Débuter l'astrophotographie.

Si vous avez envie de tenter cette aventure passionnante , il va falloir connaître un certain nombre de choses indispensables, afin de ne pas acheter un matériel inadapté et de ne pas vous décourager. Je ne suis qu'un amateur avec peu de matériel, et je ne prétends pas tout maîtriser des techniques astrophoto, mais je vous livre ici ce que je sais. Mon propos s'adresse surtout aux débutants avec un budget serré, car c'est souvent le cas quand on veut se lancer. Ne soyez pas effrayé par ces quelques lignes, car ce qui compte c'est de se faire plaisir avant tout. Dites vous que vous serez certainement agréablement surpris par vos premiers résultats, même si vous ne suivez pas à la lettre ce que j'écris ici. Vous ferez des erreurs et vous n'aurez pas forcément le bon matériel dès le début et c'est tant mieux car, c'est ainsi qu'on apprend vraiment. Dans mon cas j'utilise un télescope de Newton sur une monture Dobson. J'ai dû un peu relever le miroir primaire pour atteindre le foyer.  Mon Dobson est posé sur une table équatoriale de ma fabrication qui assure le suivi. 

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Le bon matériel pour vos besoins.

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Puisqu'il s'agit de faire de la photo astro, nous allons avant tout raisonner en photographe. L'imageur serait donc le premier achat à faire, mais bien souvent on ne pense à l'astrophoto qu'après l'achat d'un premier télescope. Il faut faire en sorte d'optimiser l'association imageur et télescope. Ensuite il vous faut une bonne monture motorisée et tout un tas de petits accesoires. L'astrophotographie se divise en deux catégories, le planétaire d'une part et le ciel profond d'autre part. Le matériel utilisé pour le planétaire ne sera pas forcément adapté au ciel profond. D'emblée, il faudra donc faire les bons choix.

L'appareil photo ou la caméra.

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Là, il faut que je vous parle de la taille des capteurs. On pourrait penser qu'un réflex plein format (24*36 donc) représente l'idéal, hé bien non, pas forcément, mais si on veut prendre toute la voie lactée alors là oui, oui, oui.
C'est compliqué ? non c'est très simple. Regardons de plus près les types de capteurs sur le marché.

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- les réflex APS-C.

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Ce sont les plus courants. Le capteur est plus petit que le plein format (ratio de 1.6 généralement chez CANON par exemple). De ce fait, ces appareils augmentent la focale pour une même optique. Concrétement si on monte un objectif de 50 mm sur un APS-C on se retrouve avec une focale de 50 x 1.6 = 80 mm ! Ces appareils nous procurent donc un zoom "gratuit" très intéressant pour nos photos astro. On pourra donc prendre un télescope plus modeste en focale. De nos jours ces appareils montent bien dans les ISO. Ils sont tout indiqués pour le ciel profond où on aura besoin de poser longtemps pour capter le plus de lumière possible. Le CANON EOS 1200 D est par exemple un bon choix de début pour environ 350 euros (boitier seul). L'idéal serait bien sûr de défiltrer l'appareil pour qu'il devienne sensible aux émissions d'hydrogène alpha, mais l'opération coûte chère et est très délicate à mener soi même. Vous obtiendrez déjà des résultats honnorables sans réaliser ce défiltrage. Il va sans dire, quoique...que vous devrez shooter en RAW pour garder la possibilité de corriger certains paramètres de vos images, ce qui serait impossible en JPG. Les réflex APS-C ont ma préférence pour le ciel profond, et vous en avez peut être déjà un, ce qui est un paramètre non négligeable.

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- Les réflex plein format.

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Ils sont intéressants si on cherche à faire des photos à large champ (voie lactée par exemple). Si on monte un objectif de 18 mm, on aura vraiment 18 mm de focale, alors qu'avec un APS-C nous aurions 18 x 1.6 = 28.8 mm ! Les plein format montent bien dans les ISO et bruitent moins les images que les APS-C, mais ils sont beaucoup plus chers. A réserver aux plus riches donc. 

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- Les réflex dédiés astro.

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Ces appareils sont géniaux bien sûr car déjà défiltrés, mais ils sont très chers. On peut citer le CANON 60DA qui remplace le 20DA. Malgré tout je déconseille ce type d'appareil si vous êtes totalement débutant. Faites vous la main avec un appareil plus modeste et voyez si la passion perdure avant un tel achat.

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- Les capteurs de webcams.

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Ces capteurs sont très petits, avec un fort ratio de grossissement donc. Voila pourquoi ils sont tout indiqués pour le planétaire. Il est très facile d'adapter une webcam (sans son objectif d'origine bien sûr) au foyer d'un télescope. En modifiant légèrement l'électronique, il est même possible de faire des poses longues. J'utilise deux webcams SPC 900 Philips. Malheureusement, il est de plus en plus dificile de se procurer ce modèle aujourd'hui. Les capteurs de ces webcams sont en technologie CCD, bien plus sensible que le CMOS. J'ai modifié l'électronique de mes deux SPC 900 afin de pouvoir faire des longues poses. Bien sûr, il faut un ordinateur pour enregistrer les séquences vidéo en AVI. Chaque image sera ensuite traitée puis tout sera superposé pour enfin donner l'image finale.

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- Les caméras CCD dédiées astro.

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Il en existe beaucoup avec des tailles de capteur variées. Les plus sérieuses sont refroidies par un module Peltier, le froid aidant à réduire le bruit. On commence à trouver ces caméras à des prix raisonnables. Pour commencer je conseille d'acheter une caméra couleur plus facile d'utilisation que les monochromes même si elles sont moins performantes au niveau sensibilité. Une caméra couleur vous évitera de devoir manipuler une roue à filtres et de prendre 3 clichés pour une image. Il faut compter de quelques centaines d'euros à plusieurs milliers pour ces caméras.

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Avant de passer au télescope parlons un peu de l'échantillonnage.

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Hein, c'est quoi ça ?

Pas de panique, nous allons voir qu'il sera difficile d'être toujours dans le cas idéal. Je me suis même demandé si j'allais en parler ici tellement d'autres problèmes plus graves nous guettent, tel que le suivi, mais bon, pour être à peu près complet je vous explique.

Dès qu'il s'agit de convertir un signal analogique en un signal numérique on parle d'échantillonnage. Le principe consiste à mesurer le signal analogique à une constante de temps ou une constante d'espace (dans notre cas). Pour mieux comprendre on peut prendre le cas d'un signal audio. L'oreille humaine peut entendre des sons jusqu'à 20Khz de fréquence, selon les individus. Si on mesure l'amplitude de ce signal de 20Khz à une fréquence de 22Khz, certains détails risquent de passer entre les mailles, on sous-échantillonne. C'est pourquoi les appareils audio de qualité ont une fréquence d'échantillonnage de 44Khz, plus du double de la plus haute fréquence donc. Ainsi, on est certain de capter tous les détails. Maintenant, prenons le cas d'un son qui ne dépasserait pas 10Khz. Si on l'échantillonne à 44Khz, on capte tout certes, mais on utilise de la mémoire pour rien, on sur-échantillonne. Dans le cas de ce son à 10Khz on pourrait se contenter d'une fréquence d'échantillonnage de 22Khz. Ce qui est valable en audio le sera aussi en photo, avec quelques subtilités supplémentaires. Revenons à nos images.

Pour nous il s'agit de pouvoir enregistrer le plus fin détail que le miroir du télescope peut capter (pouvoir séparateur). Tout comme en audio il faut que le plus petit détail fournit par le télescope soit 2 fois plus grand que la taille des cellules chargées de le détecter, les pixels pour le capteur, les bâtonnets pour l'oeil. Pour info le diamètre des bâtonnets de l'oeil humain est d'environ 5µm.
Le plus petit détail fourni dépend de deux paramètres : le diamètre de l’instrument, et l’amplitude de la turbulence atmosphérique durant la pose. Le diamètre du miroir on le connait, il est fixe, alors que la turbulence est variable...

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Calculons la résolution de l'instrument en secondes d'arc.

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Voici la formule où λ est la longueur d'onde moyenne de la lumière en nm (550nm) et ∅ est le diamètre du miroir en mm.

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R = 0.252 × λ(nm)/∅(mm)

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Par exemple pour un miroir de 200 mm ; R = 0.252 x 550/200 = 0.69"

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Notons que les données constructeur promettent généralement un meilleur pouvoir séparateur. Ceci s'explique car ils font le calcul en prenant la longueur d'onde du bleu comme référence : 450nm...

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Nous avons vu que le plus petit détail perçu par le télescope doit être au moins deux fois plus gros qu'un pixel. L'échantillonnage idéal pour notre miroir de 200 mm sera donc ; E = R/2 = 0.69/2 = 0.34" par pixel. Mais ça, ce serait sans aucune turbulence...

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Dans la pratique, en ciel profond.

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Dans la majorité des cas la turbulence nous permet une résolution entre 2" et 3" d'arc. L'échantillonnage idéal sera donc compris entre 1" et 1.5" d'arc. En ciel profond, il ne faudrait pas descendre en dessous de 1" d'arc car on ne gagnerait rien et on gacherait du précieux temps de pose pour rien. Le suivi de la monture devra être le meilleur possible.

Prenons par exemple un télescope d'une focale de 750 mm. Voici la formule.

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E = 206 x (taille des pixels en µm / focale de l'instrument.

 

Avec un capteur constitué de pixels de 5.2 µm par exemple, cela nous donne:

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E = 206 x (5.2 µm / 750 mm) = 1.42", ce qui est tout à fait correct.

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Dans la pratique, en planétaire.

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Dans ce cas, il s'agit d'aller saisir des détails à la surface des planètes, ce qui implique une longue focale. Il faudra donc avoir un échantillonnage inférieur à 1" d'arc, bien en dessous de la turbulence...comment est ce possible ?

En planétaire, nous allons utiliser une caméra vidéo qui va prendre énormément d'images dont on ne gardera que les meilleures (celles où la turbulence est moindre).

Prenons par exemple un télescope d'une focale de 1500 mm et un capteur dont les pixels font 3.7 µm.

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E = 206 x (3.7 µm / 1500 mm) = 0.5", ce qui est bien.

Pour résumé, l'échantillonnage dépend de la focale et de la taille des photosites du capteur (pixels). Pour avoir un échantillonnage toujours parfait selon la cible choisie, il faudrait donc avoir plusieurs focales disponibles, ainsi que plusieurs imageurs avec des tailles de photosites variés...
Je connais pourtant des astrophotographes amateurs qui obtiennent de très bon résultats en partant de principe que le meilleur capteur doit avoir le plus possible des plus petits possible pixels, ce qui donne un sur-échantillonnage donc. Ne pas trop se prendre la tête là dessus. Ce qui est sûr c'est qu'il vaut mieux sur-échantillonner un peu que de sous-échantillonner.

 

Le télescope.

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Les débutants pensent souvent que le meilleur télescope est forcément le plus gros...mais si vous avez tout suivi jusque là, on vient de voir que pour faire des photos du ciel profond il faut souvent une focale courte.
Les deux principales caractéristiques d'un télescope sont le diamètre de son miroir primaire et sa focale. 

- Le rapport Focale/Diamètre nous donne son ouverture. Par exemple un tube 200-1000 est ouvert à 5. Plus le rapport f/d est petit et plus le télescope reçoit la lumière. 

- La focale détermine le taux de grossissement de l'instrument. Plus le tube est long et plus il grossit, mais si vous suivez toujours bien, moins il reçoit de lumière pour le même diamètre de miroir.
Nous voici donc dans le cercle infernal qui hante les astronomes amateurs. Il faut aussi penser au budget qui est proportionnel au diamètre et inversement proportionnel au rapport f/d. Si vous rêvez d'un tube de 400 mm de diamètre pour une focale de 1600 mm (ouvert à 4 donc), vous devrez être riche !

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Alors finalement on achète quoi ?

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Hé bien c'est là qu'il faut choisir entre le planétaire et le ciel profond ou savoir faire des compromis.

Le planétaire.

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En planétaire les objets célestes sont petits mais assez lumineux. Il nous faudra grossir beaucoup. Une focale longue s'impose donc. Au niveau ouverture, on pourra se contenter d'un f/d assez haut. Mes premières images en planétaire je les ai faites avec un tube de 76 mm de diamètre pour une focale de 900 mm (ouvert à 11 !) monté sur une EQ 1, et ça marchait. Bien sûr Jupiter n'était pas très bien défini mais les bandes étaient visibles ainsi que ses lunes. C'était mes débuts et c'était génial de visiter les régions de la lune et de rapprocher les planètes. Raisonnablement, pour ce type de photos un tube de 250-1200 vous donnera de très bons résultats sans vous mettre sur la paille. On peut rajouter à ça une BONNE lentille de barlow qui augmentera encore la focale.

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Le ciel profond.

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Les objets du ciel profond (galaxies, nébuleuses, amas d'étoiles) sont les plus difficiles à photographier. Les cibles sont souvent grandes mais très peu lumineuses. On va donc chercher à faire entrer le plus de lumière possible, par contre la focale devra souvent être courte pour que ce que l'on vise entre sur la photo. Par exemple, la galaxie d'Andromède entrera entière avec 400 mm de focale mais on en aurait que le coeur avec 1200 mm de focale. Un petit instrument bien ouvert vous donnera les résultats escomptés, à condition que le suivi de la monture tienne la route, car il faudra poser longtemps (plusieurs minutes parfois). Un appareil défiltré rendra très bien le rouge des émissions d'hydrogène alpha. La photographie des objets célestes du ciel profond exige de la patience et des moyens financiers. Une bonne connaissance du ciel est aussi nécessaire. Il faudra faire plusieurs clichés, (le plus possible) afin de les superposer ensuite grâce à un logiciel de traitement astro.

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La monture.

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Alors là, on entre dans ce qui peut rendre fou. En effet, la monture est toujours le point faible quelque soit le prix qu'on y mette. Essayons tout de même de limiter les dégats. Pour faire de la photo la monture doit être obligatoirement de type équatorial. C'est une machine à arrêter le temps en quelque sorte puisqu'elle contrecarre le mouvement de la terre. 
Il est temps de vous parler de l'erreur périodique. Toute monture a un défaut (à part peut être les systèmes direct drive avec moteur couple, à pas moins de 10000 euros...). Pour faire simple, les engrenages constituant le réducteur mécanique ne sont pas parfaits et engendrent une erreur qui se traduit par un défaut de suivi sidéral. C'est pourquoi on a tout intéret à ne pas charger la monture comme une mule.

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Voyons maintenant quelques types de montures équatoriales.
 

La monture équatoriale allemande (EQ..).

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C'est le type de monture le plus courant. Elle devra être solide, lourde et motorisée bien sûr. Faire tourner précisément un équipement de plusieurs kilos autour d'un axe (ascension droite), tout en effectuant des corrections sur l'axe de déclinaison, sans que ça oscille relève de l'exploit, croyez moi. Les sites marchands vont vous proposer un tube de 150-750 sur une monture équatoriale de type EQ 3 en vous disant qu'avec ça c'est impeccable...Pour ce type de tube une EQ 5 vous donnera vraiment satisfaction, mais ce n'est déjà plus le même prix. Si vous lorgnez sur un tube de 200-1000, là c'est une EQ 6 qu'il vous faut...Ce type de monture est équipé de contrepoids qui devront être parfaitement équilibrés.

La table ou plateforme équatoriale.

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Il est tout à fait envisageable de poser un télescope de type Dobson (ou un appareil photo sur son trépied) sur une table équatoriale de qualité pour faire de la photo. Là encore la mécanique d'entrainement devra être la meilleure possible avec le moins d'engrenages possible. Les moteurs pas à pas actuels pilotés par des drivers gérant les micros pas permettent de se passer de réducteur mécanique. Il est même envisageable de construire soi même une telle table si on est équipé et qu'on est très méticuleux.

La monture à fourche.

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Pour ce type de monture très intéressante pour l'astrophoto, il faudra savoir manier les outils, et être très équipé (tour à métaux et fraiseuse), car on ne trouve pas ces montures dans le commerce, du moins pour les tubes Newton. Je pense me lancer prochainement dans la réalisation d'une monture à fourche.

L'autoguidage.

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Afin de réduire l'érreur périodique et ainsi améliorer le suivi, l'autoguidage est une nécessité en ciel profond. Cela implique un deuxième instrument monté en parallèle, généralement une lunette et une caméra d'autoguidage. Avec ce deuxième instrument on vise une étoile qui sert de guide. Logiquement on pourrait croire qu'une longue focale pour l'instrument de guidage améliore la précision, mais il faut tenir compte de la turbulence. Ainsi, de plus en plus d'astronomes amateurs montent leur caméra de guidage sur un chercheur, c'est léger et ça marche très bien. Un logiciel détermine les corrections à effectuer. J'utilise un vieux PC équipé du port parallèle pour récupérer les signaux d'autoguidage ST4. Pour les PC récents, il existe une petite interface USB / ST4. Il y a aussi la solution de la caméra autonome telle la Synguider mais ne la possédant pas je ne sais pas ce que ça vaut. Tout cet équipement pèse encore un peu plus sur la monture, il faut en tenir compte.

La mise en station.

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La mise en station consiste à alligner le pôle céleste avec l'axe d'ascension droite de la monture. Elle devra être la plus parfaite possible pour limiter les corrections de l'autoguidage. Il existe plusieurs méthodes plus ou moins précises. Depuis l'avènement du numérique la méthode de King est assez facile à mettre en oeuvre et donne de très bons résultats. Elle consiste à faire des clichés de la région pôlaire et observer la dérive des étoiles. On ajuste les réglages de la monture en fonction de la dérive. J'utilise le logiciel Astro snap qui calcule les corrections à faire sur la monture. 

Le traitement des images astro.

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Avant de vous mettre en chasse de votre première cible (M31, M45, M42 ouvrent souvent le bal), il  faut savoir de quoi vous allez avoir besoin pour traiter vos images. D'un logiciel bien sûr (IRIS par exemple), mais ces logiciels ont besoin de matière pour donner le meilleur. La matière c'est bien sûr vos clichés bruts, mais pas que...

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Les darks.

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Un dark est une photo prise avec le même temps de pose que vos bruts mais avec le bouchon sur l'optique ! Oui, vous avez bien lu, il va falloir faire des photos toutes noires. Pourquoi cela ?
Un capteur numérique, si on le fait poser longtemps voit certains de ses pixels s'échauffer ce qui donne des points chauds sur la photos. Puisque ces points chauds existent sur le dark, ils sont aussi présents sur vos bruts. Le fait de bien les matérialiser sur une photo noire permettra au logiciel de savoir où ils sont et ainsi de les retirer des bruts. Faites si possible autant de darks que de bruts.

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Les offsets.

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Un offset est encore une photo noire mais cette fois ci prise avec le plus court temps de pose que permet votre appareil. Cela mettra en évidence le bruit de lecture du capteur. Comme pour les darks le logiciel de traitement éliminera ces défauts.

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Les flats ou PLU.

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Cette fois on enlève le bouchon et on ne dérègle pas la mise au point du télescope. On vise quelque chose de blanc, un mur par exemple et on l'éclaire avec une lampe torche. L'idéal est de se fabriquer une boite à flats avec des leds blanches et du carton blanc. Cela va vous donner de magnifiques photos afocales d'un gris moyen. Vous verrez peut être, et même sûrement des taches plus sombres sur ces photos. Ce sont des poussières ! Vous pourrez également observer dans les coins le vignettage. Le logiciel saura où il devra réhausser la lumière pour éliminer tout ça.

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Si on résume une séance astrophoto c'est beaucoup d'images noires, pas mal de grises, et enfin les bruts si convoités.

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Voila à quoi ressemble une image brute.

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Comme vous pouvez le constater l'image brute est très orangée. Ceci est dû à la pollution lumineuse. Les logiciels de traitement savent corriger ce problème dans une certaine mesure.

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Derniers conseils.

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Vous êtes arrivé au bout de ces lignes ? bravo ! Vous les avez lues plusieurs fois ? c'est encore mieux. Vous voila presque prêt à faire vos premières images. Voici mes derniers conseils:

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- apprenez à vous repérer dans le ciel nocturne, c'est très important de savoir situer rapidement une cible.

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- fuyez la pollution lumineuse en vous éloignant suffisament des villes sur-éclairées.

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- ne faites pas de séance avec du vent. Le résultat serait médiocre même si vous possédez une super monture.

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- couvrez vous bien ! Les nuits d'hiver sont les plus favorables à l'astrophotographie, mais rester immobile en plein froid n'est pas très confortable. Emportez de quoi manger et boire.

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- ayez suffisament d'accus pour votre appareil et votre monture. Le froid les décharge plus vite.

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- soyez patient. Vos premières images seront sans doute très médiocres mais petit à petit elles s'amélioreront.

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- et surtout amusez vous !