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:: les grands télescopes du 21ème siècle

   

Les grands télescopes du 21ème siècle.

 Les plus grands télescopes modernes sont construits  à plus de 2000 m d’altitude et dans des endroits isolés,  voire même dans l’espace, afin d’éviter la dégradation de la qualité des images causée par la turbulence de l’atmosphère terrestre et la pollution lumineuse.

 Les télescopes terrestres s’affranchissent  partiellement des turbulences atmosphériques par une otique adaptative, dont le  principe repose sur la correction en temps réel de la turbulence de l’air, en déformant un miroir pour focaliser tous les rayons lumineux au foyer.

 

 

Optique adaptative

 

 

 

 La résolution d'un télescope est sa capacité à distinguer de petits détails. Elle est donnée par la relation    R=l/D  avec D = diamètre du télescope et l longueur d’onde dans laquelle on désire étudier un objet céleste. On rappelle que les longueurs d’ondes s’étendent des rayons g très énergétiques, aux ondes radio en passant par les rayons X, l’ultra-violet, le visible, l’infrarouge et les ondes radios.

 Plus le diamètre est grand plus R est petit et plus on verra les détails de l’objet observé.

Pour augmenter la résolution, il faut donc augmenter la taille des miroirs des télescopes. Mais à l'heure actuelle, des miroirs de 100 mètres  et plus ne sont pas envisageables.

Comment faire ?

Il suffit d'utiliser deux télescopes espacés de 100m, voire 300 m, et de « mélanger » la lumière qui en est issue, (les astronomes disent «  faire interférer ») ! Les 2 petits télescopes distants de 300 m ont le même pouvoir de résolution qu'un unique télescope de 300 m !

 

Extrait de la conférence de Denis DEFRERE. Astrophysicien Université de Liège

 

1.     Parmi les grands observatoires terrestres récents on trouve :

 

 L’Observatoire Canada – France – Hawai   CFHT – Mauna kea

 Il est implanté au sommet du volcan Mauna Kea sur l'île d'Hawaï à 4200 mètres d'altitude et bénéficie de conditions climatiques et atmosphériques particulièrement favorables aux observations astronomiques. 

 

 


Un  télescope (CFHT) de 3m60 a été mis en service en 1979.  

 

 Pour augmenter la qualité des images un système d'optique adaptative (voir plus haut) y a été installé : il compense en temps réel  les fluctuations de l'atmosphère (variations de la densité des couches atmosphériques en fonction des conditions de température et d’humidité, modifiant le parcours de la lumière) qui diminuent la qualité des images.

  

L’Observatoire Européen Austral

 L'observatoire européen austral (ESO) a été fondé par plusieurs états européens qui souhaitaient disposer de télescopes performants dans l'hémisphère sud. C'est le site de La Silla, près de La Serena au Chili, situé à 2450m d'altitude dans les Andes qui a été choisi. 

Le télescope de 3m60 a été mis en service en 1976. La qualité du site et le besoin en télescopes pour observer l'hémisphère sud a entraîné l'installation de nombreux autres instruments plus petits.

 

 

Vue générale du site de La Silla Crédit : ESO

   

Certains des télescopes du site de La Silla peuvent être télécommandés depuis l'Europe : cela évite aux astronomes d'avoir à se déplacer.

    

L’Observatoire du  Mont PARANAL.

 

En 1993, l'ESO (European Southern Observatory) a  construit  cet observatoire sur le site du Paranal près d'Antofagasta dans les Andes du Chili où le climat est particulièrement favorable aux observations astronomiques. Le ciel y est clair plus de 300 nuits par an. 
Le V.L.T (Very Large Telescope) est constitué d’un ensemble de 4 télescopes unitaires dont les miroirs primaires ont  8,2 mètres de diamètre et de quatre Télescopes Auxiliaires, mobiles, de 1,8 mètre.  

 

Ci-dessous : les quatre télescopes de 8,2  mètres de diamètre: Antu, Kueyen, Melipal et Yepun, mis en service respectivement en 1998, 1999, 2000 et 2001.

 

 

   

Ci-dessous : Implantation de quelques observatoires au Chili. Des agences de voyage proposent des circuits touristiques pour les visiter. Consultez l’Internet.

 

 

  

Les Radiotélescopes.

 Ils observent le ciel dans le domaine des ondes radio.

Leur pouvoir de résolution est  beaucoup plus bas que celui des télescopes optiques correspondants. C'est pourquoi ils ont un très grand diamètre (voir plus haut la définition de la « résolution »).

On a également recours à l’interférométrie (Voir plus bas – télescope ALMA)

La particularité de ces grands télescopes est leur miroir qui est en fait un grillage dont la maille est de l’ordre de 2 centimètres.

En effet un miroir de bonne qualité doit avoir une surface parfaite; c’est à dire que les aspérités ne doivent être de dimension supérieure à l /10 ;  l étant la longueur d’onde de la radiation observée.

- Pour le rayonnement  visible (perceptible par l’œil) : l = 0,5 m et le surfaçage doit être de 0,05 m. (m = micron= 1 millionième de mètre)

- Pour la radioastronomie une maille de 2 cm est suffisante puisque l = 20 cm.

 Le plus célèbre radiotélescope est celui d’Arecibo (Porto-Rico). Son antenne principale a un diamètre de 305 m. Il a été mis en service en 1963.

On lui doit de nombreuses découvertes. Il a notamment permis de déterminer la période de rotation de Mercure en 1964. Il a été utilisé dans le cadre du programme SETI de recherche de signaux  émis par des civilisations extraterrestres (sans résultat).

Il est classé au patrimoine historique, mais est cependant menacé de fermeture.  Le Conseil national de la recherche américain juge son coût trop élevé  (8,2 millions de dollars/an) et arrêtera son financement en mars 2018.

 

 

 

Ci-dessus ARECIBO

 

 Il faut également citer le radiotélescope russe RATAN-600, constitué d'antennes radio disposées sur un cercle de 576 m de diamètre et le radiotélescope sphérique chinois,  de 500 mètres, nommé « pinyin »,  en abrégé et en anglais FAST pour Five-hundred-meter Aperture Spherical Radio Telescope. Il est situé dans le Guizhou, dans le sud-ouest de la Chine. Son inauguration et sa mise en service ont eu lieu le 25 septembre 2016.

 

 

FAST en Chine

 

 

ALMA pour «Atacama Large Millimeter/submillimeter Array » est un radiotélescope géant observant les ondes millimétriques, installé dans le désert d'Atacama dans le nord du Chili. Voir la localisation schéma plus haut.

   Il est composé de 66 antennes d'un diamètre compris entre 7 et 12 mètres qui peuvent être écartées de 16 km à 150 m et qui fonctionnent en interférométrie. ALMA peut observer les  nuages moléculaires dans lesquels naissent les étoiles.  Il sera capable,  grâce à sa haute résolution, d'étudier le processus de formation des planètes autour des jeunes étoiles. ALMA permettra aussi d’observer les trous noirs super-massifs et d'étudier comment se forment les galaxies.

 

ALMA

  L’observatoire Meerkat en Afrique du sud, près de CapeTown disposera de 64 radiotélescopes de 13,5 m de diamètre en 2018. Ce n’est que la première étape du projet international SKA (Square Kimometer Array) qui prévoit à long terme l’implantation de plus d’une centaine de coupoles en Afrique du Sud et en Australie afin de disposer d’une surface collectrice équivalente à 1 kilomètre carré.

  2.     Les télescopes spatiaux.

  Ils ont l’avantage sur les télescopes terrestres de s’affranchir des turbulences de l’atmosphère mais aussi de son opacité à certaines longueurs d’ondes,  notamment l’infrarouge. Les inconvénients sont le coût et les contraintes techniques liées à la capacité des lanceurs.

 Les performances du premier télescope spatial HUBBLE étaient globalement supérieures, lors de son lancement, à celles des télescopes terrestres. C’est moins le cas en 2017.

 HUBBLE  a été lancé par la navette spatiale en avril 1990.  Depuis près de 30 ans il orbite toujours  autour de la Terre à 590 km d’altitude (nota 400 km pour la station ISS), en 96 minutes. C’est un tube de 13 mètres de long et de diamètre 4,3 m, avec un miroir de 2,4 m. Tout le monde a pu admirer les magnifiques  images envoyées par Hubble après sa réparation en 1993 par des  astronautes emmenés à pied d’œuvre par la navette spatiale. 

 

 

  Télescope spatial Hubble

  Il sera remplacé, si tout va bien, en  octobre 2018 par le télescope spatial James-Webb (James Webb Space Telescope ou JWST, initialement appelé Next Generation Space Telescope ou NGST).

Son lancement pourrait être reporté en 2019 en fonction du plan de charge du lanceur Ariane 5 qui le propulsera dans l’espace depuis Kourou.

Il travaillera  dans l’infrarouge mais ne permettra pas, comme Hubble, d'observer dans l'ultraviolet et en lumière visible.

Il sera équipé  d'un miroir primaire de 6,5 m de diamètre. Il est intéressant de noter que le miroir du JWST devra être replié pour son lancement car le diamètre d’Ariane de dépasse pas 5 m.

Cette contrainte technologique peut limiter l’essor des télescopes spatiaux.

 Les missions scientifiques, attribuées au JWS, pour les 5 ou 6 premières années  seront

-         La recherche de la lumière des premières étoiles et galaxies qui sont apparues dans l'univers après le big bang ;

-          l'étude de la formation de la galaxie et de son évolution ;

-         la compréhension des mécanismes de formation des étoiles ;

-         l'étude des systèmes planétaires et de la formation de la vie.

 

  Le JWST

  Les américains réfléchissent déjà sur l’éventuel successeur du JWST, qu’ils ont  nommé HDST (High Definition Space Telescope),  dont une mission serait l’analyse de l’atmosphère des planètes extra solaires ressemblant à la Terre. 

 Son coût estimé est d’environ 9 milliards de dollars, contre 2 milliards pour HUBBLE qui restera en service jusqu’en juin 2021.

Le coût exorbitant du HDST rend sa réalisation très incertaine, d’autant plus que les télescopes terrestres,  en cours de construction, pourront à moyen terme obtenir les mêmes résultats. C’est notamment le cas de l’ELT (Extremely Large Telescope) de 39 m de diamètre devant être mis en service en 2026, dont le coût est de l’ordre d’ 1 milliard d’euros.

 

   Dimensions de l'ELT et du Colisée à Rome

  Il est situé au nord du Chili, sur le Cerro Armazones (3 060 mètres d'altitude) à vingt kilomètres à l'est du Cerro Paranal, site des quatre télescopes du VLT de l'ESO (Voir plus haut).

D’autre part des astrophysiciens français de très haut niveau soutiennent le projet d’un « Hypertélescope », dont la résolution serait 30 fois plus grande que celle de l’ELT. Le Laboratoire pour l’Interférométrie Stellaire et Exoplanétaire «  LISE » association type loi 1901, composée de bénévoles, composé travaille depuis 2006 pour de développement d’un prototype terrestre dans la vallée de l’Ubaye, dans le sud de la France. L’objectif est d’observer des exoplanètes telluriques.

  A lire dans la revue « Ciel&Espace » de sept. Oct.2017 les très intéressants articles de Vincent Coudé du Foresto et de David Fossé sur le JWST.
Et dans la revue "l'Astronomie" de sept.2017 l'article de Raymond Sadin et l'interviw d'Antoine Labeyrie sur l'Hyertélescope ainsi que celui de Lean-Luc Dauvergne sur le SKA.

Emile BIDOUX Sept. 2017. Bibliographie: Revues précédemment citées et autres sites internet.

 



 
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