Observation de Mars

(d'après CCINP)

On dispose d’une lunette constituée d’un objectif qui est une lentille convergente, de focale \(f_1^{\prime} = 100 \si{cm}\), de centre \(O_1\), et d’un oculaire qui est une autre lentille convergente, de focale \(f_2^{\prime} = 2,5 \si{cm}\) , de centre \(O_2\).
On observe la planète Mars, dont le diamètre est d = 6800 km et dont la distance à la Terre D varie de 56 à 400 millions de kilomètres.

  1. Déterminer le diamètre angulaire apparent minimal de Mars (en l’absence de lunette).

  2. La lunette est en réglage afocal, que peut-on en déduire quant à la position des deux lentilles ?

  3. On considère un faisceau lumineux de rayons issus de Mars, parallèles entre eux et formant un angle \(\alpha\) avec l’axe optique. Faire un tracé de la marche de ces rayons à travers la lunette.

  4. Calculer la taille \(A^{\prime}B^{\prime}\) de l’image intermédiaire de Mars dans la lunette. En déduire le grossissement de la lunette.

Prérequis :

  • Diamètre angulaire d'un objet vu depuis un point (centre de la pupille de l'œil en général) : angle formé par les rayons issus des bords de l'objet et l'axe passant par le centre de la pupille.
  • Système afocal.
  • Grossissement d'un système afocal (ne pas confondre grossissement angulaire G et grandissement linéaire \(\gamma\)).

Savoir-faire :

  • Utiliser un minimum de rayons astucieusement choisis pour déterminer une image par construction.
  1. Diamètre angulaire
  2. Faire un schéma avec l'œil, et deux points diamétralement opposés de Mars : \(\theta_{min}=\dfrac{d}{D_{max}}\).
    A.N. : \(\theta_{min}=17\,\,\si{µrad}\)



  3. Réglage afocal
  4. Système optique afocal = système optique dont les foyers sont rejetés à l'infini : \(\infty \mathop {\longleftrightarrow} \limits_{}^{S.O.} \infty \).
    Avec une lunette constituée de deux lentilles L1 et L2, ce schéma devient :
    \(\infty \mathop {\longleftrightarrow} \limits_{}^{L_1} F_1^{\prime} \equiv F_2 \mathop {\longleftrightarrow} \limits_{}^{L_2} \infty \).
    Dans la lunette, le foyer image de l'objectif est confondu avec le foyer objet de l'oculaire.



  5. Tracé
  6. Il suffit de tracer un rayon passant par F1.



  7. Grossissement
  8. \( \overline{A^{\prime}B^{\prime}} = \alpha f_1^{\prime}\).
    A.N. : \( \overline{A^{\prime}B^{\prime}} = - 17\,\,\si{µm}\) (\(\alpha\) est négatif).
    Ne pas confondre grandissement et grossissement, \(G = \displaystyle\frac{\alpha^{\prime}}{\alpha} \).
    A.N. : \(G = -40\).