Trente degrés au-dessus de l'horizon : la hauteur est un réglage

La Voie lactée de juillet ne ressemble jamais à celle qui circule sur les réseaux. Même téléphone, même nombre de poses, une prévision qui annonçait un ciel dégagé, et il reste à l’écran une bouillie gris orangé où le centre galactique se devine à peine. On accuse d’abord l’appareil. Ensuite le site, manifestement pas assez sombre. Le coupable est presque toujours un chiffre que personne ne note : combien de degrés au-dessus de l’horizon se tenait la cible pendant que le capteur travaillait.

L’air se compte en couches

Au zénith, la lumière d’une étoile traverse la plus mince épaisseur d’atmosphère possible, et cette épaisseur vaut par convention une masse d’air. Baissez la visée et le trajet s’allonge comme l’inverse du sinus de la hauteur. Trente degrés au-dessus de l’horizon, cela fait deux masses d’air ; vingt degrés, presque trois ; dix degrés, un peu moins de six. Près de l’horizon véritable, la trigonométrie de cahier d’écolier ne suffit plus, parce que la Terre est courbe et la couche d’air aussi, et le compte grimpe à une quarantaine.

Chaque couche coûte de la lumière. Dans le meilleur cas imaginable, un air parfaitement propre au niveau de la mer, l’extinction atmosphérique atteint 0,16 magnitude par masse d’air : au zénith, une étoile a déjà laissé quatorze pour cent d’elle-même en route. À trente degrés la perte double, 0,32 magnitude ; à dix degrés elle atteint 0,90 ; à cinq degrés, Sky & Telescope l’estime à trois magnitudes pleines, soit plus de quatre-vingt-dix pour cent de la lumière qui n’arrive jamais. Ces valeurs sont le plancher, pas la moyenne. L’humidité d’une nuit d’août en plaine ou les poussières restées en suspension après une journée de vent du sud suffisent à pousser le coefficient vers 0,40 magnitude par masse d’air, et à partir de là chaque ligne du tableau se multiplie par deux et demi.

Moitié moins de signal, quatre fois plus de poses

Comparez la même étoile au zénith et à dix degrés, avec l’air de laboratoire du meilleur cas : 0,74 magnitude d’écart, c’est-à-dire un peu plus de la moitié des photons. Le photométriste hausse les épaules et ajoute une colonne de correction à son tableur. L’astrophotographe au téléphone n’a pas cette ressource, car un objectif de deux millimètres de large compte ses photons un par un, contrairement à une lunette de cent.

La facture se lit dans l’empilement. Quand le bruit dominant vient du fond de ciel, le rapport signal sur bruit d’une somme croît comme la racine carrée du nombre d’images : divisez par deux le signal de la cible en laissant le fond où il est, et il vous faudra quatre fois plus de poses pour revenir au même résultat. Deux cents images deviennent huit cents. Une heure devient quatre, la batterie rend l’âme bien avant, et pendant ce temps la cible a continué de descendre. Quarante minutes de prise de vue à vingt-cinq degrés valent mieux que deux heures à courir après le même objet qui glisse vers le village éclairé au fond de la vallée.

Le fond monte pendant que la cible descend

Le problème a une seconde moitié, et elle joue en sens inverse. La lumière artificielle d’une ville ne part pas vers le haut en ligne droite : l’atmosphère la diffuse et vous la renvoie de toutes les directions, avec un maximum précisément là où la couche d’air est la plus épaisse. Cette cloche orangée que vous voyez à l’œil nu au-dessus de la préfecture est basse sur l’horizon. Si votre cible est à quinze degrés, elle est dedans.

Avec un grand-angle de téléphone, la chose devient visible à l’intérieur d’une seule image. Un champ de soixante-dix degrés pointé au sud contient, dans la même pose, du ciel à cinquante degrés de hauteur et du ciel à cinq : une masse d’air et demie en haut, dix en bas. Le gradient que vous découvrez après l’étirement n’a pas été inventé par le logiciel d’empilement, et aucune soustraction de fond ne l’efface complètement, puisque ce fond n’est ni uniforme sur le champ ni constant pendant la nuit. Lisez le gradient avant de le combattre. S’il monte depuis le bas de l’image et s’arrête pile là où commence la ligne de crête, vous savez déjà à qui vous avez affaire.

Le ciel qui ne monte jamais depuis la France

La hauteur maximale d’un objet, au moment où il passe au méridien, se calcule en une seconde : quatre-vingt-dix degrés moins l’écart entre votre latitude et la déclinaison de la cible. Le centre galactique est à moins vingt-neuf degrés de déclinaison. Depuis Paris il culmine à douze degrés, depuis Toulouse à dix-sept, depuis Ajaccio à dix-neuf. Cela fait près de cinq masses d’air au-dessus de Paris lors de la meilleure nuit de l’année, et aucun matériel ne rattrape ça. Les images du noyau de la Voie lactée pleines de bandes sombres et de rouges profonds viennent presque toujours du Chili, de Namibie ou d’Australie, où le même objet passe à plus de quatre-vingts degrés.

Ce calcul change la façon même de choisir ses cibles. Rien ne culmine plus haut que le zénith, et sous une certaine déclinaison plus rien ne mérite d’être poursuivi depuis chez vous. Le reste est affaire d’horaires : chaque objet franchit le méridien une fois par jour, et la fenêtre utile tient dans les deux heures qui précèdent et les deux qui suivent, tant que la masse d’air reste proche de son minimum. Savoir où pointer, c’est la moitié du métier ; savoir quand, c’est l’autre moitié.

Ce que fait la réfraction, et ce qu’elle ne vous fait pas

En plus de retirer de la lumière, l’air courbe le trajet des rayons et relève tout de quelques minutes d’arc. À l’horizon cela vaut 34 minutes en moyenne, ce qui explique que l’US Naval Observatory fixe le lever du Soleil à l’instant où le centre du disque se trouve encore cinquante minutes sous l’horizon géométrique (34 de réfraction plus 16 de demi-diamètre). En clair : le Soleil que vous regardez se lever est levé depuis un moment, et pendant deux ou trois minutes vous photographiez un mirage. La Lune fraîchement levée paraît écrasée pour la même raison, son bord inférieur étant relevé davantage que le supérieur.

Deux effets de l’air bas, en revanche, vous pouvez les ignorer sans remords au téléphone. La réfraction dépend de la couleur et sépare le bleu du rouge, mais la littérature instrumentale chiffre cette dispersion à un peu plus d’une seconde d’arc à quarante-cinq degrés du zénith, quand un pixel du grand-angle principal en couvre soixante-dix : vous ne la verrez jamais. Le seeing se dégrade lui aussi avec la masse d’air, à peu près comme sa puissance 0,6, et il reste une ligne qui vous concerne peu tant que le téléphone regarde le ciel tout seul. Les deux reviennent en force dès que vous posez l’objectif contre l’oculaire d’un télescope.

On photographie quand même

La préparation d’une soirée commence par les heures de passage au méridien, pas par les réglages. On retient deux ou trois cibles qui culminent à des heures différentes, on photographie chacune dans sa propre fenêtre, et on accepte que le quatrième objet de la liste, celui qui passe au méridien à quatre heures de l’après-midi, ne soit pas au menu ce mois-ci. Si la cible refuse de monter au-dessus de vingt degrés, le choix du site cesse de dépendre de l’échelle de Bortle et se met à dépendre de l’azimut : un ciel moyen avec un horizon sud dégagé et aucun bourg dans cette direction bat un ciel excellent avec une petite ville plantée exactement dans l’axe de visée.

Un dernier mot sur l’empilement. Les images prises à vingt degrés de hauteur et celles prises à quarante portent des niveaux de fond et des gradients différents, et les mélanger dans la même somme revient à moyenner deux ciels. Sur une nuit longue, découpez la récolte en blocs et traitez-les séparément : le bloc descendu le plus bas finit le plus souvent à la corbeille, et c’est précisément ce qui améliore tous les autres.

Le chiffre dont vous avez besoin ne figure dans aucun menu d’appareil photo. Il est dans l’application de planétarium, à la ligne hauteur, et il change tout seul pendant que vous regardez l’écran.