et à faibles contrastes (par ex : planètes) en raison de la forte obstruction centrale imposée par la présence d'un miroir secondaire de grand diamètre.

Bernard Schmidt

Bernard Schmidt au travail dans son atelier d'optique à Bergedorf (Allemagne)

A la même époque, les concepteurs créèrent des télescopes encore plus compacts. Un des designs compacts les plus connus est le télescope de type Schmidt-Cassegrain. Le correcteur est plus proche du miroir primaire que dans le cas de la chambre de Schmidt, et un petit miroir secondaire Cassegrain, disposé devant le primaire, forme une image à l'arrière. En 1962, Ronald R. Willey, Jr. montra qu'un Schmidt-Cassegrain compact pouvait produire d'excellentes images à la fois en dehors et sur l'axe optique. Encouragé par cette étude, Tom Johnson commença la construction industrielle d'un Schmidt-Cassegrain de 203 mm et à f/10 nommé le Celestron. Cet instrument, dont le concept fut repris par plusieurs fabricants, est aujourd'hui extrêmement répandu dans le milieu des astronomes amateurs en raison de son rapport encombrement/performances avantageux.

Le Celestron 8 est l'un des télescopes les plus populaires au monde en raison de sa compacité.

De performances équivalentes au Celestron 8, cette lunette astronomique est beaucoup plus encombrante !

Deux télescopes de type Schmidt-Cassegrain de 300 mm de diamètre utilisés par les astronomes amateurs. Les deux instruments sont diposés sur des montures équatoriales (monture équatoriale allemande pour le télescope de gauche et monture équatoriale à fourche pour le télescope de droite).

Au cours des années 50, les difficultés inhérentes à la fabrication de lentilles correctrices de Schmidt incitèrent les concepteurs à considérer d'autres types de combinaisons optiques plus facilement réalisables sur le plan industriel. Dimitri Maksutov découvrit qu'une lentille de type ménisque épais pouvait produire les mêmes corrections optiques qu'une lentille de Schmidt. Les systèmes Maksutov - incluant les chambres Maksutov et les télescopes Maksutov-Cassegrain - sont aujourd'hui répandus chez les fabricants de télescopes pour amateurs. Néanmoins, la plupart des systèmes réflecteurs et catadioptriques ont une forte obstruction centrale crée par le miroir secondaire. Différentes expériences ont pu montrer que l' obstruction centrale diminuait simultanément le contraste et la netteté de l'image. Ces effets sont spécialement prononcés pour des objets faiblement contrastés, ce qui est généralement le cas pour les surfaces planétaires. D'un autre côté, les réfracteurs, bien que non obstrués, souffrent d' aberrations chromatiques résiduelle. Une autre catégorie de télescopes, nommés Schiefspieglers, fut alors conçue par Anton Kutter. Ces instruments, de types réflecteurs, étaient non obstrués et dépourvus d' aberrations chromatiques chromatiques.

Télescope Maksutov-Cassegrain de 250 mm de diamètre

Anton Kutter (1903-1985)

Le 20è siècle a non seulement été le témoin du développement de systèmes catadioptriques, mais aussi celui de l'essor des télescopes professionnels à deux miroirs, tous dérivés du Cassegrain. Développée par l'américain George Ritchey et le Français Henri Chrétien, la configuration Ritchey-Chrétien a apporté des performances améliorées pour la photographie : meilleure planéité du champ, correction de la coma... Toutefois, le concept Ritchey-Chrétien est davantage réservé à un usage professionnel. Il nécessite des surfaces asphériques dont la réalisation est plus difficile à mener que dans le cas du Cassegrain classique. Les performances des télescopes réfracteurs ont également été améliorées au cours des dernières décennies. L'emploi de verres améliorés dans la fabrication des objectifs de lunettes a permis de fortement réduire l' aberration chromatique. Ces lunettes, dites apochromatiques, on vu leur encombrement diminué puisqu'elles ne nécessitent plus de grandes focales pour compenser le chromatisme.

Henri Chrétien (1879-1956)

Télescope de 1 m de diamètre (US Naval Observatory Flagstaff)