La vision des couleurs dans les nébuleuses: Les couleurs de M20

Publié le lundi 10 octobre 2005

Sur le forum astrosuif, appelé ainsi parce qu'il est fréquenté hélas par quelques tâches grasses (ils se reconnaîtront et d'ailleurs se fréquentent, un groupe où la pétomanie tient lieu de politesse), une personne signant sous le nom de quasar04 (ça fleure bon le cibiste des années 1980 me direz vous...) lançait une discussion en expliquant qu'il voyait les couleurs dans la nébuleuse trifide. Messier 20, autre nom de la trifide est une nébuleuse double, avec une partie d'hydrogène ionisé, donc très rouge, et une partie étant une nébuleuse par réflexion, donc très bleue. Le problème étant que, ayant observé à travers un télescope de 600m, un Celestron 14 (355mm) et un 200mm, les couleurs lui apparaissaient... inversées c'est à dire du rouge là où il y a du bleu et du bleu là où il y a du rouge... Cherchez l'erreur...

Plusieurs problèmes sur ce point. Tout d'abord, cette nébuleuse n'est pas exactement une de plus brillantes du ciel, et il est impossible d'y voir des couleurs. Si l'on en voyait, il serait probable que la nébuleuse en émission devrait commencer à être verte (parce que l'oeil est plus sensible au vert qu'au rouge à faible niveau de lumière), et que la nébuleuse par réflexion étant bleue de chez bleu, il est probable qu'on commencerait à y voir aussi du vert plutôt que du bleu et en aucun cas du rouge qui physiquement n'existe pas sur cette partie de la nébuleuse... Je n'ai hélas jamais pris le temps de regarder M20 dans un grand télescope, le seul souvenir que j'en ai est au T60 du Pic du Midi et je n'ai pas remarqué de couleurs particulières lors de ces observations.

Je vous laisse consulter si vous avez du temps à perdre cette page et les suivantes : http://www.astrosurf.com/ubb/Forum15/HTML/000048.html

En général j'observe tout seul, et c'est vraiment un handicap par rapport aux observations de groupe, tant il est connu que s'il est des objets que l'on arrive à voir en vision décalée, d'autres, plus faibles, sont aussi visibles en imagination décalée, puis ensuite évidemement en hallucination décalée (là en générale on arrive à monter à la 18ème magnitude dans un C8). Quand de plus on est un groupe, l'adjectif "collectif" peut être rajouté à ces descriptions (plus il y a d'observateurs et moins on a envie de passer pour un con, alors finalement on voit beaucoup plus de choses). Faite l'expérience, que j'ai déjà faite avec un pote, de deux observateurs qui voient autour de telle étoile (prenez n'importe quelle étoile) le fameux halo d'hydrogène (qui n'existe bien sûr pas), décrivez le (il fait à peu près dans les 5 minutes d'arc de diamètre et bien sphérique) et faites observer d'autres personnes, vous verrez que pas mal, en s'y reprenant un peu, le verrons ce fameux halo d'hydrogène.... "ah oui, je ne dis pas qu'il est brillant, mais il me semble bien le voir aussi...". Si en plus vous lui trouvez un nom de catalogue obscur (bref un truc qui fait scientifique), là c'est le succès assuré (c'est bartoldi17, là tout de suite ça fait truc qui existe) :). C'est autrement plus intéressant que l'amas de Masseur dans la culotte du zouave (austral).

Voir des couleurs dans Messier 20 tient de la galéjade, les voir avec un T200 encore plus (dans un tel télescope, au mieux on ne distingue que de vagues teintes dans les nébuleuses les plus brillantes et colorées du ciel), et les voir inversées, ça faisait beaucoup. Mais bon, en d'autre temps, certains ont vu des canaux sur Mars, alors pourquoi pas... Le problème étant évidemment là, si quelques uns commencent à reporter des couleurs sur M20, vous pouvez être à peu près sûr que rapidement beaucoup d'autres vont en voir, et il va devenir monnaie courante de voir des couleurs dans M20, et en moins d'une saison d'observation les observateurs honnêtes vont commencer à se sentir bien seuls, comme d'autres commencent à voir des tavelures fixes dans les 8ème anneaux de diffraction des étoiles dans leurs télescopes (ne cherchez pas, c'est référentiel :, je parlais plus haut de tâches grasses…).

A la nouvelle lune suivante, bien qu'ayant déjà observé M20 quelques fois dans ma vie :), j'ai réobservé M20 en y prêtant attention et en tentant de voir des couleurs, en regardant en vision décalée, en vision directe, et malgré ceci, je n'ai pas vu de couleurs. J'ai ainsi observé plusieurs fois de suite, je montre ces temps ci Messier 8 tous les soirs, 2 à 3 fois à des groupes différents, donc je prenais un peu de temps pour passer sur M20 et la regarder. Finalement, après plusieurs nuits, toutes exceptionnelles comparées au ciel français (lumière zodiacale très facilement visible, gegenschein visible un peu plus tard dans la nuit), j'ai fini par voir comme une teinte sur la partie bleue de M20. Ah, ah, moi aussi je suis un observateur exceptionnel !. J'ai repris ça le lendemain, avant l'arrivée des tours, et avec mon dobson de 33cm, effectivement, j'arrivais à voir que la nébuleuse "bleue" était en fait d'un gris avec une vague teinte marron profond, je n'irais pas jusqu'à dire rougeâtre, alors que l'autre paraissait comme toujours d'un gris neutre. Surprise. L'autre partie m'apparaissait par contre très neutre comme couleur et en aucun cas bleutée, mais la différence entre les deux était quand même assez visible. De voir évidemment une vague teinte, une nuance qui… en s'y appliquant… pourrait paraître plus " chaude " que neutre et de dire qu'on voit les couleurs inversées, il y a quand même un monde, mais bon clairement, le gris d'un côté n'était pas aussi neutre que de l'autre.

Puis j'ai, comme à chaque nouvelle lune, lavé mon miroir, et l'effet a disparu, M20 est à nouveau apparue comme un objet de couleur neutre. Ici dans le désert il y a beaucoup de poussière au sol, très fine en plus, et les optiques sont vites sales. Je ne suis plus un observateur exceptionnel... :(

Conclusion : Je pense que la teinte brunâtre de la nébuleuse bleue de Messier 20 est simplement de la diffusion de l'étoile centrale de la nébuleuse, SAO 186149, qui avec un type spectral de F5 est bien jaune orangée et diffuse sa lumière avec les optiques sales. Je répéterai l'expérience, mais je suis à peu près sûr que c'est ce qui se passe, parce que j'ai clairement vu quelque chose qui n'était pas visible avec une optique propre, qui est apparu avec une optique sale, puis qui est disparu avec une optique à nouveau propre, la qualité du ciel et autres conditions d'observations étant restées quasi identiques entre les deux nuits. Donc, avant d'avoir des super optiques, avec des états de surfaces inénarrables (imaginez vous que des optiques vulgaires diffusent de la lumière, yeark :)), etc… nettoyez vos optiques, ça aidera... On en revient au point de départ, il n'y a pas de couleurs visibles dans M20, sauf à avoir des optiques sales. Et les vagues teintes que l'on voit dans ce cas ne sont que de la diffusion d'une étoile brillante, et pas de la nébuleuse elle même. [Depuis la version originale de ce texte, j'ai observé souvent M20 avec mon T600 et toute une gamme d'oculaires (Paracorr+ Nagler 20 ou Ethos 13), et pas de traces de couleurs.]

Autres tests sur la vision des couleurs :

Le second soir sur M20, j'avais bricolé une toute petite bande de scotch opaque pour mettre au centre de mon oculaire, et pouvoir ainsi cacher une partie de la nébuleuse tout en regardant l'autre de façon à voir si le cas échéant, les couleurs de M20 ne seraient pas qu'un effet de contraste, l'œil étant quasi saturé d'un vert monochromatique, voyant du rouge par effet Purkinje . J'installe mon bout de scotch (dans un Meade Super Wide Field de 40mm), et là autre surprise, de part et d'autre de la bande noire formée par le scotch (en gros 6 mm de largeur sur un diamètre d'environ 40 et quelques mm), un liseré brillant de part et d'autre, assez large, en gros de la taille de la bande noire que j'avais crée avec le scotch, dégradé, rejoignant le fond de ciel, mais au bord du scotch, le liseré était tellement brillant qu'il était presque plus brillant que la nébuleuse que je tentais de regarder... Donc test inconcluant, mais concluant quant aux effets de contrastes en visuel. Le test est facile à faire, et prend 5 minutes à bricoler... C'est en fait assez impressionnant, et confirme le fait qu'il faut vraiment se méfier de son oeil en tant que détecteur... Je vous conseille de faire ce test, facile à faire et instructif. En plus simple il suffit de regarder le bord extrême du champ dans un oculaire et voir si c'est plus ou moins brillant que le centre. En fait tous les bons théoriciens de l'optique vous le dirons, il faut surdimensionner son secondaire newton, et aussi le décaler, sinon on risque d'avoir pratiquement un dizième de magnitude de perte sur les bords. En visuel, qu'on y regarde bien, le bord est plus brillant que le centre à cause de l'effet de constraste provoqué sur le bord (moins sur un fort grossissement où la brillance du fond de ciel diminue pas mal, mais au grossissement équipupillaire c'est assez visible).

Encore une autre observation.

En fin de tours, avant de ranger mes télescopes, j'observe généralement deux trois objets pour la route. J'avais donc décidé suite à cette histoire de vision de couleurs dans les nébuleuses, de regarder M42 (nébuleuse d'orion) avec quelques filtres colorés, pour voir un peu ce que ça donnait à travers de filtres. Un des problèmes est qu'on voit quelques teintes dans M42, qui est la nébuleuse la plus brillante du ciel. Je ne veux pas parler de couleurs, on voit du vert et d'autres _teintes_ dans M42, pas des _couleurs_, comme lorsqu'on regarde certaines nébuleuses planétaires dans des grands télescopes où là il y a des couleurs vraiment vives, donc dans M42, on voit une couleur et d'autres " teintes ", voir des impressions de teintes. Un des problèmes est qu'on voit souvent des teintes rosées aux alentours de M42, dans les bras, alors que le centre est vert, verdâtre, avec certaines teintes émaillées par endroits et des bras éventuellement un peu rosés. Hors a priori, le centre de M42 émet bien plus de rouge que les bords, et on devrait a priori toujours, voir du rouge au centre bien avant de le voir sur les bords.... Donc avec le vert qui lui est facilement visible, on devrait voir le centre de la nébuleuse virer vers le jaune assez rapidement. Hors, le centre de la nébuleuse est typiquement vu d'un vert assez franc. Sur pas mal de nébuleuses planétaires de haute brillance surfacique, dans un gros télescope (D>1M) on voit du jaune, qui est le mélange du vert et du rouge. Hors dans un télescope d'amateur, jamais de jaune au centre de M42.

Donc, quelques observations visuelles, avec des filtres.

Filtre vert : La nébuleuse est presque aussi grande que sans filtre, mais toute verte. Y compris les étoiles.

Filtre jaune : L'étendue de la nébuleuse diminue bien, mais est encore parfaitement visible en jaune, les étoiles aussi.

Filtre orange : La nébuleuse est bien diminuée, mais on la voit toujours en couleur, orange dans ce cas, et les étoiles visibles (moins que sans filtre) sont oranges elles aussi.

Filtre rouge : Seule la partie centrale de la nébuleuse est très faiblement visible, d'un rouge assez profond et très peu brillant, mais encore visible en vaguement rouge. J'ai bien tenté de voir quelque chose dans les extensions de la nébuleuse, et malgré que ce genre de filtres rouges passent réellement pratiquement toute la lumière possible au delà d'une certaine longueur d'onde, typiquement 610nm, absolument aucune trace de nébuleuse n'était visible sur M42, à part la partie centrale. J'enlève le filtre et je vois pourtant du rouge sur les pourtours de la zone verte... bizarre non ?

J'ai pris une image de M42, bien réduite et mis un contraste très fort de façon à montrer en gros l'extension de la nébuleuse visible à travers de chaque filtre et en gros la couleur que je voyais, de façon très très approximative, mais pour expliquer...

Là aussi rien ne remplace l'expérience personnelle, et le mieux est pour vous d'observer M42 à travers des filtres colorés, on y apprend toujours quelque chose.

Effet Purkinje ou pas effet Purkinje…
Bon, j'ai merdu… L'effet Purkinje n'est pas ce que je pensais qu'il était… J'ai regardé de plus près, un peu sur internet (chercher Purkinje effect). On trouve des définitions différentes, par exemple on y trouve le fait que cet effet expliquerait que plus longtemps on regarde une étoile rouge, plus brillante elle apparaît (faux je pense, voir plus bas). On trouve que cet effet serait le fait qu'une couleur rouge apparaît plus sombre la nuit que durant le jour, et on s'en rapproche (voir par exemple : http://www.absoluteastronomy.com/encyclopedia/p/pu/purkinje_effect.htm) . Pour ce genre de choses internet peut être bien, mais finalement, dès qu'on a plusieurs sites divergents, on ne sait jamais trop. La première fois que j'ai entendu parler de cet effet c'était dans le livre " Chimie et Physique Photographique " de Pierre Glafkides, qui est en photographie ce qu'on pourrait appeler LA Bible. Donc allons consulter la Bible, ça faisait plusieurs années que je n'avais ouvert ce livre qui a été durant de nombreuses années mon livre de chevet. Et là, on trouve (page 645 de la seconde édition - Paul Montel 1976) la définition de l'effet Purkinje, qui est lié au fait que le maximum de sensibilité de la vision photopique n'est pas le même que celui de la vision scotopique, et que par conséquence, en lumière atténuée, le rouge se trouve plus assombri que le bleu. Purkinje s'était rendu compte que de jours, les fleurs des géraniums étaient plus brillantes que leurs feuilles, et qu'à la nuit tombante les feuilles étaient plus brillantes que les pétales rouges des dits géraniums.

J'aime bien l'introduction de ce paragraphe (verset 571 de la bible photographique), que je reproduis ici avec l'autorisation de son fils (Mr Glafkides père étant décédé) :
" 571 Anomalies de la vision des couleurs - La couleur, étant une sensation, n'a pas d'existence matérielle. Elle est le résultat d'un mécanisme psychophysique encore obscur, mais assez complexe et instable pour qu'il subisse l'effet de phénomènes secondaires divers : "
Et là suivent la définition de l'effet de Purkinje mais aussi quelques autres effets, dont juste plus bas : 
" 
Contraste successif : dû à la fatigabilité de l'œil : quand on fixe une couleur, puis du blanc, on voit la complémentaire. La fatigue provoquée par la présence excessive d'une couleur altère la vision des autres couleurs
Le contraste simultané est le facteur qui fausse le plus notre jugement. Par exemple un objet blanc sur un fond bleu apparaît jaunâtre. Mais il faut considérer non seulement les tons des plages colorées adjacentes, mais aussi leurs brillances, leurs surfaces relatives et aussi leurs dispositions topographies. Une couleur donnée est donc appréciée différemment, suivant qu'elle est considérée seule ou en présence d'autres couleurs. "
Voilà, ça ressemble à ce que j'imaginais. Je pense que cette dernière phrase est à relire et méditer, et surtout à tenter de comprendre dans le contexte d'une vision nocturne d'un objet qui est à la limite de vision entre vision photopique et scotopique. Pour lire un peu au sujet de ces deux visions, j'ai trouvé ce site bien fait (mais en anglais ) : http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/vision/bright.html
Derrière cela aussi le fait qu'une nébuleuse n'est pas un spectre continu, mais une lumière formée de deux raies principales ( le bloc Hbeta et OIII à la limite du bleu vert, et Halpha dans le rouge déjà assez lointain, tellement lointain en fait qu'en vision scotopique, il est parfaitement invisible, la sensibilité de l'œil en faible lumière s'arrêtant à en gros 610nm). En clair, les effets de vision de couleurs dans les nébuleuses brillantes (dans les petits télescopes, disons de diamètre inférieur au mètre) est ce que l'on appelle de façon courante " un bordel sans nom " : Bordélique, parce que difficile à expliquer, et sans nom, parce que personne n'a jamais laissé son nom sur un truc aussi compliqué, on est loin du père Purkinje et de ses géraniums dans la campagne bohème.... Le fait que l'on arrive, dès 300mm de diamètre, à voir du rouge (disons du rougeâtre) dans les bras de M42 alors qu'il n'y a pratiquement pas de rouge dans ces zones là est une illustration correcte de cet effet, qui n'est pas un effet Purkinje comme je le disais par erreur dans le thread, mais un effet de contraste simultané, certainement compliqué par tous les facteurs aggravants liés à la nature même de cette nébuleuse. Il y a du rouge dans les bras de M42 bien sûr, mais il est plusieurs ordres de magnitude plus faible que dans la partie centrale et réellement plusieurs ordres de magnitude que ce que l'oeil peut détecter en vision nocturne. Une très grande dynamique entre le centre et les bords, avec un vert assez brillant pour faire passer l'oeil en vision photophique, mais avec les couleurs extrêmes du spectre en dessous du seuil de sensibilité scotopique/photopique. Je me rappelais d'un autre thread sur le même forum au sujet du rendu photographique des nébuleuses et de la légitimité de faire des images en HalphaRGB par exemple, certains levant les bras au ciel devant tout ce traficotage... Et en fait il est plus que probable que la vue qu'on a de M42 est affectée au dernier degrés par les défauts de notre oeil, on voit des couleurs qui n'existent pas sur certains endroits, et le plus amusant est que finalement M42 malgré cette vision toute distordue reste une des choses les plus belles visibles dans le ciel à travers d'un télescope...

Une chose importante à réaliser est le fait que ce que l'on connaît de la vision, a été testé en lumière continue, en faisant simplement varier la quantité de lumière. Je n'ai pas trouvé de publications parlant de la vision des nébuleuses en émission. Il serait assez simple de construire un petit appareil permettant de faire varier la quantité de lumière, en utilisant des filtres UHC ou OIII ou Halpha pour voir à partir de quel seuil l'oeil enregistre des couleurs dans telle ou telle longueur d'onde, et faire aussi quelque chose pour étudier un peu ces effets de contraste, etc...

Conclusions de ce test (d'après moi bien sûr) : Sur un objet brillant comme M42, il y a assez de lumière pour voir des couleurs, au moins dans les parties brillantes de l'objet. Je n'ai pas beaucoup d'informations sur la bande passante exacte de mes filtres (ce sont des filtres photographiques qui m'ont été vendus avec un fish eye de 16mm de petit diamètre et qui se vissent derrière l'optique ). Je regrette beaucoup de ne pas avoir utilisé de filtre bleu, mais je le ferais un de ces jours. Le problème étant que, en visuel, lorsque l'on passe d'un filtre à un autre on est incapable d'avoir une estimation de la brillance relative. Je sais juste qu'avec le filtre rouge, je voyais un peu de nébulosité, que c'était largement plus faible qu'en vert par exemple, mais sans pouvoir estimer s'il s'agissait d'un facteur 10 ou 100 ou 1000. Ce qui est évident est que sans filtre, le vert écrase tout le reste. En aucun cas, avec le filtre rouge on ne détecte quoique ce soit dans les bras de la nébuleuse, le peu qu'on voit est réellement limité tout autour du trapèze et bien peu lumineux. Ce que l'on voit est du magenta, c'est à dire la couleur complémentaire du vert, et ceci par effet de constraste. Si on arrivait à voir du rouge, il serait lié à l'émission de Halpha, et donc je vous renvois vers la vision du soleil en Halpha pour voir de quel rouge on parle. Ce n'est pas du tout ce "rouge Halpha" que l'on voit dans M42. Aucune autre nébuleuse du ciel est aussi brillante que M42, et même sur Eta Carène (seconde plus brillante), il n'y a rien de spécial à voir au niveau couleur. Je ne parle que des nébuleuses par émission, dites régions HII, pas de la bonne dizaine de nébuleuses planétaires dans le ciel qui montrent bien leur couleur verte, mais qui ne sont pas étendues et autour desquelles on ne voit rien, sauf à être sous l'emprise de substances peu recommandables :).

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