Jupiter fait trois pixels de large : photographier les planètes au smartphone

Le téléobjectif cinq fois semble taillé pour ça. Vous visez le point le plus brillant de la soirée, vous bloquez la mise au point, vous déclenchez. À l’écran apparaît une bille blanche, brûlée, lisse comme du verre. Vous avez photographié Jupiter, au sens le plus strict. De la planète, rien : pas de bandes, pas d’ombre de satellite, pas même l’aplatissement polaire que montre n’importe quel dessin du dix-neuvième siècle. Cette fois, le bruit et le ciel de ville sont innocents. Le coupable est un chiffre, et autant le regarder tout de suite.

Une planète est bien plus petite qu’on ne croit

Les fiches de la NASA donnent à la Lune un diamètre apparent moyen à l’opposition de 1896 secondes d’arc, un peu plus d’un demi-degré. Jupiter, la géante, plafonne à 46,9 dans les mêmes conditions, en oscillant entre 50,1 et 30,5 au fil des oppositions. Saturne se tient entre 14,5 et 19,9, avec 18,8 comme valeur à l’opposition. Mars n’atteint 25,6 que lors des rencontres les plus favorables, et passe le plus clair de son temps au tiers de cette taille. Vénus décroche le record avec 66,1, précisément au moment où elle n’est plus qu’un croissant filiforme presque aligné sur le Soleil.

Faites le rapport et votre objectif cesse d’être le coupable : la plus grosse planète tient quarante fois dans la Lune. Saturne récupère un peu de terrain grâce à ses anneaux, dont le bord externe court à environ 2,25 rayons planétaires, si bien que l’ensemble couvre un peu plus de quarante secondes d’arc les bonnes nuits. Nous restons malgré tout dans des dimensions que l’œil nu classerait sans hésiter parmi les étoiles.

Trois pixels, et c’est tout

Vient l’échelle de votre capteur. Un fichier de 12 mégapixels fait 4032 pixels de large, ce qui donne 8,9 micromètres par pixel une fois ramené au format plein. Au centre du cadre, un pixel couvre 206265 fois ce pas divisé par la focale équivalente, et sur le télé de 120 millimètres équivalents cela fait 15,3 secondes d’arc par pixel.

Le calcul se termine seul. Jupiter, au mieux de sa forme, occupe trois pixels. Le disque de Saturne dépasse à peine l’unité, ses anneaux n’atteignent pas trois. Mars, lors de la plus belle opposition que vous verrez, obtient un pixel et demi. La Lune, avec le même objectif, s’étale sur cent vingt, et c’est exactement pour cette raison que la Lune passe au téléphone quand les planètes restent des points. Photographier en pleine résolution double tous les chiffres et ne change pas le verdict. Six pixels restent six pixels.

Ce qui manque, ce n’est pas la lumière, c’est l’échelle

Rangez pour une nuit tout ce que le ciel profond vous a appris. Sur une nébuleuse, le signal est maigre et l’on gagne en accumulant : des poses courtes, par centaines, empilées jusqu’à ce que le bruit recule. Une planète joue dans un autre championnat. Elle est en plein soleil, elle est proche, et dans le champ d’un télescope elle se comporte comme un lampadaire. Les poses tombent à la fraction de seconde, la sensibilité revient à sa valeur de base, le bruit quitte le premier rôle. L’adversaire change, et le métier avec lui.

Le téléphone regarde dans l’oculaire

La seule façon de gagner de l’échelle consiste à placer devant le téléphone une optique qui en possède déjà. Cela s’appelle la prise de vue afocale : le télescope et l’oculaire forment une image à l’infini, l’objectif du téléphone la regarde comme il regarderait un paysage lointain, et le grossissement vaut simplement la focale du télescope divisée par celle de l’oculaire. Une lunette de 1000 millimètres avec un oculaire de 10 donne cent fois. Votre échelle de pixel se divise par cent : de 15,3 secondes d’arc à 0,15. Jupiter passe de trois pixels à plus de trois cents.

Avant de commander l’oculaire le plus court du catalogue, deux freins. Le premier est la diffraction, qui ne dépend que du diamètre et vaut à peu près 1,22 fois la longueur d’onde divisée par ce diamètre : à 550 nanomètres, un télescope de cent millimètres sépare des détails distants de 1,4 seconde d’arc. Il tient donc une trentaine de détails distincts en travers des quarante-sept secondes d’arc de Jupiter, et deux pixels chacun suffisent à les enregistrer. Un disque large de cent pixels contient déjà tout ce que l’optique sait donner ; le pousser à mille revient à grossir du vide. Le second frein est la pupille de sortie, soit le diamètre divisé par le grossissement : elle doit entrer dans la pupille d’entrée de l’objectif du téléphone, large de quelques millimètres au mieux. En dessous d’une vingtaine de fois, le faisceau déborde et les angles s’éteignent.

Reste la partie ingrate, celle qui décide vraiment de la soirée. L’axe de l’objectif doit se poser sur celui de l’oculaire à quelques centièmes près, et y rester pendant que la planète dérive dans le champ. À main levée, c’est une loterie que vous perdez presque toujours. Un support rigide à trois réglages indépendants pèse ici plus lourd que n’importe quel autre matériel.

L’air fait plus de dégâts qu’un ciel clair

Votre télescope de cent millimètres promet 1,4 seconde d’arc de résolution. C’est l’atmosphère qui décide de vous les accorder. L’ESO mesure au Paranal, l’un des meilleurs sites de la planète, un seeing médian autour de 0,64 seconde d’arc, et tient pour exceptionnels les seize pour cent de nuits qui descendent sous la demi-seconde. Voilà le plafond de l’humanité, obtenu à 2600 mètres dans l’Atacama. Depuis votre balcon, au-dessus de toits qui restituent la chaleur emmagasinée toute la journée, Jupiter bout comme une pièce au fond d’une piscine.

De là vient la technique que les planétaires emploient depuis vingt ans et que le téléphone exécute étonnamment bien : on filme. Soixante images par seconde pendant deux minutes font sept mille vues de la planète, chacune figée en seize millièmes de seconde, plus vite que le tremblement de l’air. Dans le tas, quelques centaines ont attrapé l’instant où la colonne d’air au-dessus de vous s’est calmée. Le logiciel les repère, jette les autres, empile les meilleures seulement. Le lucky imaging est le live stacking retourné : là on garde tout pour récolter de la lumière, ici on jette quatre-vingt-dix pour cent pour récolter de la finesse.

Deux minutes, et Jupiter a tourné

Il y a un chronomètre dont personne ne parle. Jupiter boucle un tour sur lui-même en 9,9 heures, la journée la plus courte du système solaire. En trois minutes sa surface parcourt 1,8 degré de longitude, ce qui vaut au centre du disque trois quarts de seconde d’arc de déplacement apparent : sous le seeing d’une nuit ordinaire, donc invisible. À six minutes l’affaire se gâte et la Grande Tache rouge commence à s’étirer le long de son parallèle. Deux ou trois minutes de vidéo constituent le plafond honnête pour Jupiter. Saturne tourne plus lentement et montre moins de détails fins, elle pardonne ; Mars, avec ses vingt-quatre heures et des poussières par rotation, vous laisse travailler tranquillement.

Ce que vous ramenez pour de bon

Par difficulté croissante. Les deux bandes équatoriales de Jupiter et les quatre satellites galiléens sortent d’un quatre-vingts de diamètre par une nuit médiocre, et c’est le résultat qui convertit le plus de monde à la planétaire. Les anneaux de Saturne détachés du disque suivent de peu ; la division de Cassini exige de l’air calme et au moins un cent vingt. La calotte polaire de Mars n’apparaît que lors des bonnes oppositions, qui reviennent tous les deux ans et deux mois et se valent rarement. Vénus offre une phase et rien d’autre, ce qui en fait à la fois la cible la plus facile et la plus ennuyeuse de la liste. Mercure, bas sur l’horizon dans le pire de l’atmosphère, appartient aux abonnés de la frustration.

Le vrai saut n’est pas optique, il est catégoriel. Dans le ciel profond on combat l’obscurité avec de la patience ; sur les planètes on combat l’air avec de la vitesse. Même téléphone, même nuit, deux métiers qui ne se ressemblent en rien. Et quand l’air tremble au point que les étoiles dansent à l’œil nu, il reste une cible de deux mille secondes d’arc que tout cela indiffère : visez la Lune et sauvez la soirée.