spatial, télescope - astronomie.

spatial, télescope - astronomie. 1 PRÉSENTATION spatial, télescope, télescope, ou tout autre détecteur astronomique, placé sur un satellite artificiel en orbite autour de la Terre. 2 CARACTÉRISTIQUES DE L'OBSERVATION SPATIALE Le développement de l'observation spatiale, réalisé au cours de la seconde moitié du XXe siècle, a profondément modifié notre vision de l'Univers, en ouvrant notamment de nouvelles fenêtres d'observation dans le spectre électromagnétique. Les télescopes spatiaux ont en effet accès à l'ensemble du spectre électromagnétique, alors que l'atmosphère terrestre absorbe une grande partie du rayonnement, notamment les rayons gamma et X (voir astronomie gamma et astronomie X), l'ultraviolet (voir astronomie de l'ultraviolet), et une large fraction du rayonnement infrarouge (voir astronomie infrarouge). L'astronomie spatiale a permis l'exploration de ces domaines spectraux en apportant une abondance d'informations sur les planètes du Système solaire, sur les étoiles et les galaxies, ainsi que sur les phénomènes qui les régissent. Certains phénomènes ou objets, tels que les trous noirs et les galaxies actives, requièrent l'analyse et la comparaison des données sur l'ensemble du spectre électromagnétique pour être interprétés correctement. L'astronomie spatiale est aussi très utile à l'astronomie optique, traditionnellement menée depuis des observatoires terrestres. En effet, les télescopes optiques spatiaux offrent une vision beaucoup plus nette des objets astronomiques en s'affranchissant de la turbulence de l'atmosphère terrestre. De plus, un télescope spatial a accès à la totalité de la sphère céleste, alors qu'un télescope terrestre ne peut observer que des portions du ciel définies par sa position sur Terre. Les missions astronomiques des télescopes spatiaux recouvrent aussi bien des sondages systématiques du ciel (de petits satellites y suffisent), que des observations d'objets particuliers, qui nécessitent de plus grands satellites de la classe des observatoires spatiaux. Ces derniers sont contrôlés depuis la Terre par des astronomes, qui aident au pointage du télescope dans la bonne direction. Il y a près d'un siècle que le Russe Konstantin Tsiolkovski et l'Allemand Hermann Oberth ont fait valoir les avantages des télescopes spatiaux, notamment pour éviter que la lumière des étoiles soit affectée par la turbulence de l'atmosphère terrestre. Mais ce n'est qu'après 1960, lorsque les fusées sont capables de propulser des satellites en orbite autour de la Terre, que le rêve d'une astronomie spatiale devient réalité. Les Britanniques réalisent le premier programme astronomique spatial, en lançant en avril 1962 le satellite Ariel 1, destiné à l'étude des rayonnements ultraviolets et X émis par le Soleil. Six ans plus tard, le satellite américain OAO 2, du programme OAO (Orbital Astronomical Observatory) conçu par la NASA (National Aeronautics and Space Administration), est lancé avec succès en emmenant à son bord des détecteurs sensibles à l'infrarouge, à l'ultraviolet, et aux rayons X et gamma. Cette première génération de télescopes est extrêmement utile au développement ultérieur de télescopes spatiaux beaucoup plus complexes. 2.1 Observatoires de rayonnement X L'atmosphère de la Terre absorbe la quasi-totalité du rayonnement X émis par les sources célestes. Le premier rayonnement X émis par une source autre que le Soleil est observé en 1962 à l'aide d'une fusée américaine équipée d'un détecteur approprié. Cette source, nommée Scorpius X-1, sera identifiée plus tard comme un système binaire d'étoiles. Le rayonnement X est souvent associé avec des phénomènes très énergétiques, telles les supernovae (explosions d'étoiles au terme de leur vie) et le centre des galaxies actives, les systèmes binaires dans lesquels un objet très dense, comme une naine blanche ou une étoile à neutrons, soumet l'étoile compagnon à une telle force d'attraction gravitationnelle qu'une fraction de sa masse lui est arrachée pour être chauffée à une température de plusieurs millions de degrés. Cette matière émet ainsi un rayonnement thermique dans le domaine des longueurs d'onde X qu'on observe depuis les observatoires spatiaux. Le premier télescope spatial dédié exclusivement à l'étude du rayonnement X, nommé Uhuru ou Explorer 42, est lancé en 1970 par la NASA. Il détecte des milliers de sources réparties dans tout l'Univers, aussi bien des sources galactiques situées dans notre galaxie, la Voie lactée, que des sources extragalactiques situées aux confins de l'Univers observable. L'observatoire américain Einstein, encore nommé HEAO-2 (High Energy Astronomical Observatory), est lancé en 1978 ; il comporte à son bord le premier télescope capable de focaliser le rayonnement X et donc de réaliser des images des sources émettrices. Le satellite international Röntgen (ROSAT), opérationnel de 1990 à 1999, a permis de cataloguer près de 100 000 sources de rayonnement X. Depuis, d'autres satellites dédiés à l'astronomie X poursuivent l'étude du ciel en X -- principalement les satellites RXTE, XMM-Newton, Chandra X-ray Observatory. 2.2 Observatoires de rayonnement gamma L'observation du rayonnement gamma est cruciale pour les scientifiques car elle permet d'étudier les multiples processus physiques et dynamiques, de nature explosive ou extrêmement énergétiques, survenant dans l'Univers (voir gamma, astronomie). Notre galaxie, la Voie lactée, est la source d'un rayonnement gamma diffus (fond diffus galactique gamma) résultant d'une part de l'interaction des rayons cosmiques avec le milieu interstellaire, et d'autre part du rayonnement des pulsars (vestiges des supernovae). Les galaxies actives sont également sources de rayonnement gamma selon des mécanismes qui ne sont pas encore totalement élucidés. L'ensemble du rayonnement gamma émis par ces objets pourrait expliquer la présence du fond diffus extragalactique, bien que deux autres explications soient envisagées : la première fait appel aux phénomènes d'annihilation de protons et d'antiprotons aux frontières des superamas de galaxies ; la seconde invoque l'évaporation de minuscules trous noirs primordiaux. Les premiers satellites, sensibles au rayonnement gamma, sont lancés dans les années 1970. Le satellite américain SAS-2 (Small Astronomical Satellite, encore nommé Explorer 48, lancé en 1972) et le satellite européen COS B (Celestial Observatory Satellite, lancé en 1975), sont les premiers télescopes à isoler des sources spécifiques de rayonnement gamma. Les satellites américains HEAO-1 et HEAO-3, lancés respectivement en 1978 et 1979, réalisent un relevé systématique des sources de rayonnement gamma dans tout le ciel. Le satellite américain SMM (Solar Maximum Mission), lancé en 1980, observe principalement le rayonnement gamma émis par le Soleil. De mystérieuses sources sporadiques de rayonnement gamma très énergétiques, les sursauts gamma, sont découvertes fortuitement à la fin des années 1960 par des satellites militaires américains et rendus publics en 1973. Leur origine extragalactique est pressentie par les scientifiques qui analysent les observations du satellite américain CGRO (Compton Gamma-Ray Observatory) lancé en 1991. En effet, les sursauts gamma sont aléatoirement distribués dans tout le ciel, et non concentrés dans le plan de la Voie lactée, ce qui exclut une origine galactique. La première observation de la contrepartie optique d'un sursaut gamma, réalisée en 1997 par le télescope optique américain Keck, confirme l'hypothèse d'une origine extragalactique. En effet, la mesure de la distance obtenue grâce à l'analyse du rayonnement optique indique qu'il s'agit d'un objet situé à des milliards d'années-lumière de la Terre, en dehors des frontières de notre galaxie. Le télescope spatial Hubble obtient la même année, la première image optique de la galaxie responsable d'un sursaut gamma. 2.3 Observatoires du rayonnement ultraviolet Les sources de rayonnement ultraviolet sont nombreuses. Parmi elles, figurent les étoiles les plus chaudes, les naines blanches récemment formées, les phénomènes énergétiques de nature explosive, telles les novae et les supernovae, l'environnement circumstellaire des jeunes étoiles, et le coeur des galaxies actives ( voir astronomie de l'ultraviolet). Le satellite international IUE (International Ultraviolet Explorer) réalisé conjointement par la NASA, l'ESA et la Grande-Bretagne, a été d'une exceptionnelle longévité puisque, lancé en 1978, il reste opérationnel jusqu'en 1996. Parmi les multiples observations des novae et supernovae qu'il réalise, il identifie un nouveau type de nova créé par l'explosion d'une naine blanche. Les observations de rayonnement ultraviolet postérieures à IUE sont menées par des télescopes placés à bord de ballons et de navettes spatiales. 2.4 Observatoires de rayonnement infrarouge L'atmosphère terrestre émet un rayonnement infrarouge, nommé fond diffus atmosphérique infrarouge. Cette émission est inévitablement enregistrée par les détecteurs placés aux foyers des télescopes terrestres. Par ailleurs, l'atmosphère terrestre contient de la vapeur d'eau qui absorbe le rayonnement infrarouge incident émis par les sources célestes et l'empêche ainsi d'atteindre les détecteurs. Les télescopes infrarouges spatiaux s'affranchissent du fond diffus atmosphérique et sont ainsi très sensibles aux sources de rayonnement infrarouge, même de faible intensité (voir astronomie infrarouge). Le satellite international IRAS (InfraRed Astronomical Satellite), lancé en 1983, a effectué dans tout le ciel, un relevé systématique des sources ponctuelles de rayonnement infrarouge. Le catalogue IRAS contient désormais des centaines de milliers de sources. Parmi elles figurent de nouvelles comètes, des quasars et une nouvelle classe de galaxies ultralumineuses en infrarouge. L'observation des régions de formation d'étoiles compte parmi les découvertes les plus extraordinaires effectuées par ce satellite. La naissance des étoiles s'accomplit généralement dans des nuages moléculaires du milieu interstellaire. Lorsqu'une étoile est profondément enfouie dans le nuage qui lui a donné naissance, le seul rayonnement qui révèle sa présence est le rayonnement infrarouge, émis par le cocon de gaz qui l'entoure. Ainsi, le satellite IRAS a découvert les plus jeunes étoiles de notre galaxie. Les observations des jeunes étoiles situées en bordure des nuages moléculaires, donc probablement un peu plus âgées que les étoiles précédentes, ont révélé l'existence de disques circumstellaires, vraisemblablement le berceau de futures planètes ( voir formation des systèmes planétaires). En 1995, le télescope infrarouge européen ISO (Infrared Space Observatory), conçu par l'Agence spatiale européenne (ESA), prend la relève du satellite IRAS. De l'étude de la climatologie de Saturne à celle des galaxies ultralumineuses, possédant un taux de formation d'étoiles jusqu'à 1000 fois supérieur à celui de notre galaxie, le satellite ISO poursuit la mission fructueuse du satellite IRAS en observant plus finement les sources infrarouges. En août 2003, le lancement du télescope infrarouge SIRTF (Space InfraRed Telescope Facility) complète la gamme des grands observatoires spatiaux de la NASA. 2.5 Observatoires spatiaux optiques Les observatoires optiques placés dans l'espace ont l'avantage de donner des images non perturbées par l'atmosphère terrestre, donc plus nettes. Le satellite astrométrique européen HIPPARCOS (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite), lancé en 1989, a collecté des informations sur la distance, les positions et les couleurs de plus de 100 000 étoiles, avec des précisions inégalées. Le télescope spatial Hubble (HST, Hubble Space Telescope) d'environ 12 tonnes est placé en orbite en 1990 pour réaliser une mission de 15 ans d'observation de sources de rayonnement optique. Le miroir primaire du HST, large de 2,4 m forme ainsi des images 10 fois plus nettes qu'un télescope terrestre de même taille. Il est également sensible à une partie de l'ultraviolet et de l'infrarouge proche. Jusqu'à la mise au point, à la fin du XXe siècle, d'une nouvelle technique appelée optique adaptative, la résolution des télescopes optiques terrestres était limitée par la turbulence atmosphérique. Les systèmes d'optique adaptative corrigent en temps réel les fluctuations de l'atmosphère, ce qui permet d'obtenir des observations avec une résolution d'image limitée par le seul phénomène de diffraction dans le télescope ; cette résolution est essentiellement fixée par le diamètre du miroir primaire. Mais si cette technique permet de s'affranchir des problèmes de turbulence, l'absorption du rayonnement par l'atmosphère et la pollution lumineuse des sites d'observation par les activités humaines constituent toujours des problèmes incontournables pour la recherche conduite depuis des observatoires terrestres. Ainsi, le télescope spatial Hubble constitue un instrument unique et indispensable à l'exploration de l'Univers. C'est la raison pour laquelle il a bénéficié de quatre missions de maintenance (en 1993, 1997, 1999 et 2002). L'installation de nouveaux instruments toujours plus performants au cours de ces missions a contribué au succès du télescope, à l'origine de découvertes majeures (présence de trous noirs massifs au centre de certaines galaxies, images de supernovae, de nébuleuses, de galaxies lointaines, etc). Devant ce palmarès exceptionnel, une cinquième mission de maintenance, annulée en 2004 pour des raisons d'ordre économique (coût des navettes spatiales et de la Station spatiale internationale) et politique (la politique spatiale du président George W. Bush étant tournée vers la Lune et Mars), est finalement décidée en octobre 2006. Cette nouvelle mission doit permettre d'installer un capteur de guidage indispensable pour l'orientation du télescope, de réparer le spectrographe imageur installé en 1997 et défaillant depuis 2004, mais aussi d'accroître les capacités scientifiques du télescope avec l'installation de deux nouveaux instruments : le spectrographe COS (Cosmic Origins Spectrograph) et la caméra à grand champ WFC-3 (Wide Field Camera 3). Cette mission devrait ainsi prolonger la durée de vie du HST jusqu'en 2013, date à laquelle son successeur, le James Webb Space Telescope (JWST), de 6,5 m de diamètre, réalisé en collaboration avec l'Agence spatiale européenne (ESA) et l'Agence spatiale canadienne, devrait prendre le relais. Le satellite astronomique américain COBE (COsmic Background Explorer), lancé en 1989, avait pour mission principale d'observer le rayonnement de fond du ciel aux longueurs d'onde comprises entre l'infrarouge lointain et le rayonnement radio. D'après les observations réalisées par COBE, ce rayonnement interprété en terme de fond diffus cosmologique est présent partout dans l'Univers et homogène à 10-5 près. Les propriétés de ce rayonnement thermique (rayonnement d'un corps noir à une température de 2,7 K) sont globalement en accord avec la théorie cosmologique du big bang, qui prédit une expansion et un refroidissement de l'Univers, succédant à une phase primordiale extrêmement dense et chaude. Toutefois, l'étude des fluctuations minimes du fond diffus cosmologique est primordiale pour la validité du modèle du big bang. Elle sera réalisée par le satellite américain MAP (Microwave Anisotropy Probe) -- rebaptisé WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), en hommage au cosmologiste américain de renommée internationale David Wilkinson, décédé en 2002 --, lancé le 30 juin 2001. Il sera épaulé par le satellite Planck-Surveyor de l'ESA, dont le lancement est prévu en 2007. 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