Les télescopes spatiaux

(Image d’illustration ci-dessus tirée du site Télescope astronomie.)

Après l’article sur la sphère de Dyson, le mois dernier, aujourd’hui parlons des télescopes spatiaux.

 

 

Les télescopes spatiaux

 

Qu’est-ce qu’un télescope spatial ?

Un télescope spatial est un télescope placé au-delà de l’atmosphère terrestre. Il présente l’avantage, par rapport à son homologue terrestre, de ne pas être perturbé par l’atmosphère, qui déforme les rayonnements lumineux.

En effet, l’air perturbe le cheminement des photons et réduit la qualité des observations : les images prises par les instruments terrestres sont troubles. Pour pallier ce problème, il existe aujourd’hui la technologie de l’optique adaptative utilisée par les télescopes Keck, comme je vous en parlais dans l’article consacré à Andréa Ghez. Mais envoyer un télescope dans l’espace pour des observations directes est bien plus efficace, d’autant que la pollution lumineuse ne cesse d’augmenter sur Terre.

Télescope spatial Hubble de la NASA.

 

À quoi sert un télescope spatial ? Quelles sont ses caractéristiques ?

Un télescope spatial permet d’observer les planètes éloignées, les galaxies, toutes sortes d’objets célestes, et même le fonds diffus cosmologique. Le télescope Planck a photographié ce dernier durant sa mission, de 2009 à 2013. Un article très complet est à lire à ce sujet sur le site de Futura sciences.

Un télescope spatial peut, soit observer l’ensemble de la voûte céleste, soit observer une portion bien définie de l’espace. Il peut être installé en orbite autour de la Terre ou en orbite autour du Soleil. Afin que ses instruments puissent observer l’espace dans les meilleures conditions, il est important qu’ils ne soient pas perturbés par des ondes lumineuses ou électromagnétiques. Certains satellites astronomiques sont ainsi placés sur les points de Lagrange [1].

On distingue les télescopes spatiaux des satellites astronomiques dans leur conception. Les premiers utilisent une optique (avec miroirs) et observent les rayonnements visibles, les seconds captent les rayonnements invisibles (avec spectromètres) : rayons gamma, rayons X et radio. Tout dépend des longueurs d’onde qu’ils observent.

Voici, par exemple, le schéma du télescope Hubble (source astroclubmarsan.net)  :

Ci-dessous, le schéma du satellite Chandra (source Chandra X-ray observatory) :

Et des schémas des différentes longueurs d’ondes observées par les télescopes et satellites :

 

Quels sont les télescopes spatiaux et qu’observent-ils ?

Le plus connu des télescopes spatiaux est évidemment le télescope Hubble. Construit par la NASA, il a été lancé en avril 1990 et placé en orbite terrestre, à 590 kilomètres d’altitude. Il observe la lumière visible, les ultraviolets et le proche infrarouge. Il aurait dû être remplacé par le James Webb Space Telescope en 2018, mais la construction de ce dernier a pris du retard. La fin de mission de Hubble devrait survenir en 2021.

Le télescope Hubble a permis de magnifiques observations de l’espace et des découvertes fondamentales. Il a obtenu la première image des abords d’un trou noir supermassif au centre d’une galaxie, en 1992 ; bien avant le remarquable travail de Kathy Bouman et de son équipe. (Voir l’article sur Stelvision.com et de superbes photos.) Hubble a permis de mesurer le taux d’expansion de l’univers, de photographier des milliers de galaxies et de nous montrer la structure de l’univers, ou encore d’étudier l’atmosphère des premières exoplanètes découvertes.

D’autres télescopes observent la lumière visible. Kepler, construit par la NASA, a démarré sa mission en mars 2009. Il se trouve au point de Lagrange L2. Gaïa, construit par l’ESA (pour European Space Agency, ou Agence Spatiale Européenne), a démarré sa mission en décembre 2013, et a été placé lui aussi au point de Lagrange L2.

Les rayonnements gamma sont générés par les supernovae, les étoiles à neutrons, les pulsars et les trous noirs. Le satellite COS-B, construit par l’ESA, a effectué une mission d’observation de ces rayonnements de 1975 à 1982, en orbite terrestre. Le satellite Granat (CNRS) a effectué une mission de 1989 à 1999. Actuellement, les satellites en fonction sont : le HETE 2 et le SWIFT (de la NASA), lancés en 2000 et 2004, l’INTEGRAL (de l’ESA) lancé en 2002, tous les trois placés en orbite terrestre. (La liste complète des télescopes spatiaux et des satellites astronomiques est à consulter sur Wikipédia.)

Satellite INTEGRAL de l’ESA.

Les rayons X sont émis par les amas de galaxies, les trous noirs, les noyaux galactiques, les étoiles doubles comportant une naine blanche et les étoiles. Les satellites qui les observent actuellement sont : HETE 2, SWIFT, INTEGRAL, mais aussi Chandra (NASA) et XMM-Newton (ESA), lancés tous deux en 1999.

Les rayonnements ultraviolets sont émis par les étoiles et les galaxies. Pour les observer, les scientifiques disposent essentiellement de satellites lancés par la NASA, tels que Hubble, CHIPS (depuis 2003) et Astrosat (depuis 2009), tous placés en orbite terrestre. On notera aussi le satellite WSO-UV de Roscosmos (l’agence chargée du programme spatial russe), lancé en 2015 et placé en orbite géosynchrone [2].

Galaxie M101 vue dans l’ultraviolet.

Les rayonnements infrarouges sont émis par des objets plus froids que les précédents. Ce sont par exemple les naines brunes, les nébuleuses et les galaxies décalées vers le rouge. Le satellite ISO de l’ESA a effectué une mission d’observation de 1995 à 1998. Une collaboration entre l’ESA et la NASA a aboutit au lancement du satellite Herschel en 2009, qui a été placé au point de Lagrange L2. Les autres satellites actuellement en service sont SWAS, WIRE, WISE (pour ne citer qu’eux) ; ils appartiennent à la NASA et ont débuté leurs missions respectivement en 1998, 1999 et 2009, en orbite terrestre.

Le James Webb Space Telescope observera aussi les infrarouges, dès 2021, normalement. (Voir l’article à ce sujet, sur le site “Dans la Lune”, ICI.)

James Webb Space Telescope de la NASA.

D’autres ondes sont observées, telles que les ondes radio, millimétriques et submillimétriques (fonds diffus cosmologique observé par Planck, de l’ESA). Certains satellites ont aussi pour mission de détecter des particules : rayonnement cosmique, électrons… tel que le Spectromètre magnétique Alpha (AMS), construit par la NASA et l’ESA, et envoyé en 2011 sur la station spatiale internationale.

Enfin, eLISA (pour Evolved Laser Interferometer Space Antenna) est le projet de l’ESA pour étudier les ondes gravitationnelles depuis une orbite terrestre. Ce satellite viendra compléter les mesures enthousiasmantes réalisées par LIGO, VIRGO et KARGA, nos interféromètres terrestres, dont je vous parlais dans l’article du mois de mai.

Ci-dessous, quelques magnifiques photos prises par le télescope Hubble (voir l’article source, sur Science et Avenir) :

 

Nébuleuse de la Lyre ; Nébuleuse de la Bulle ; Nébuleuse australe du Crabe.

Galaxie des Antennes ; Galaxie NGC 3256 ; Etoile variable V838 Monocerotis

 

Pour finir, je vous propose de regarder une vidéo très intéressante. Elle date de 2016 : depuis, nous avons acquis quelques connaissances supplémentaires sur les trous noirs, grâce à Andréa Ghez et à Kathy Bouman, entre autres. Bon voyage dans l’espace…

H.G.

 

 

[1] Points de Lagrange : “Un point de Lagrange est une position de l’espace dans un système à deux corps, où leurs champs de gravité se combinent de manière à fournir un point d’équilibre à un troisième corps de masse négligeable, tel que les positions relatives des trois corps soient fixes.” (Source : Futura sciences.) Il existe 5 points de Lagrange pour le système Terre-Soleil.

[2] Orbite géosynchrone : orbite géocentrique sur laquelle un satellite se déplace dans le même sens que la Terre, et dont la période orbitale est égale à la période de rotation de la Terre (23 h 56 min). Cette orbite est située à 35 800 km d’altitude.

 

Articles précédents dans la série “Contenus scientifiques” :

La sphère de Dyson – juin 2020 ;

Les interféromètres – mai 2020.

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