Premiers développements

Près de quatre cent ans se sont écoulés depuis l’invention du premier télescope. Nous allons évoquer à travers ce module les différents types de télescopes les plus couramment utilisés de nos jours et qui existent depuis longtemps. Il est toutefois préférable, avant d'aborder tout aspect technique, de dresser un bref aperçu du contexte historique qui a mené au développement de ces instruments, puis à leur évolution considérable au cours du vingtième siècle.

Selon les historiens des Sciences, le télescope réfracteur n’est officiellement apparu qu'au début du 17è siècle. Il semblerait qu’au cours de l’année 1608, Hans Lippershey, un monteur de spectacles Hollandais de Middelburg, déposa un brevet en Hollande pour un appareil à lentilles qui permettait de regarder des objets distants de manière rapprochée. Le brevet lui fut refusé car Zacharias Janssen, un autre Hollandais, déclara avoir construit le même instrument avant Lippershey. Les premiers instruments Hollandais furent construits avec une lentille d’ objectif positive et une autre lentille négative, nommée oculaire – un design optique fournissant des images inversées. Les télescopes Hollandais furent bientôt fabriqués et vendus en grand nombre, et ont été diffusés dans toute l'Europe.

L’italien Galileo Galilei construisit aussi des télescopes réfracteurs, mais seulement après avoir entendu parler des instruments Hollandais. Il serait intéressant de savoir si Galileo Galilei « réinventa » la lunette sur le seul fait qu’il eu vent de son existence ou bien s’il entendit aussi comment mettre en œuvre sa fabrication. Dans tous les cas, il annonça en 1610 l’existence de satellites autour de Jupiter, de taches solaires, des phases de Vénus, de cratères sur la Lune et révolutionna ainsi l’Astronomie.

Lunette de Galilée Cadeau de Galilée à Cosme II, Grand Duc de Toscane. Elle grossit 30 fois, sans grandes déformations.	Dessins de la Lune par Galilée Galilée découvrit des cratères et des montagnes.

Au début, l’ aberration chromatique résultant de l’emploi d’un objectif à unique lentille était compensée par la construction de réfracteurs possédant des distances focales extrêmement longues. Des télescopes avec des diamètres de 60 mm et des focales de 5 mètres étaient communs. Un cas extrême fut celui de Christiaan Huygens qui fabriqua une lunette de 60 mètres de longueur pour une ouverture inférieure à 200 mm. En outre, en 1663, un Écossais nommé James Gregory construisit le premier télescope à miroirs. Il consistait en un miroir primaire concave et un miroir secondaire concave qui renvoyait l’image à travers un trou situé au centre du primaire. Toutefois, cet instrument n’aurait pas été satisfaisant en raison de ses faibles performances optiques. En effet, à cette époque, les processus de fabrication des instruments étaient rudimentaires et les méthodes de contrôle des surfaces des miroirs complexes demeuraient inexistantes.

La première grande lunette de Huygens	Télescope de Gregory

Le premier télescope réflecteur utilisable fut construit par l’anglais Isaac Newton en 1668. Ce dernier bâti un prototype dont la conception était proche de celle des grands télescopes modernes. Newton a aussi construit des télescopes à lentilles, mais après avoir mené des expériences sur la réfraction de la lumière et sa dispersion sous forme de spectre, il devint convaincu que la conception d’un télescope achromatique (dépourvu d’ aberrations de couleurs), basé sur des lentilles, était impossible. Cette conclusion, bien que fausse, l’amena à poursuivre l’expérimentation sur les miroirs. Neuf années après que Newton ait annoncé son télescope, le Français Guillaume Cassegrain proposa de placer un secondaire convexe en face du miroir primaire. Une telle combinaison optique est aujourd'hui nommée télescope de Cassegrain.

Maquette du premier télescope de Newton	Télescope Cassegrain de fabrication récente Diamètre = 200 mm - Fabriquant : Takahashi (origine Japon)

La déclaration de Newton stipulant que l’ aberration chromatique inhérente aux lentilles ne pouvait être corrigée sur les télescopes réfracteurs, ajoutée à sa forte notoriété scientifique, repoussa le développement de cette catégorie d’instruments. En effet, il fallut attendre 1729 pour que l’Anglais Chester Moore Hall réussisse à fabriquer un objectif achromatique en combinant deux lentilles possédant des indices de dispersions différents. Bien qu’il trouva les rayons de courbures des lentilles de manière empirique, Hall élimina 95% de l’ aberration de couleur présente dans les réfracteurs possédant un objectif à lentille simple. En 1758, l’anglais John Dollond a été le premier à construire un achromat basé sur des calculs. Il devint ainsi véritablement le premier designer d’instruments optiques.

Lunette achromatique conçue par John Dollond

Autour de 1774, William Herschel, un Anglais d’origine allemande, commença à construire des télescopes à miroirs, tout d’abord en amateur, puis ensuite en professionnel après qu’il eut découvert la planète Uranus avec son réflecteur de 150 mm de diamètre de fabrication personnelle. Les télescopes réflecteurs d’Herschel – son plus puissant eut une ouverture de 1,2 m – devinrent très célèbres, et l’instrument de 1,2 m fut le plus grand télescope au monde pendant de nombreuses années. Au cours du 19è siècle, des progrès majeurs eurent lieu concernant la fabrication des grandes dalles de verre. En effet, celles-ci devinrent suffisamment uniformes pour mettre au point des télescopes réfracteurs possédant de grands diamètres. A la fin du 19è siècle, il est devenu possible de fabriquer des objectifs mesurant jusqu’à 1 mètre de diamètre. De ce fait, les grands réfracteurs furent la gloire des observatoires au début du 20è siècle. Toutefois, la réalisation d’ objectifs d’un mètre de diamètre demeure aujourd’hui la limite supérieure atteinte dans la pratique par les opticiens. Au cours de la foire universelle de Paris de 1900, un objectif de 1,25 m de diamètre et de 40 mètres de focale fut présenté, tout en étant disposé horizontalement. Il en résulta un affaissement de cet objectif sous son propre poids.

Télescope avec lequel Herschel découvrit Uranus en 1781 Diamètre = 15 cm - Longueur = 2 m.	Grand télescope d'Herschel Diamètre = 1,22 m. - Longueur = 12 m. Construit en 1797 - Le plus grand télescope en son temps

Lunette de Yerkes Diamètre = 1,016 mètres Construite en 1897 - Actuellement la plus grande lunette du monde

Jusqu’au milieu du 19è siècle, tous les miroirs de télescopes étaient métalliques. Ce fut le cas, par exemple, pour le télescope de type Newton construit par Lord Rosse qui possédait un diamètre de 1,8 m et une longueur focale de 17 mètres. Le Français Léon Foucault franchi une étape majeure en mettant au point des miroirs en verre sur lesquels était déposée une fine couche d’argent à haute réflectivité en utilisant le procédé de l’argenture inventé par Justus von Liebig. Cela signifia aussi que les miroirs métalliques lourds pouvaient être remplacés par des miroirs en verre de masses beaucoup plus faibles. Le fait que les miroirs en verre puissent être réargentés facilement et à bon marché, contrairement au repolissage fréquent et coûteux des miroirs métalliques, incita les astronomes à davantage utiliser les télescopes réflecteurs. Dans les 30 années qui suivirent l’invention de Foucault, les réflecteurs ont dépassé les réfracteurs pour devenir les instruments préférés des chercheurs. Léon Foucault développa aussi une méthode fondamentale pour tester les miroirs, toujours utilisée à ce jour par les opticiens. En regardant rétrospectivement l’histoire des télescopes, il est frappant de constater que beaucoup de développements furent le fruit des efforts accomplis par les astronomes amateurs et par d’autres personnes qui n’étaient pas des professionnels de l’astronomie.

Le Léviathan de Parsonstown (Irlande) Photographie contemporaine faite par la femme de Lord Rosse, Mary, Comtesse de Rosse Diamètre : 1,8 m. - Miroir en bronze Construit en 1844 - Le plus grand télescope en son temps	Télescope de Foucault Installé en 1868 à l'Observatoire du Plateau Longchamps (Marseille) Diamètre : 80 cm - Miroir en verre argenté