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Fabriquer une étoile guide (Ou étoile artificielle)

En astronomie, pour régler un télescope, on peut le pointer sur une étoile et le collimater en défocalisant en avant, en arrière ou en grossissant fortement pour faire apparaître la tache d'Airy.

On peut aussi utiliser une étoile guide : un petit boîtier qui génère une lumière de très petite dimension, que l'on positionne suffisamment loin du télescope (20 m par exemple) et qui permet de faire le réglage de jour ou de nuit, par n'importe quelle météo, n'importe quelles conditions atmosphériques (Pas de problème d'atmosphère de mauvaise qualité : turbulences...) et pas besoin de suivi pour suivre l'étoile (rotation de la Terre).

Sur les (très) gros télescopes (VLT...), on utilise des lasers de puissance qui ionisent les atomes de sodium à 90 km dans la haute atmosphère pour créer des étoiles artificielles qui permettent aux optiques adaptatives de corriger les défauts en temps réel, même s'il n'y a pas d'étoile suffisamment brillante proche de l'objet à observer.

Des fabricants propose des boîtiers tout faits entre 50 et 100 € :


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Ici, nous vous proposons de le réaliser vous-même.


Lumière :

Pour pouvoir collimater un télescope, il faut une source de lumière d'une taille apparente largement inférieure au pouvoir de résolution du télescope.

Le pouvoir de résolution du télescope augmente avec son diamètre...

La taille apparente de la lumière est proportionnelle au diamètre de la lumière et inversement proportionnelle à sa distance.

On peut utiliser une diode laser sans l'optique, (voir 2e solution) mais la surface du cristal est fortement ovalisée (20 micron x 100 micron) par exemple, et il est difficile d'atteindre les 9 microns dans les 2 axes. Mais on peut s'éloigner...

L'astuce, en général, pour obtenir une source lumineuse du plus petit diamètre possible, est de coupler le mieux possible une fibre optique télécom à une Led blanche de haute luminosité.

En gros, il existe 2 catégories de fibres optiques télécom :

En général, les fabricants d'étoile guide utilise une fibre 9 microns pour avoir la taille la plus petite possible. On appelle souvent ces fibres des 9/125 (9 microns pour le cœur et 125 microns pour la fibre)
C'est ce que nous allons utiliser pour la 1ére solution.
Dans ces conditions, voici un tableau de la distance minimum entre l'étoile guide 9 microns et le télescope pour dépasser le pouvoir de résolution théorique de l'instrument :
 
Diamètre objectif ou miroir en mm
Distance mini en m
76
1
115
2
200
3
254
4
400
7

Attention : il s'agit de la distance minimum, on peut mettre plus, si on a suffisamment de lumière.
Attention : la plupart des instruments ne permettent pas de faire la mise au point à une distance aussi faible, il faudra donc éloigner l'étoile guide suffisamment loin pour faire la mise au point et même un peu d'extra focale...
Mais avec une étoile guide de 9 microns, on peut collimater n'importe quel télescope...

Ceci dit, l'argument du 9 microns au lieu de 50 microns est aussi un argument commercial : la plupart des télescopes ne permettent pas la mise au point à moins de 20 m sans bricoler.
Dans ces conditions, une étoile guide de 9 microns ou 50 microns à 20 m est en dessous du pouvoir de séparation théorique du télescope, sauf pour les gros (Plus de 300). Et là, on peut tout simplement se reculer...

La couleur : en général on choisit une source blanche ce qui permet d'utiliser des Leds blanches haute luminosité et de détecter des problèmes de chroma.
Mais l'utilisation de la couleur permet souvent de s'affranchir des problèmes de chroma et de mieux voir la tache d'Airy.
Le vert est en plein au milieu du spectre visible mais le rouge génère une tache d'Airy un peu plus grande et un peu plus visible...

1e solution : la fibre :

La fibre : couper et connecter correctement une fibre 9/125 n'est pas évident sans outillage spécialisé...
Nous recommandons donc l'achat d'une fibre munie d'un connecteur à chaque extrémité.
Il existe plusieurs modèles de connecteur, en général des connecteurs SC ou ST.
Nous proposons, pour environ 3 € (la moins chère) l'achat d'un mètre de fibre 9/125 avec 1 connecteurs ST (verrouillage à visser) et un connecteur SC (plastique)

guide02.jpg
.
Attention, les connecteurs sont munis de capuchons de protection en plastique. Il faut évidemment les ôter avant d'utiliser la fibre mais il ne faut pas toucher les extrémités sous peine de salir ou de polluer l'extrémité optique et, évidemment, remettre les capuchons après usage.

Nota : une solution gratuite : en chirurgie, dans les blocs opératoires, on utilise des fibres optiques jetables de 2 m environ (En particulier pour l'ophtalmologie). Les connecteurs en général sont des ST. Certaines ont des sorties de petit diamètre : environ 50 microns :
guide03.jpg
.
Comment connecter la fibre optique à une source de lumière ?

Les modules Leds Télécom, malheureusement, fonctionnent dans l'infrarouge, on ne peut donc pas les utiliser pour collimater :-(.
(Encore qu'avec une caméra...).
Une solution consiste à acheter un détecteur ou un localisateur de défaut de fibre optique : c'est un petit module qui se connecte à une fibre optique (attention de choisir un modèle compatible avec le connecteur de la fibre). Ce localisateur injecte une lumière (souvent rouge) continue ou clignotante dans la fibre pour repérer une fuite (un défaut) ou repérer une fibre parmi des dizaines ou des centaines d'autres (télécom)
Exemple d'un modèle à moins de 20 € (livraison gratuite) :

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Il existe un modèle plus puissant, avec une meilleure autonomie, à 30 €...

On peut aussi se bricoler un "injecteur de lumière" en collant précisément un connecteur ST mâle vide sur l'embout d'un pointeur laser (mais ce n'est pas si facile...) :
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Nota : on peut toujours utiliser le pointeur normalement...

Ici, le connecteur ST femelle a été collé à l'époxy, pointeur en marche pour optimiser et maximiser l'intensité du faisceau en bout de fibre.

Nota : une astuce pour que la résine ne coule pas : la rôtissoire du four...
.

Utilisation :
On pourrait acheter une fibre plus longue (10m), installer une extrémité en haut d'un poteau sous une protection pour les intempéries et venir relier le localisateur à l'extrémité de la fibre en bas du poteau pour collimater...

Sinon, on peut alimenter une led blanche avec 2 piles 1.5 V et une résistance pour limiter le courant. La difficulté, dans ce cas, consiste à injecter le maximum de lumière de la Led dans les 9 microns de la fibre optique.
En principe, il faudrait utiliser un objectif de microscope :
Avec l'accessoire indispensable de l'opticien amateur : la pince à linge !
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.
La fibre optique de 2m connectée au localisateur. Nota: il faut que le connecteur (SC) de la fibre optique soit relativement bien orienté face à l'observateur (environ 2 degrés de tolérance) :
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Moyennant quoi, pour moins de 25 €, sans se casser la tête, simplement en branchant la fibre, on obtient une étoile guide rouge, puissante, de 9 microns et qui devrait permettre de régler n'importe quel télescope, gros ou petit, même en plein jour et avec des nuages...
Il est conseillé de remettre les bouchons des fibres après utilisation...
L'idéal serait de rajouter un lien fiable (chaînette...) entre la fibre et le bouchon...

Une image (pas terrible) prise avec notre caméra USB à deux balles à 30 m de notre petit télescope 115/900 :
guide08.jpg
.
Nota : La fibre délivre beaucoup trop de lumière : nous l'avons orientée un peu de travers pour diminuer l'intensité lumineuse. (On peut aussi la retirer partiellement du connecteur du localisateur).
Le carré, c'est le connecteur SC, le rond plus petit, c'est le cylindre de plastique du connecteur et au centre, évidemment, c'est le faisceau laser rouge 650 nm 9 microns et la tache d'Airy autour.
Le photo n'est pas terrible mais le télescope est bien réglé.
Nota : Les capteurs CMOS sont plus sensibles au rouge et à l'infrarouge que l'œil humain. Les constructeurs ajoutent donc un filtre infrarouge dans l'optique. Ici, sans l'optique, il n'y a pas de filtrage.
En général, avec une caméra d'appareil photo, de tablette ou de téléphone, on peut d'ailleurs voir briller les diodes laser infrarouge de télécommandes... (Une astuce pour les dépanner :-) .
Avec certaines caméras, en ôtant le filtre infrarouge, de nuit, on peut même voir briller un fer à souder...
A suivre...

2e solution : diode laser :


C'est la solution la plus économique (mais il faut bricoler) : on récupère une diode laser rouge (pointeur laser, lecteur de DVD (650 nm)... Nota : les lecteurs de CD utilise une diode à 780 nm qui ne convient pas).
Attention : la diode laser doit être utilisée en direct, sans optique : on voit, à travers la fenêtre de la diode, le cristal d'émission.
Nota: regarder une diode laser sans optique de sortie est beaucoup moins dangereux qu'avec une optique : le faisceau est divergent et n'est pas concentré sauf de très près... Les diodes 780 nm sont dangereuses : l'œil perçoit mal la lumière à cette longueur d'onde même si la puissance est déjà élevée.
Je conseille d'observer attentivement l'intérieur de la diode laser (éteinte), à travers la fenêtre, avec une binoculaire ou un microscope : très intéressant : certaines diodes laser (comme celle de la photo ci-dessous) possède une photodiode d'asservissement (visible à travers la fenêtre) qui reçoit le faisceau laser arrière (opposé au faisceau utilisable) : on peut moduler le courant de la diode laser pour un courant et donc de photodiode et donc une puissance laser constante.

On soude (Attention : les diodes laser n'aiment pas l'électricité statique !) cette diode sur un connecteur micro USB à travers une résistance de 120 ohms (Ce qui doit faire un courant de 25 mA environ).
On pourrait souder une résistance de quelques dizaines de kohms ou une diode Zener en // sur le connecteur par sécurité pour l'électricité statique...
Ici, on n'utilise pas la 3e broche de la diode laser qui est reliée à la photodiode de contre réaction interne.
Sur la photo, la diode laser est allumée (probablement très en dessous de sa puissance maxi)
guide09.jpg
.
On réunit tout ça à un adaptateur ou une batterie USB.
On l'installe, dans notre cas, à 20 m de notre petit télescope 115/900.
(difficile, sur notre télescope, de faire la mise au point à moins de 20 m...)
Nous avons provisoirement monté, derrière la Barlow, à la sortie de l'oculaire, une caméra CMOS (à deux balles) sans optique.
J'estime que la dimension du point laser doit faire environ 20x100 microns. Ce qui, à 20 m, est en dessous du pouvoir de résolution théorique du télescope mais sans plus...
Nous essaierons de l'installer plus loin...
Nous obtenons une tache d'Airy rouge :
Les grands cercles foncés correspondent au boîtier de la diode laser.
La partie intéressante est évidemment la tache brillante centrale...
guide10.jpg
.
Pour un coût négligeable : récupération ou quelques euros, on obtient déjà quelque chose (en journée, en plein soleil, un jour de mistral :-)

Nous avons monté la Led (dans un écrou M6) et son connecteur micro USB dans un tube plastique noir avec une embase pour le poser et, un truc épatant : nous avons collé un vieux morceau de 30cm de mètre à ruban vertical sur le tube, à la même position que le plan focal de la diode : pour trouver la diode, on balaye horizontalement un peu plus haut. Une fois le mètre trouvé, on fait la mise au point et on descend le long des chiffres jusqu'à trouver la diode...
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La diode vue à 30 m de distance :
guide12.jpg
Encore une fois, les ronds moyens et grands sont le boîtier de la diode laser. La partie intéressante, ce sont les taches rouges claires au centre.
Ici nous avons volontairement déréglé très légèrement (moins de 1/16 tour, une vis du primaire)
Apparemment, vu que la dimension du spot de la diode est largement inférieure (à 30 m) à la résolution théorique de l'instrument, sa forme très ovale (un défaut inhérent à la structure plane du cristal des diodes laser) ne perturbe pas la mesure..

Effectivement, une observation la nuit sur la terrasse : (altitude 200m, ciel très clair mais un peu pollué et turbulent) : M13 (grand amas), M57 (Nébuleuse la Lyre); M51 (Galaxie du tourbillon : un peu juste avec notre petit 115) : le télescope est bien réglé !

A suivre...

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http://spt06.perso.libertysurf.fr


Commencé le 14/07/2021
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