Les nouvelles techniques d'observation (I).

II) Les nouvelles techniques d’observation

Les télescopes : la décomposition du rayonnement électromagnétique.

L’espace baigne dans un intense rayonnement millimétrique (rayonnement cosmologique) que l’on pense être un vestige du " big-bang ".Le rayonnement infrarouge est responsable de la sensation de chaleur, le rayonnement ultraviolet nous fait bronzer, les rayons X permettent de déceler des fractures par exemple.

LES LONGUEURS D’ONDES

• Violet : 0.4 - 0.446 mm

• Bleu : 0.446 - 0.500 mm

• Vert : 0.500 - 0.578 mm

• Jaune : 0.578 - 0.592 mm

• Orange : 0.592 - 0.620 mm

• Rouge : 0.620 - 0.7 mm

Le bleu, le vert et le rouge sont les couleurs (ou les longueurs d'onde) primaires du spectre visible. Une couleur primaire ne peut être créée par deux autres couleurs, mais toutes les autres couleurs peuvent être créées en combinant les couleurs primaires. Même si nous voyons la lumière du Soleil comme ayant une couleur uniforme ou homogène, en réalité, elle est composée d'une variété de longueurs d'onde dans les parties de l'ultraviolet, du visible, et de l'infrarouge du spectre.

L'infrarouge s'étend approximativement de 0,7 à 100 mm, ce qui est un intervalle environ 100 fois plus large que le spectre visible. L'infrarouge se divise en deux catégories: IR réfléchi et IR émis ou thermique .Le rayonnement ultraviolet se situe au-delà du violet de la partie du spectre visible. Certains matériaux de la surface terrestre, surtout des roches et minéraux, entrent en fluorescence ou émettent de la lumière visible quand ils sont illuminés par un rayonnement ultraviolet.

La lumière que nos yeux peuvent déceler se trouve dans ce qui s'appelle le "spectre visible". Il est important de constater que le spectre visible représente une bien petite partie de l'ensemble du spectre. Une grande partie du rayonnement électromagnétique qui nous entoure est invisible à l'oeil nu, mais il peut cependant être capté par d'autres dispositifs de télédétection. Les longueurs d'onde visibles s'étendent de 0,4 à 0,7 mm. La couleur qui possède la plus grande longueur d'onde est le rouge, alors que le violet a la plus courte. Le spectre électromagnétique s'étend des courtes longueurs d'onde (dont font partie les rayons gamma et les rayons X) aux grandes longueurs d'onde (micro-ondes et ondes radio).

Un exemple : Hubble

Le télescope spatial Hubble a été lancé par la navette spatiale Voyager en 1990. Ce n’est pas une sonde d’exploration devant s’éloigner de la Terre, mais c’est un télescope en orbite permettant de s’affranchir de l’atmosphère terrestre et de distinguer les détails sur la surface des planètes. Les images envoyées par Hubble sont d’excellence qualité, surtout depuis qu’il a été réparé en 1993 par des astronautes venus par la navette spatiale.

Le télescope emprunte son nom à Edwin Powell Hubble, l’astronome qui découvrit en 1929 que la lumière émise par les galaxies les plus lointaines dont il venait de prouver l’existence, est décalée vers le rouge. Ce décalage est interprété comme la traduction physique de leur éloignement, incluant l’idée de l’expansion de l’Univers.

Fonctionnement des télescopes classiques.

Définition.

Un télescope est un instrument optique de base en astronomie dont l’objectif est généralement un miroir concave.

Fonctionnement.

 Il ne faut pas confondre lunette et télescope…

Le trajet de la lumière est fondamentalement différent dans ces deux instruments optiques.

Le principe de fonctionnement d’un télescope est basé sur un jeu de miroirs. Le miroir primaire capte la lumière et la dirige vers un second miroir qui, à son tour, la réfléchit vers l’oculaire.

Les points forts des télescopes sont leur compacité et leur grande luminosité. Comme, dans un télescope, le trajet effectue des allers-retours, le tube est plus court que la distance focale réelle du miroir primaire. De même, il est plus facile, et donc moins coûteux, de fabriquer de grands miroirs que de larges lentilles.

L’intérêt majeur des télescopes, par rapport aux lunettes, est leur grande clarté, indispensable pour observer des corps célestes peu lumineux..

Leurs limites.

Les télescopes terrestres ont leurs faiblesses.

La principale est liée à leur principe de fonctionnement, notamment à l’occultation partielle du miroir primaire par le miroir secondaire. La conséquence la plus fâcheuse est la l’accentuation d’anneaux parasites lors de l’observation de sources lumineuses ponctuelles. Une autre faiblesse est l’hypersensibilité aux turbulences de l’air, même par nuit claire.

A la différence des télescopes au sol, le travail de Hubble n’est pas contraint par la turbulence atmosphérique et la pollution lumineuse, deux des bêtes noires des astronomes. En effet, la turbulence atmosphérique rend les étoiles semblables à des objets plutôt floues et étendus ; et la pollution lumineuse, due notamment à la lumière diffuse des villes, limite les observations aux objets les plus brillants. ( Transition sur Hubble… ).

Les découvertes

Tout d’abord, Hubble apporte la preuve définitive de l’existence de planètes extrasolaires (jusqu’ici leur existence était une quasi-certitude mais elles restaient invisibles du fait de la lumière aveuglante de leur soleil). Ensuite Hubble a montré que le cosmos était plus rempli qu’on ne le croyait .Hubble a aussi permis de mesurer le taux d’expansion de l’univers (interrogation qui datait de la découverte de ce processus d’expansion, il y a près de 70 ans par le chercheur Edwin Hubble). Le télescope a permis de donner un âge à l’univers : environ 12 milliards d’années.

C’est lui aussi qui a permis de démontrer que l’expansion de l’univers doit se poursuivre indéfiniment et en s’accélérant (basé sur la théorie du Big-Bang).

Mais étant une véritable mine d’informations ,il a permis d’établir un lien entre les sursauts de rayons gamma et la mort des étoiles (les explosions les plus puissantes de l’univers, les sursauts de rayons gamma, se produisent dans les galaxies éloignées, dans des régions ou se forment de nouvelles étoiles super massives), sans compter qu’il a permis d’observer que les disques de gaz (hydrogène essentiellement) autour des jeunes étoiles (qui peuvent donner naissance à des planètes ) sont également très instables et ont tendance à se dissiper.

Hubble a aussi détecté la présence d’un trou noir super massif au centre de la plupart des galaxies.

Si l’on ajoute à cela, que Hubble a fourni les images les plus claires du processus complexe de naissance et de mort des étoiles, ainsi que les premiers éléments visuels sur les changements climatiques de grande ampleur survenus sur les planètes Uranus et Neptune (il a pu fournir des vues de la surface de Pluton, on peut dire que Hubble a fait progresser de manière spectaculaire le domaine du savoir en ce qui concerne l’espace et ses mystères.

Les limites de Hubble

Hubble est, malgré toutes les découvertes qu’il représente, sur la fin de sa vie (du moins fonctionnelle : il est prévu que Hubble soit ramené par la navette Columbia en 2010 et il sera exposé au musée national de l’Air et de l’Espace de Washington). Le remplaçant de Hubble sera lancé en 2009 : Next Generation.

Hubble va partir car il est encore limité par rapport à ce que va pouvoir fournir son successeur : non pas que Hubble soit de piètre qualité mais tout simplement du fait que Hubble représente la première génération de télescope orbital et par conséquent les technologies qu’il possède sont pour la plupart expérimentales. Ainsi son successeur va amener avec lui toutes ces technologies sous une forme plus développée et plus résistantes aux conditions réelles, désormais connues, d’utilisation.

Mais durant sa vie Hubble a subi plusieurs interventions, comme la correction de l’aberration sphérique dont était affecté le télescope. Les panneaux solaires furent aussi remplacés car ils étaient responsables du dépointage de l’instrument en raison de chocs thermiques subis lors du passage du satellite de la zone d’ombre terrestre à la zone éclairée du soleil.

La caméra planétaire à grand champ, défectueuse à l’origine, fut aussi remplacée et on en profita pour installer une pièce optique correctrice pour le reste des instruments.

Et en 1999, le changement des gyroscopes fut nécessaire pour permettre à Hubble de subsister encore quelques temps.

Même si Hubble a dû être réparé à de multiples reprises, ce fut plus à cause son âge à la fois jeune (en années) mais déjà vieux (pour ces technologies expérimentales).

Et si Hubble doit être remplacé dans quelques années, aucun scientifique ne pourra nier dans l’avenir que Hubble a fait progresser notre connaissance du passé et que sa fabrication et son utilisation furent une révolution.