Voilà le spécialiste qui nous manquait    
Juste une remarque : tu exagères un peu le rôle de l'atmosphère il me semble, il y a des mecs qui ont des télescopes de 300 ou 400 mm de diamètre uniquement faits pour l'observation visuelle (des Dobson), qui permettent de voir des trucs hallucinants à l'oeil nu qu'on ne verrait pas dans un télescope de 200mm.

pour les téléscopes d'amateur c'est la même chose : à grossissement égal, un 300 mm révélera plus de détails qu'un 200 non pas parce qu'il en voit intrinsèquement plus (à cause de l'atmosphère, toussa...) mais tout simplement parce que l'image sera plus lumineuse, et donc on voit des détails qui étaient trop faibles dans un téléscope plus petit

la différence entre un téléscope et un gros téléobjectif ? sujet intéressant
 
parmi les téléscopes amateurs, on trouve souvent des 114/900 (diamètre/focale en mm, et en astro on dit que ça fait un rapport F/D 8, quand les photographes parleraient de f/8 ) et des 150/750 (donc F/D 5). on trouve aussi des 200/2000 (les Celestron C8 notamment, et ça fait du F/D 10), et vu que ces machins sont pas super lumineux on ajoute souvent des réducteurs de focale pour les ramener à F/D 6.
 
tout ça c'est pour des instruments d'amateur bien sûr, c'est uniquement à titre indicatif et c'est loin d'être exhaustif
 
maintenant pour le "Une lunette de 60mm de diamètre, même d'excellente qualité, ne permettra jamais de capter autant de détails d'une lunette de 200mm de diamètre", en fait c'est vrai, mais pas autant qu'on pourrait le croire.  
 
il suffit d'avoir fait un peu d'optique pour savoir que plus le diamètre de l'objectif est grand, moins ce dernier sera sujet à la diffraction. en astro, on parle de pouvoir séparateur d'un instrument : en fait, l'image d'une étoile par le téléscope n'est pas ponctuelle, il y a une tâche de diffraction, qui possède une certaine largeur. le pouvoir séparateur, c'est l'angle minimal entre deux étoiles pour que les tâches de diffraction ne se chevauchent pas, et donc qu'on puisse distinguer les deux étoiles.
 
dans ce sens, oui plus le diamètre est grand plus l'instrument permettra de voir des détails fins. seulement, à partir d'environ 200 mm de diamètre (si je me rappelle bien), le pouvoir séparateur est limité par la présence de l'atmosphère !
 
alors, me demanderez vous, mais quel est l'intérêt de faire des téléscopes de 10 m ? bah c'est tout bêtement une question de luminosité : plus le téléscope est gros plus y a de lumière qui rentre, donc moins il faut de temps de pose pour les photos sachant que même avec des monstres de plusieurs mètres, les pros font des poses de plusieurs heures, je vous laisse imaginer le temps qu'il faudrait avec un 200 mm  
 
pour les téléscopes d'amateur c'est la même chose : à grossissement égal, un 300 mm révélera plus de détails qu'un 200 non pas parce qu'il en voit intrinsèquement plus (à cause de l'atmosphère, toussa...) mais tout simplement parce que l'image sera plus lumineuse, et donc on voit des détails qui étaient trop faibles dans un téléscope plus petit
 
petit détail en passant : un téléscope c'est comme un objectif d'appareil photo, si on regarde derrière sans y foutre un appareil on voit rien sur un téléscope, on met des oculaires qui peuvent être de focale variable, ce qui permet de grossir plus ou moins suivant ses besoins. donc heureusement, un téléscope c'est pas juste un objectif à focale fixe, ça fait aussi zoom dans une certaine mesure par contre, quand on fait de la photo, c'est souvent au foyer donc en utilisant le téléscope comme un "vulgaire" téléobjectif à focale fixe.
 
pour vous convaincre du fait que l'atmosphère, ça fait vraiment chier, dites vous que le célèbre télescope spatial hubble qui fournit des images inaccessibles aux téléscopes terrestres ne fait que 2,2 mètres de diamètre (pour 52 de focale ), alors que les plus gros téléscopes terrestres font 10 mètres.
 
pour améliorer les performances à terre, y a plusieurs solutions : déjà, on se met en altitude, ensuite on peut bosser en interférométrie (combiner plusieurs téléscopes pour avoir un meilleur résultat, c'est comme ça que marche le VLT, avec 4 téléscopes de 8,4 m), et on peut aussi utiliser l'optique adaptative (ça consiste à déformer le miroir du télescope en temps réel pour s'adapter aux "déformations" de la lumière induite par les turbulences de l'atmosphère).
 
bref, pour donner une réponse définitive au paradoxe "dans le domaine très particulier de l'astronomie, la finesse de l'image ne dépend pas de la distance focale, mais du diamètre de la lentille principale (ou du miroir) de l'instrument", en fait en astro la focale de l'instrument n'est pas directement intéressante, vu qu'en changeant d'oculaires on peut obtenir un peu le grossissement qu'on veut. donc on compare les performances des instruments à grossissement égal, et là le téléscope le plus gros sera le plus performant, pour toutes les raisons que j'ai expliqué