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Observation du transit de Mercure du 11 novembre 2019

Un transit est le passage d'une planète intérieure (Mercure ou Vénus) entre la Terre et le Soleil, ce qui donne l'occasion de l'observer sous forme d'un disque d'ombre noire traversant le limbe solaire. Cette situation ne peut se produire que lorsque les inclinaisons respectives des orbites permettent cet alignement Terre-planète-Soleil. Les transits de Vénus sont très rares (2 tous les 120-130 ans environ). Ceux de Mercure un peu moins mais à titre d'illustratrion, voici les prochains observables en France :
On comprend l'intérêt d'observer celui du 11 novembre prochain si les conditions météorologiques le permettent.

Phénomène et rareté :

ATTENTION AU SOLEIL: il ne faut jamais braquer un instrument optique dans la direction du Soleil, même au lever ou au coucher, car c'est très dangereux pour les yeux (risque de brûlure de la rétine, indolore car la rétine n'est pas sensible à la douleur, mais qui peut conduire à une cécité irréversible). Pour observer une éclipse, des équipement spéciaux (lunettes spéciales, filtres pour les jumelles, lunettes, télescopes, objectifs photo) sont obligatoires
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transit de Mercure,
transit de Vénus
Pour en savoir plus :
Ce phénomène illustre par observation directe la mécanique céleste en oeuvre dans le système solaire. A minima, il peut donner deux informations fondamentales :

L'échelle des objets du système solaire : par l'effet de perspective (la distance Terre-Mercure étant environ 2/3 de la distance Terre-Soleil), le petit disque noir aura une taille d'environ 1/150 ème du diamètre du limbe Solaire. Cela peut donc donner une idée de la taille de la Terre par rapport au Soleil, soit environ 1,5 fois la taille du petit disque noir (le rapport des diamètres Soleil/Terre étant de 109).

Le mouvement des planètes autour du Soleil (modèle héliocentrique) : la durée du transit (~5h30) donne un ordre de grandeur de la vitesse de Mercure sur son orbite, mais pour la calculer exactement il faudrait prendre en compte les distances respectives et le mouvement de la Terre (la valeur moyenne est 47 km/s, soit dans les 170.000 km/h, pour la Terre 29 km/s ou 100.000 km/h).

Bien entendu, des exploitations plus complètes pourraient être faites, notamment en lycée, avec l'intérêt historique qu'ont présenté les transits en Astronomie en permettant le calcul de la distance Terre-Soleil sur la base de la parallaxe (les moments-clefs du transit étant observés avec une grande précision temporelle depuis deux points très éloignés de la Terre dont on connait l'écartement).

Nota : les conseils donnés ci-dessous pour l'observation datent de 2016 où nous proposions de la faire en classe.

Intérêt pédagogique de son observation :

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Le cas le plus courant est l'utilisation de lunettes spéciales pour éclipse (dont vous aviez pu faire l'acquisition pour observer celle de mars 2015) mais elles ne seront pas d'un grand secours : la taille du petit disque sombre que représente Mercure (1/150 du Soleil) le rend pratiquement inobservable à l'oeil nu, sauf à posséder une acuité visuelle exceptionnelle.

Tous les instruments d'observation (télescope, lunette, paire de jumelle ou même appareil photo) peuvent être équipés de filtres spéciaux comme par exemple ceux constitués à partir du film de type "AstroSolar" de grade 5 (ne laissant passer que 1/100.000 ème de la lumière solaire). On peut aussi employer des instruments spécifiquement conçus pour l'observation solaire, comme par exemple ce type de lunette ne laissant passer qu'une longueur d'onde très faible dans le spectre solaire (PST = Personal Solar Telescope) :

Protection à l'aide de filtres :

La méthode du sténopé (projection de l'image sur le principe de la chambre noire) pourrait être utilisée comme pour une éclipse (voir lien ci-dessus), mais elle se révèle assez inadaptée en raison de la faible taille des images obtenues, ce qui n'est pas un problème pour les éclipses (c'est la forme globale du limbe solaire, réduit à un croissant, que l'on cherche à observer). Nous l'avons cependant expérimentée ces derniers jours pour l'illustrer. A la base, il suffit de faire un trou dans un carton d'emballage (nous en avons fait 2 de diamètres différents pour pouvoir comparer) :

Observation indirecte par projection du limbe solaire :

observer une éclipse
Voir aussi :
Pour obtenir une image plus grosse avec le soleil assez haut dans le ciel (vers 14h par exemple) nous avons utilisé un miroir pour renvoyer la lumière vers le haut et projeter sur le plafond d'une pièce (par exemple une salle de classe assombrie), mais ce pourrait être le mur opposé à la fenêtre avec un angle différent du miroir.

Constat (cela peut s'expliquer avec quelques principes optiques mais ce n'est pas l'objet de cette page) : un trou plus gros donne une image plus lumineuse mais moins nette. Pour utiliser cette méthode en classe, il faut donc assombrir la pièce pour observer l'image projetée par un petit trou sur un mur opposé aux fenêtres (et l'image sera d'autant moins lumineuse qu'elle sera grosse).

Cette méthode a l'avantage de la simplicité mais pour obtenir une image plus nette et lumineuse, nous vous conseillons plutôt d'utiliser une autre méthode de projection à l'aide d'un petit instrument optique comme une paire de jumelles ou une petite longue-vue (bien entendu une véritable lunette astronomique sera encore plus performante). Voici le montage très simple à réaliser :
Utilisation : bien sûr, il n'est pas question de mettre l'oeil à l'oculaire pour viser mais cela sera réalisé très simplement, dos au Soleil en orientant le dispositif de manière à réduire l'ombre de la lunette sur le masque au maximum, puis en observant le limbe projeté pour l'amener sur la zone de visualisation (papier ou carton blanc pour améliorer la luminosité et le contraste). Il faut jouer sur le dispositif de mise au point pour obtenir la projection la plus nette possible. Nota : nous avons simplement projeté sur le sol ce qui déforme le limbe en ellipse mais il ne serait pas compliqué de prévoir un "écran" inclinable pour rétabir sa forme circulaire (la croix projetée du réticule provient du fait que le test n'a pas été fait avec une petite lunette mais avec un chercheur équipé de ce dispositif interne pour pointer les objets astronomiques avant de les observer dans un instrument parallèle plus gros).

On peut procéder de même avec une simple paire de jumelles :
Attention : ce n'est pas le bon sens d'utilisation du dispositif (voir ci-dessous) mais juste un aperçu de sa conception à partir d'une paire de jumelles.





En observant l'image projetée dans des conditions analogues (ci-dessous), on peut constater qu'elle est plus lumineuse que celle produite par la lunette. C'est l'effet direct de la différence des diamètres des lentilles frontales ("ouverture") respectivement de 50 mm et 30 mm. C'est le critère essentiel du choix de l'instrument de projection quand on en a plusieurs à disposition (voir "conseils" plus bas). Nota : sur la photo de droite, la mise au point a été mieux réglée.
Bien qu'elle ne soit pas optimale (dispositif tenu à main levée, mise au point approximative, projection oblique), cette image révèle un détail quand on l'observe de plus près : une petite tache solaire qui était présente sur le limbe (car observée dans le PST montré plus haut) et qui est approximativement de la taille qu'aura le petit disque noir de Mercure transitant devant le Soleil :
La dernière image ci-dessus montre bien qu'une méthode très simple, basée sur du matériel courant et un petit instrument optique (jumelles) sans doute disponible dans chaque classe (enseignants et/ou parents d'élèves) permet de projeter le limbe solaire avec une taille et une qualité suffisante pour pouvoir observer sans danger le transit de Mercure du 9 mai prochain.
Pour autant, nous nous sommes limités à une expérimentation élémentaire du dispositif optique et il vous reste à construire, un système un peu plus complet, notamment pour fixer la lunette ou les jumelles (trépied photo par exemple) afin de pouvoir effectuer la mise au point sans trop perturber la projection puis observer le résultat sans produire de mouvements/vibrations, et aussi de prévoir un "écran" inclinable pour rétablir le disque solaire sans l'aplatir en ellipse. Il reste un peu de temps pour vous préparer et expérimenter !

Quelques conseils :
Nous vous souhaitons une bonne observation du transit ! (en espérant que la météo nous sera favorable)

Conclusion et conseils :

Photo JC Dalouzy ASCT
IMCCE,
AFA,