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Astronomie populaire (Arago)/IV/01

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GIDE et J. BAUDRY (Tome 1p. 155-163).

CHAPITRE PREMIER

histoire des télescopes


Des historiens ont rapporté que Ptolémée-Évergète avait fait établir au sommet du phare d’Alexandrie un instrument avec lequel on découvrait de très-loin les vaisseaux. Laissant de côté, quant à la distance, les exagérations dont ces récits étaient accompagnés, on a prétendu prouver que l’instrument en question ne pouvait être qu’un miroir concave réfléchissant.

Le père Abat a démontré, comme beaucoup de ses prédécesseurs l’avaient déjà fait, qu’on peut regarder à l’œil nu les images des objets éloignés formés au foyer d’un miroir réfléchissant concave, et que ces images ont beaucoup d’éclat.

Dans les essais du père Abat, et dans toutes les expériences analogues, les télescopes à réflexion se trouvent réduits à leur plus simple expression ; c’est dire qu’on en a supprimé la lentille oculaire. Tel devait être le système mis en usage sur le phare d’Alexandrie, s’il est vrai qu’on y ait jamais employé un miroir pour découvrir les objets éloignés.

On voit sous quel point de vue les admirateurs enthousiastes des anciens pourraient soutenir que l’invention du télescope à réflexion, en tant qu’appliquée à l’observation des objets terrestres, serait de la plus haute antiquité. Du reste, il est certain que chez les Romains on connaissait parfaitement la propriété dont jouissent les miroirs concaves, de former à leur foyer des images remarquables par leur grandeur et par leur éclat. Je pourrais le prouver clairement par plusieurs passages empruntés aux Questions naturelles de Sénèque. Mais un sentiment de décence m’empêche de rapporter ce que dit à ce sujet le philosophe romain.

Divers auteurs rapportent qu’Archimède incendia, à l’aide des rayons du soleil, la flotte de Marcellus pendant le siége de Syracuse, et que Proclus, dans le Ve siècle, se servit d’un moyen analogue pour incendier la flotte ennemie durant le siége de Constantinople. On a induit de ces faits, vrais ou imaginaires, que les anciens avaient porté l’art de construire des miroirs bien au delà de tout ce que les modernes sont parvenus à exécuter. Mais c’est là une conclusion hasardée. Les deux incendies dont parlent les historiens ont pu être engendrés par la réunion en un même foyer des rayons solaires réfléchis par une série de miroirs disposés comme nous l’avons dit plus haut (chap. iii). C’est ce qui a été démontré d’abord par le père Kircher, ensuite par Hartsoeker, enfin et surtout par Buffon. On sait que le miroir brûlant de ce célèbre naturaliste était composé de 168 glaces étamées, de 16 centimètres sur 22, éloignées les unes des autres d’environ 9 millimètres. Chacune de ces glaces pouvait séparément se mouvoir dans tous les sens.

Le 10 avril, Buffon enflamma, presque subitement, une planche de sapin goudronnée à la distance de 49 mètres, avec 148 glaces seulement. Le foyer embrasé avait 41 centimètres de diamètre.

Le même jour, 148 glaces enflammèrent une planche de hêtre, goudronnée en partie, et placée aussi à la distance de 49 mètres.

Ainsi les deux incendies en question ont pu être produits sans le concours d’un véritable miroir concave.

Le premier qui paraisse avoir appliqué une lentille oculaire à l’observation d’une image engendrée par réflexion sur un miroir concave, est le père Zucchi, jésuite italien. Dans un ouvrage publié à Lyon en 1652, intitulé Optica philosophia, cité par Fontenelle et par le père Abat, le père Zucchi dit « qu’il lui vint en pensée, en 1616, d’employer des miroirs concaves de métal à la place des objectifs de verre, pour obtenir par la réflexion les mêmes effets qu’on produit par la réfraction, et qu’ayant appliqué une lentille concave à l’observation de l’image formée au foyer d’un miroir qui s’était rencontré accidentellement sous sa main, il se trouva avoir formé un instrument avec lequel il put observer, comme avec les lunettes découvertes sept ans auparavant, les objets terrestres et célestes. »

Si la première édition de l’ouvrage du père Zucchi est de 1652, il faut rapporter, suivant des principes incontestables en matière d’invention, à cette même année 1652 la date de la construction d’un télescope, et non pas à l’année 1616.

Du reste, l’auteur n’ayant parlé ni d’un petit miroir propre à rejeter latéralement l’image focale, ni d’une ouverture pratiquée au centre du grand miroir, comme le faisait Grégory, il est évident que la tête de l’observateur arrêtait une grande partie des rayons qui auraient formé l’image focale, ou que l’axe du miroir devait former un angle sensible avec la ligne menée de l’objet au centre de figure, disposition qui n’est admissible que pour les très-grands télescopes, et qui, dans tous les cas, nuit sensiblement à la netteté des images.

Les dispositions adoptées par Grégory et par Newton, appartiennent donc à ces deux physiciens et non au père Zucchi.

Le télescope de Grégory (fig. 81) fut décrit, sinon exécuté, en 1663.

Mersenne, dans une lettre à Descartes de 1639, avait déjà parlé d’un télescope à réflexion, mais cette lettre n’ayant été imprimée qu’en 1666, la priorité appartient incontestablement à Grégory.

En 1672, le jour même de son élection comme membre de la Société royale, Newton fit présent à ce corps illustre d’un télescope à réflexion exécuté de ses propres mains (fig. 79). En l’essayant, on reconnut avec satisfaction que le nouvel instrument surpassait beaucoup les lunettes de même dimension en netteté et en pouvoir amplificatif.

L’artiste Short déploya, dans la première moitié du siècle dernier, une grande habileté ; ses instruments se répandirent alors dans tous les observatoires de l’Europe.

En 1672, Cassegrain, artiste français, modifia la forme du télescope proposé par Grégory. Il substitua au petit miroir concave du savant écossais un miroir convexe, lequel conséquemment devait être plus rapproché du grand miroir que le foyer principal de celui-ci : par cet artifice, le télescope devenait un peu plus court. On a découvert depuis que le télescope de Cassegrain, toutes circonstances étant égales, donne plus d’éclat aux images que celui de Grégory. On a expliqué cette supériorité par la circonstance que les rayons se réfléchissent sur le petit miroir convexe avant de s’être croisés, et en supposant qu’une partie des rayons s’éteint dans l’acte de leur croisement.

Mais c’est surtout à partir des travaux de William Herschel que les télescopes à réflexion deviennent populaires.

Avant d’avoir trouvé des moyens directs, certains, de donner aux miroirs la forme de sections coniques avec lesquelles l’aberration de sphéricité devait disparaître, il fallait bien qu’Herschel, comme tous les opticiens ses prédécesseurs, cherchât à atteindre le but en tâtonnant ; seulement ses essais étaient dirigés de telle sorte que dans son mode de travail il ne pouvait y avoir de pas rétrograde.

Dans ce mode de travail, le mieux, quoi qu’en dise un ancien adage, n’était jamais l’ennemi du bien. Quand Herschel entreprenait la construction d’un télescope, il fondait et façonnait plusieurs miroirs à la fois, dix par exemple. Celui de ces miroirs auquel des observations célestes faites dans des circonstances favorables assignaient le premier rang, était mis de côté et l’on retravaillait les neuf autres. Lorsqu’un de ceux-ci devenait fortuitement supérieur au miroir réservé, il en prenait la place jusqu’au moment où à son tour un autre le primait, et ainsi de suite. Est-on curieux de savoir sur quelle large échelle marchaient ces opérations, même à l’époque où, dans la ville de Bath, Herschel n’était qu’un simple amateur d’astronomie ? Il fit deux cents miroirs newtoniens de 7 pieds anglais de foyer (2m 13) ; jusqu’à cent cinquante miroirs de 10 pieds (3m), et environ quatre vingts miroirs de 20 pieds (6m).

Il paraît que pendant sa résidence à Slough, Herschel parvint, après mille tentatives, à substituer des procédés directs et sûrs à la routine méthodique dont je viens de parler. Ces procédés ne sont pas encore connus du public. Leur efficacité, cependant, ne saurait être douteuse, si j’en juge par ce que sir John Herschel m’écrivait à la date du 5 juillet 1839 : « En suivant de point en point les règles que mon père a laissées, en me servant de ses appareils, j’ai réussi, en un seul jour, à polir avec un succès complet, et cela sans me faire aider par personne, trois miroirs newtoniens de près de 19 pouces anglais d’ouverture (48 centimètres). »

Le plus grand télescope qu’ait exécuté Herschel père, et qu’il ait employé à des observations utiles à la science, avait 39 pieds 4 pouces anglais de long (12 mètres) et 4 pieds 10 pouces de diamètre (1m,47). On regardait ordinairement dans ce télescope sans l’aide des seconds miroirs mis en usage par Newton et par Grégory. Le grand miroir n’était pas mathématiquement centré sur le tuyau qui le contenait, il y était placé un peu obliquement (fig. 83 et 84). Cette légère inclinaison était telle, que les images allaient se former, non plus dans l’axe du tuyau, mais très-près de sa circonférence ou, si l’on veut, de sa bouche extérieure. L’observateur pouvait donc aller les y observer directement à l’aide d’un oculaire. Une petite portion de la tête de l’astronome empiétait alors, il est vrai, sur le tuyau, elle y formait écran et arrêtait quelques rayons incidents ; mais dans un grand télescope la perte n’est pas à beaucoup près de moitié, comme elle le serait inévitablement par l’effet du petit miroir.

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Fig. 83. — Vue du télescope d’Herschel.

Ces télescopes où l’observateur, placé à l’extrémité antérieure du tuyau, regarde directement dans la direction du miroir en tournant le dos aux objets, Herschel les a appelés front view telescope (télescopes à vue de front, de face). C’est le mode indiqué par le père Zucchi dans l’ouvrage déjà cité, mais il est permis de douter que le père jésuite l’eût appliqué ; le front view ne pouvant être utile que pour de grands miroirs.

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Fig. 84. — Coupe du télescope d’Herschel[1].

Dans le bel instrument dont il a doté l’astronomie, lord Ross a beaucoup dépassé les dimensions auxquelles Herschel, malgré toute son audace, s’était arrêté. Le nouvel instrument a 55 pieds anglais de long (16m, 76) et 6 pieds anglais de diamètre (1m, 83). Le miroir pèse 3 tonnes 3/4 ou 3 809 kilogrammes, environ 38 quintaux métriques. Le tube pèse 6 tonnes 1/2 ou 6 604 kilogrammes, environ 66 quintaux métriques. Le poids total de la machine est égal à 104 quintaux métriques, plus de 200 quintaux anciens.

Le miroir travaillé par lord Ross lui-même, et suivant des procédés de son invention, est presque totalement exempt d’aberration de sphéricité. On a calculé que pour arriver à ce résultat, il a fallu façonner le miroir de manière que sur les bords il différât de la forme sphérique de de millimètre.

  1. Le miroir concave M placé au fond du tube fournit vers l’autre extrémité C et sur le côté une image ab qu’un oculaire O grossit en a′b′.