Ce mois-ci, nous allons faire un peu de technique photographique au sujet de la réalisation d’une image de la Pleine Lune, la plus détaillée possible. Tous les astronomes savent qu’au milieu du mois lunaire où on la voit sous la forme d’un disque totalement éclairé, les rayons solaires frappent sa surface centrale avec une incidence quasi-verticale, et de ce fait, ne produisent aucune ombre susceptible de révéler son relief. Il n’y a qu’en périphérie où les rayons, devenus rasants, laissent deviner mers, monts et cratères.
C’est la période la plus délicate pour la photographier. Et pourtant, il existe des milliers de photos de la Pleine Lune. Ceci s’explique par le fait qu’elle constitue une cible idéale, non seulement pour les débutants, mais aussi pour les confirmés qui veulent améliorer leur technique de prise de vue de photos nocturnes.

Commençons par la technique la plus simple, à savoir :
une photo unique avec un APN réflex
– muni d’un objectif de focale assez longue (600 mm par exemple, ou 300 mm + un doubleur de focale)
– ou monté sur une lunette ou un télescope.
Un pied photo classique n’est pas forcément utile, mais reste cependant recommandé pour le cadrage et la mise au point qui doit être parfaite.
Après recadrage et découpage, on obtient alors une photo semblable à celle ci-dessous :

Photo unique de la Pleine Lune du 14 juillet 2022 à 0H23, obtenue par Michel Tharaud avec un APN Panasonic DMC GX80, 1/250 seconde, 200 ISO, monté en aval d’une lunette apochromatique 80 X 480.
Notez qu’il faut utiliser un temps d’exposition assez bref  (< 1/200 sec.) pour essayer de profiter d’un trou de turbulence, et faire plusieurs photos (5 à 10) pour espérer en avoir une correcte.
Traitement cosmétique : DPP (Digital Photo Professional) Canon.

Comme on pouvait s’y attendre, il n’y a pratiquement aucune ombre due au relief. On constate qu’il y a des zones sombres et des zones claires, tout en nuances de gris.
Les zones sombres correspondent aux mers et océans : une appellation trompeuse car il n’y a pas une goutte d’eau à ces endroits ! En fait, il s’agit de vastes régions qui ont été recouvertes d’épanchements de lave volcanique, en particulier lors de l’impact de grosses météorites. Cette lave, très riche en fer, réfléchit moins la lumière du Soleil que les autres roches lunaires et ces grandes étendues planes nous apparaissent plus sombres.
Les hauts-plateaux, truffés de montagnes, failles et petits cratères développent toute une palette de gris intermédiaires. Enfin, quelques cratères affichent une teinte proche du blanc : les plus grands et remarquables sont Copernic (au milieu, à gauche) et Tycho (tout en bas), qui sont de plus entourés par de brillants éjectas, grandes striures claires qui peuvent traverser une grande partie de la surface lunaire.
Le gros défaut de la photo unique, c’est son manque de netteté et de contraste, principalement dû à la turbulence de l’atmosphère terrestre. Pour tenter d’y échapper, il faut attendre, soit que la lune assez haute dans le ciel, soit monter en altitude sur une hauteur, et ne pas hésiter à faire de nombreux clichés pour sélectionner le meilleur.

Continuons par une technique plus complexe, qui consiste empiler plusieurs photos identiques de la Lune, prises au même instant : en mode « rafale » sur un APN, ou en mode « vidéo » sur une caméra. Cette méthode, couramment employée pour les photos de ciel profond, présente l’avantage de réduire le bruit de turbulence atmosphérique de façon notable. Ce bruit est différent à chaque photo de la rafale ou de la vidéo, et de ce fait, le bruit résultant de l’empilement de N photos est divisé par racine carrée de N. Autrement dit, avec 4 photos empilées, le bruit de turbulence est divisé par 2 ; avec 9, il est réduit d’un facteur 3 ! Cet empilement s’effectue au moyen d’un logiciel ad’hoc, comme Siril ou  « Autostakkert » par exemple.
Avec cette technique, Pierre Drumel, aboutit au résultat suivant :
Pleine Lune du 10 septembre 2022, enregistrée par Pierre Drumel, avec une lunette 120X840 + réducteur X0,77 => focale = 650 mm + filtre L-Pro Optolong, équipée d’une caméra couleur ASI 2600MC Pro réglée en mode vidéo 1920X1080 pixels délivrant des images vidéo séparées.
La différence avec la photo unique se passe de commentaires !

Avec cette configuration,la Lune est plus grande que la surface utile du capteur, d’où la nécessité de capturer deux images vidéo, l’une pour la partie supérieure de la Lune, l’autre pour la partie inférieure.
On obtient alors ce qu’on appelle « une mosaïque », composée de 2 images qu’il faudra recombiner après tri et empilement.
Notez que cette complication ne se produira pas avec un APN qui possède un champ plus grand que celui de la caméra réglée en mode vidéo.
Le temps d’exposition pour chaque image vidéo est réglé à 1/250 seconde (soit : 4 ms) et la cadence à 1,96 images vidéo par seconde pour la vidéo de la fraction supérieure, et 3,08 im/sec pour la fraction inférieure.
Le temps de prise de vue est de 90 secondes pour chacune des fractions, ce qui conduit à :
90 X 1,96 = 176 images vidéo couleur pour la fraction supérieure,
90 X 3,08 = 277 images vidéo couleur pour la partie inférieure.
Avec un APN, il faudra essayer de prendre une cinquantaine d’images au format RAW. Avec un mode rafale à 6 im/sec, la rafale APN pour la Lune durera 8 à 10 secondes.
Mais attention, toutes ces images vidéo ne sont pas bonnes à compiler. Il nous faut trier les meilleures, celles qui ont bénéficié d’un trou de turbulence. Pour cette opération, nous allons utiliser le logiciel « Autostakkert ». Or celui-ci n’accepte que des fichiers au format « SER » ou au format « AVI ». Et la caméra de Pierre délivre des fichiers trichromes au format « XXX », et un APN des images au format « RAW ».
Il faut donc procéder à une étape intermédiaire de conversion de formats avec un autre logiciel comme PIPP (Planetary Imaging PreProcessor).
Après cette étape de conversion, nous pouvons passer à l’étape de sélection suivie immédiatement par l’étape d’empilement. Toutes deux sont réalisées avec le logiciel « Autostakkert ».
Sur les 176 images de la fraction supérieure de la Lune, Pierre en a conservé 18%, soit 32 qu’il a empilées dans la foulée avec une réduction du bruit de turbulence d’un facteur 5,6. Sur les 277 images de la fraction inférieure, il a choisi le même critère et le logiciel lui a délivré un empilement de 50 images avec une réduction du bruit d’un facteur 7. Nous aurons à faire cet empilement avec les images issues de l’APN (via un passage par PIPP).
Pour Pierre, restaient à assembler les deux fractions de la mosaïque pour retrouver la Lune en entier. Opération faite avec le logiciel Microsoft ICE.
Après ce schéma de traitement, il est d’usage de renforcer le rendu de l’image finale avec un logiciel du type « ondelettes Registax » ou « ondelettes « Astrosurface ». Ce qui a été fait.
Enfin, on termine par un traitement « Cosmétique » pour affiner le cadrage, le gamma, le contraste, d’éventuelles couleurs, etc…

Attention, il est probable que cette technique avec un APN ne fonctionne qu’avec la Lune comme cible, et pas avec les planètes (moins lumineuses) qui nécessitent des séquences beaucoup plus volumineuses (2 000 à 4 000 images), et des focales plus longues que celles des objectifs photos à prix abordable.

En conclusion, Pierre  a montré qu’on pouvait réaliser des photos de Lune à partir de séquences vidéo issues d’une caméra couleur, très sensible, dédiée aux photos peu lumineuses du ciel profond.
Je propose que nous essayions maintenant de reproduire sa méthode sur la Lune avec des photos au format RAW issues d’un APN.
Il serait souhaitable qu’une séance technique, un vendredi soir ou un samedi après-midi, soit prochainement dédiée à cette méthode au sein de notre association. Que tous ceux et celles qui sont intéressé(e)s manifestent leur intention par le biais des commentaires en fin d’article.

Pour le dernier mois de l’année 2021, nous sortons du ciel profond pour vous proposer une image crépusculaire beaucoup plus simple à réaliser que les précédentes. Il s’agit d’un lever de Pleine Lune, réalisé le 16 novembre 2021 entre 17H38 et 17H53 par Michel Vampouille, au lieu-dit La Lande sur la route départementale 20 reliant l’aéroport de Limoges à la ville de Nieul.
Ce chapelet de pleines lunes résulte de l’assemblage sous Photoshop de 6 photos distinctes séparées de 3 minutes. Les photos ont été enregistrées avec un APN Canon EOS 6D Mark II équipé d’un téléobjectif Canon de 300 mm F/4, précédé d’un multiplicateur de focale Canon X 1,4 qui donne un téléobjectif de focale résultante 420 mm, ouvert à F/5,6. Avec une sensibilité de 6400 ISO, le temps de pose est de 1/2000 de seconde pour les 4 premières lunes, et de 1/4000 pour les 2 dernières.

Ce chapelet montre que le diamètre apparent de la Pleine Lune ne change pas quand elle s’élève au-dessus de l’horizon est/nord-est, même si nos sens nous font parfois croire le contraire…, surtout quand un objet terrestre de dimension connue se trouve en premier plan. Il semblerait que ce soit une illusion d’optique. Le cerveau, trompé par la présence de cet objet, rapproche la lune de nous, la faisant apparaître alors plus grosse qu’elle n’est. Quand elle s’élève dans le ciel, le repère terrestre s’éloigne et disparaît : le cerveau voit alors la lune avec sa taille réelle.

Par contre, on distingue très bien l’aplatissement des premières lunes, aux pôles nord et sud, dû à la réfraction atmosphérique des différents rayons « lunaires » par les couches d’air dont l’indice de réfraction augmente de 1,0000 en haute altitude, à 1,000275 au niveau du sol. Traversées en incidence plus ou moins rasante par  les rayons « lunaires », ces couches d’air d’indice croissant leur impriment une courbure d’autant plus prononcée vers le sol que ceux-ci s’approchent de l’horizon. Le lecteur intéressé pourra approfondir ce sujet en consultant l’article du mois d’octobre 2016 sur l’aplatissement du soleil couchant.
Pour quantifier cet aplatissement en fonction de la hauteur de la lune dans le ciel, on peut mesurer et comparer les diamètres angulaires horizontaux et verticaux relevés sur le capteur de l’APN au moyen d’un logiciel de lecture donnant l’adresse des pixels (Digital Professional Photo, par exemple).
Sur le capteur, la 2ème lune présente un diamètre horizontal de 605 pixels ou 3,509 mm (1 pixel = 5,8 µm), alors que son diamètre vertical n’en contient que 531, soit un rapport entre les diamètres de : 531/605 = 0,878.
Pour la 5ème lune, plus haute dans le ciel, ce même rapport de diamètres s’élève à 0,943, montrant ainsi que l’aplatissement diminue au fur et à mesure que la lune s’élève.

La mesure du diamètre horizontal sur le capteur permet aussi de remonter au diamètre angulaire de la Lune vue depuis la Terre. Ce diamètre de 3,509 mm est vu depuis le centre optique de l’ensemble [téléobjectif + multiplicateur] à une distance de 420 mm. Le diamètre angulaire de la Lune vaut donc : 3,509/420 = 0,00836 radian, ce qui correspond à : 0,00836 X180 X 60/3,1416 = 28,72′ ou 28′ 43″. Le raisonnement de ce type de calcul a déjà été effectué en janvier 2011.
A la date du 16 novembre 2021, Stellarium donne un diamètre angulaire de : 29′ 29″ révélant un écart de 2,6 % avec notre mesure.
D’où peut provenir cet écart ?
Sans doute du coefficient 1,4 du multiplicateur qui est en fait une estimation. En effet, quand on examine plus en détail le fonctionnement des multiplicateurs (lentille divergente), on s’aperçoit que leur grandissement dépend de la distance à laquelle ils se trouvent de l’objectif.  Celle-ci, fixée par le constructeur, ne peut être ajustée pour tous les objectifs de la marque et le coefficient 1,4 doit résulter d’une moyenne sur plusieurs objectifs de focales différentes.
Si on fait confiance à Stellarium pour le diamètre angulaire de la Lune, on trouve que la distance focale de l’instrument utilisé ici mesure en fait 431 mm, correspondant à un coefficient 1,44 du multiplicateur.
Il se peut aussi que la distance focale du téléobjectif ne soit pas rigoureusement égale à 300 mm.

Le montage met également en évidence le rougissement progressif de la Lune provoqué par la diffusion atmosphérique qui est plus forte au ras de l’horizon qu’au zénith. Pour parvenir jusqu’à nous, les rayons solaires réfléchis par la lune ont traversé une grande épaisseur d’atmosphère en incidence rasante. Cet atmosphère, remplie de molécules et de particules fines, diffuse (absorbe et disperse dans toutes les directions) la lumière qui la traverse.  Et comme la lumière bleue est plus diffusée (répandue dans tout l’espace) que la lumière rouge, seule une dominante rouge arrive jusqu’à notre œil. On parle alors de la lumière cuivrée de la lune à son lever (ou durant une éclipse), qui vire au jaune, puis au blanc quand elle s’élève. C’est le même phénomène qui explique le rouge du soleil couchant.

Pour terminer sur une note contemplative, voici l’image agrandie de la lune émergeant tout juste de l’horizon.

Joyeux Noël et bonne année 2022.

Ce mois-ci, nous allons rester dans le Système Solaire avec cette photographie de la Pleine Lune réalisée le 19 avril 2011 à 23H par Michel Tharaud à Aureil (87220) avec une lunette 80 X 480 équipée d’une Barlow X 3 et d’un APN Canon EOS 20 D réglé sur une sensibilité de 100 ISO et une vitesse de 1/100^ème de seconde. Au milieu du mois lunaire, notre satellite est situé derrière la Terre, au-dessus ou en dessous de son ombre. Les rayons du Soleil sont alors verticaux au centre du disque et rasants sur la périphérie. De ce fait, les ombres sont très réduites et le relief n’est plus mis en valeur.
Ce qu’on remarque en premier, c’est l’intense luminosité de la Pleine Lune : sa magnitude apparente est de -12,4, ce qui signifie qu’elle est environ 100 000 fois plus brillante que l’étoile Véga (de magnitude 0) qui sert de référence. Ensuite, on reconnaît immédiatement le cratère Tycho (en bas à droite) avec ses éjecta spectaculaires qui s’étendent sur plus du quart de la surface lunaire. Et puis, on est attiré par la multitude de points brillants qui ne sont rien d’autres que des petits cratères « jeunes » répartis sur les « plateaux ». Et enfin, toutes ces immenses taches sombres : les mers lunaires formées par d’immenses dépressions recouvertes de « régolithe » : une poussière très fine produite par l’impact des météorites et très redoutée des astronautes à cause de son caractère abrasif.

Cette nuit-là, la Lune avait légèrement dépassé son périgée (position d’un satellite la plus proche de la Terre sur son orbite), puisqu’on la voyait sous un angle de 33,14′, correspondant à une distance de 357 311 km. Au périgée, l’angle sous lequel on voit la Lune est maximum : 33,45′, et sa distance à la Terre minimum : 353 999 km.

La Lune nous présente toujours le même hémisphère (nommé « face visible » par opposition à l’autre hémisphère appelé : « face cachée ») parce que sa période de révolution de 29 jours 12 heures autour de la Terre est la même que sa période de rotation sur elle-même. Cette rotation synchrone n’est pas un hasard : elle résulte des frottements causés par les marées lunaires, elles-mêmes dues à l’attraction terrestre. Ces frottements induisent un ralentissement de la rotation de la Lune sur elle-même jusqu’à ce que la période de ce mouvement coïncide avec celle de la révolution de la Lune autour de la Terre. On aboutit alors à un équilibre stable de ces deux mouvements qui n’évoluent plus dans le temps.
Aujourd’hui, les effets des marées lunaires (qui existent toujours) se traduisent par un léger éloignement des deux astres d’environ 3,8 cm par année. A sa création, la Lune orbitait à une distance de la Terre 15 fois moindre qu’aujourd’hui.
La température moyenne de la Lune est de – 77°C, avec un maximum de + 123°C dans les zones éclairées par le Soleil et un minimum de – 233°C dans les zones à l’ombre.
La quasi-absence d’atmosphère et une température élevée devraient rendre impossible la présence d’eau sur la Lune. Et pourtant, les données recueillies par les sondes Clementine et Lunar Prospector vers 1990 montrent la présence de grandes zones riches en hydrogène (un des principaux constituants de l’eau avec l’oxygène) concentrées aux pôles Nord et Sud. L’hypothèse la plus couramment admise au sujet de cette eau lunaire propose une origine cométaire. En percutant la Lune il y a plusieurs milliard d’années, les grosses boules de neige sales que sont les comètes se seraient vaporisées, créant ainsi une atmosphère provisoire. Cette vapeur d’eau se serait alors condensée et aurait givré sur le sol. Au pôle sud, jamais exposé aux rayons du soleil en raison de l’inclinaison très légère de la Lune par rapport à l’écliptique (1,54°), la glace aurait pu se conserver intacte pendant deux milliards d’années. Au pôle nord, l’eau glacée serait protégée par une couche de régolithe…
L’origine de la Lune est au cœur du débat scientifique. Plusieurs hypothèses sont évoquées : la capture d’un astéroïde, la fission d’une partie de la Terre par son énergie centrifuge, la co-accrétion de la matière originelle du système solaire…. L’hypothèse la plus partagée est celle de l’impact géant : une collision entre la jeune Terre et Théia, un objet de la taille de Mars, aurait éjecté de la matière autour de la Terre. Celle-ci aurait fini par former la Lune que nous connaissons aujourd’hui. D’après des simulations faites en 2001, cet impact est estimé à 4,53 milliards d’années et à 42 millions d’années après la naissance du système solaire.

Bibliographie : Charles Frankel, Dernières Nouvelles des Planètes, Collection Science Ouverte, Editions du Seuil, 2009.

Rédaction : Michel Vampouille

Pour ce mois de janvier 2010, nous vous proposons une photo d’ambiance nocturne : la Pleine Lune au dessus de la gare de Limoges.

Cette image a été réalisée par Dominique le 10 janvier 2009 à 18h40 avec un compact Canon Power G7 (zoom 35 à 210 mm), à la focale de 35 mm, ouvert à F/2,8, réglé sur 80 ISO. Tout débutant peut en obtenir de semblables avec un matériel photo classique (appareil compact avec automatisme débrayable et retardateur + pied photographique standard) et un peu de savoir-faire.

Le savoir-faire intervient à deux moments :

• Le premier, quand on constate l’impossibilité d’enregistrer correctement la scène qui apparaît dans le viseur : il y a toujours un élément qui est sur- ou sous-exposé. Il faut donc procéder à deux enregistrements distincts pris exactement du même point de vue. D’où la nécessité du pied photographique pour la conservation du cadrage et du retardateur pour un déclenchement sans contact manuel. Ici, la première photo est prise avec un temps de pose « long » de 0,5 seconde pour obtenir une exposition correcte de la gare, mais une Pleine Lune trop brillante. La seconde, avec un temps de pose « court » de 1/25 seconde qui donne une Pleine Lune correcte, mais une gare sous-exposée.

• Le deuxième moment délicat, c’est l’étape d’assemblage des deux photos précédentes sur ordinateur. Elle consiste à utiliser un logiciel de traitement numérique pour remplacer la Pleine Lune surexposée du cliché 1 par celle bien exposée du cliché 2. Ici, le traitement a été réalisé avec Photoshop, mais d’autres logiciels gratuits comme Picasa ou Gimp conviennent parfaitement.

Vous avez sans doute remarqué la légère ressemblance entre notre logo et l’image de ce mois. Celle-ci vous donne peut-être envie de photographier « en live » le dernier quartier de Lune, par une nuit bien noire au dessus de la gare de Limoges ? Oui, mais alors, comment trouver la date à laquelle cet évènement se produit ? Cette fois, c’est le logiciel gratuit Stellarium qu’il vous faut maîtriser. La date de la photo précédente vous permet de remonter aux coordonnées de la région du ciel située au dessus de la gare. Ces coordonnées étant connues, il n’y a plus qu’à chercher, mois par mois, les positions successives du dernier quartier lunaire dans le ciel et à sélectionner la première qui convient.
Pour ceux qui sont tentés par cette photo : c’est autour du 6 août, vers 4 heures du matin qu’il faut être présent devant la gare de Limoges…!

Si l’astrophotographie et la mécanique céleste vous effraient un peu, n’hésitez pas à vous rapprocher de notre association. Nous organisons régulièrement à notre local, 12 rue des Carriers, des séances collectives d’apprentissage des techniques et logiciels décrits ci-dessus.

Plus d’informations :

• sur les séances collectives : contact@saplimoges
• sur les logiciels : Photoshop : payant, Picasa, Gimp, Stellarium.