coronographe

Face à une étoile très brillante, les faibles lueurs qui l’entourent sont difficiles à distinguer. Le coronographe place un petit écran opaque dans un plan focal, sur l’image optique de l’étoile. Il produit ainsi un effet comparable à une éclipse à l’intérieur de l’instrument.

La lumière directe de l’étoile est fortement atténuée, tandis que le rayonnement environnant peut rester observable s’il est assez éloigné du masque et suffisamment transmis par l’instrument. Le réglage du masque est décisif : pour le Soleil résolu, son diamètre peut être ajusté à celui de l’image solaire ; pour une étoile non résolue, son dimensionnement dépend notamment de la diffraction et de la séparation angulaire recherchée.

Le coronographe est un instrument d’optique astronomique conçu pour séparer une source stellaire très lumineuse du rayonnement beaucoup plus discret qui l’entoure. Un masque opaque, appelé masque coronographique, est placé dans un plan focal, sur l’image optique de l’étoile. Pour le Soleil, dont le disque est résolu, son diamètre est ajusté à celui de l’image solaire. Pour une étoile non résolue, son dimensionnement tient compte de la réponse diffractive, de la séparation angulaire recherchée et des pertes de transmission : la lumière directe est atténuée, tandis que la couronne ou les objets en orbite ne restent accessibles qu’au-delà des limites propres à l’instrument.

Masquer le disque ne suffit pas à lui seul. La diffraction et la diffusion de la lumière à l’intérieur de l’instrument peuvent encore produire une lumière parasite. Le diaphragme de Lyot bloque principalement, dans un plan pupille, une partie de la lumière diffractée redistribuée par le masque et les pupilles. La diffusion parasite dépend aussi d’autres éléments et traitements de l’instrument.

Lyot a conçu le premier coronographe au début des années 1930 et l’a installé au Pic du Midi de Bigorre. Destiné d’abord à l’étude de la couronne solaire hors des éclipses totales, l’instrument sert aujourd’hui aussi à observer d’autres étoiles et à détecter des exoplanètes.

On veut observer la couronne solaire sans attendre une éclipse totale. Les données sont l’image brillante du disque solaire, sa couronne plus faible, un masque opaque ajustable et un diaphragme de Lyot.

1. L’instrument forme l’image du Soleil et place le masque coronographique sur son disque lumineux.

2. Dans cet exemple solaire, le diamètre du masque est ajusté à celui de l’image résolue du Soleil. Ce choix occulte la lumière directe du disque tout en préservant autant que possible l’accès à la couronne proche.

3. Dans un plan pupille, le diaphragme de Lyot bloque une partie de la lumière diffractée redistribuée par le masque et les pupilles. La diffusion interne doit être réduite par les autres éléments et traitements optiques de l’instrument.

4. Le rayonnement de la couronne peut ainsi être observé hors d’une éclipse totale. Le contrôle est direct : si le disque lumineux n’est pas correctement masqué, il faut reprendre l’ajustement avant d’interpréter la lumière environnante.

Pour étudier la couronne solaire sans attendre une éclipse totale, l’astronome emploie un coronographe et ajuste son masque à l’image résolue du Soleil. Ce réglage ne se transpose pas tel quel à une étoile non résolue. Lors d’une éclipse totale, le disque solaire est naturellement caché par la Lune.

Pour observer l’environnement d’une autre étoile, le même principe atténue sa lumière directe. Le coronographe peut révéler une cible beaucoup moins lumineuse si sa séparation angulaire dépasse la limite interne de l’instrument et si sa lumière est suffisamment transmise.

Pour rechercher une exoplanète, l’occultation de l’étoile améliore le contraste avec un objet proche en orbite, mais ne suffit pas à le rendre observable. La planète peut se trouver sous la séparation angulaire accessible, être atténuée par le masque ou rester noyée dans les résidus de diffraction et de diffusion ; ces limites doivent être contrôlées avant toute interprétation.

Un coronographe n’est pas une éclipse totale. Dans le premier cas, un masque occulte l’image de l’étoile à l’intérieur d’un instrument ; dans le second, le disque solaire est caché lors du phénomène astronomique lui-même.

Le masque coronographique et le diaphragme de Lyot n’ont pas le même rôle. Le masque bloque la lumière directe du disque stellaire ; le diaphragme intervient dans la maîtrise de la diffraction et de la diffusion internes.

Un masque mal centré ou sous-dimensionné laisse davantage de lumière directe. Un masque plus grand peut encore occulter la source, mais il réduit le champ et la transmission pour les sources voisines. Le centrage et le dimensionnement relèvent donc de contrôles distincts et d’un compromis entre suppression de la source et accès aux faibles séparations angulaires.

Une zone lumineuse proche du masque n’est pas automatiquement la couronne ou une exoplanète. La diffraction et la diffusion peuvent créer de la lumière parasite ; il faut d’abord contrôler ces effets internes.

Le coronographe ne se limite plus au Soleil. Le présenter comme un instrument exclusivement solaire efface son usage actuel pour d’autres étoiles et la détection d’exoplanètes.

La fiche éclipse permet de comparer l’occultation produite dans le coronographe avec le masquage astronomique naturel du disque solaire.