télescope - astronomie.

télescope - astronomie. 1 PRÉSENTATION télescope, appareil servant à former une image agrandie d'un objet distant. 2 HISTORIQUE 2.1 La lunette astronomique Précurseur du télescope, la lunette astronomique est conçue en Hollande vers 1608. On en attribue l'invention à l'opticien hollandais Hans Lippershey, bien que quelques controverses subsistent à ce sujet. Mais c'est l'astronome italien Galilée qui, le premier, l'utilise pour l'observation astronomique en 1609. À l'aide des premières lunettes astronomiques qu'il met au point (grossissement d'environ 20), Galilée découvre notamment les montagnes et les cratères de la Lune, ainsi que les quatre lunes principales de Jupiter. Son confrère allemand Johannes Kepler en perfectionne le principe, en proposant une formule optique à deux lentilles convexes (voir optique). Cette idée est mise en application vers 1630 par l'Allemand Christoph Scheiner, un père jésuite astronome et mathématicien. Du fait des difficultés dues à l'aberration sphérique, la distance focale est très élevée : jusqu'à 61 m. Grâce à l'invention, en 1757, de l'objectif par l'opticien anglais John Dollond (voir achromatisme), et à l'amélioration, à partir de 1754, du verre optique à base de plomb -- fortement dispersif -- on peut enfin construire de bons télescopes. Toutefois, le diamètre des lentilles ne dépasse pas 10 cm, ce qui limite la taille des instruments. Des procédés de fabrication de verres de plus grandes dimensions sont mis au point à la fin du XVIIIe siècle par Pierre Louis Guinand, un opticien suisse qui s'associe ensuite au physicien allemand Joseph von Fraunhofer. On peut alors fabriquer des instruments de 25 cm de diamètre. La seconde moitié du XIXe siècle consacre un astronome américain, Alvan Clark, qui fabrique avec son fils Alvan Graham Clark d'excellentes optiques pour des lunettes astronomiques équipant les grands observatoires américains, l'observatoire impérial russe de Poulkovo et d'autres institutions européennes. 2.2 Les premiers télescopes Dans un télescope, un miroir concave est utilisé pour former l'image. De nombreuses variantes ont été inventées pour cet instrument qui a servi à de nombreuses découvertes astronomiques importantes. L'histoire commence au tout début du XVIIe siècle, quand Niccolo Zucchi, un jésuite italien, a l'idée de se servir d'un oculaire pour observer l'image produite par un miroir concave. En 1663, le mathématicien écossais James Gregory est le premier à proposer la formule du télescope ; le mathématicien et physicien anglais Isaac Newton en construit une première version en 1671. Dans ce type d'instrument, la lumière réfléchie par le miroir primaire concave doit être amenée à une position d'observation, en dessous ou sur le côté de l'instrument -- sans quoi l'oculaire et la tête de l'observateur occulteraient une grande partie du faisceau incident. Gregory contourne cette difficulté en interposant un miroir secondaire concave pour diriger la lumière vers l'oculaire. Henry Draper, l'un des premiers astronomes américains à construire un télescope, utilisera deux siècles plus tard un prisme à réflexion totale au lieu du miroir plan du télescope de Newton. Le physicien et astronome français Jean Cassegrain invente en 1672 un télescope utilisant un miroir secondaire convexe et non plus concave. L'astronome anglais William Herschel incline le miroir principal et place l'oculaire de sorte qu'il ne fasse pas obstacle aux rayons incidents. Il utilise des miroirs de plus de 1,20 m de diamètre, logés dans un tube d'environ 12 m de long. Les miroirs de télescope sont en général constitués d'un alliage de cuivre et d'étain, jusqu'à ce qu'un chimiste allemand, le baron Justus von Liebig, découvre une méthode pour déposer un film d'argent sur une surface de verre. L'argenture des miroirs devient universelle, facilitant la construction du miroir et permettant sa réargenture à tout moment sans altérer sa forme. L'argent a été depuis supplanté par l'aluminium, qui garantit une durée d'utilisation supérieure. En 1931, l'opticien allemand Bernhard Schmidt invente un télescope à large champ, dont le principe combine réflexion et réfraction. Le télescope de Schmidt incorpore une lame correctrice asphérique placée à l'entrée de l'instrument. Le plus grand télescope de ce type (lentille de 1,34 m de diamètre et miroir de 2 m) est celui de l'observatoire Karl Schwarzschild à Tautenberg, en Allemagne. 2.3 Les télescopes modernes À l'heure actuelle, le plus grand télescope du monde est le télescope Keck (9,82 m de diamètre) de l'observatoire du Mauna Kea à Hawaii. Les autres grands télescopes (plus de 2,50 m de diamètre) sont à Zelentchouk (6 m), en Russie ; au mont Palomar (5,08 m), en Californie ; au mont Roque de los Muchachos (4,19 m) sur l'île de La Palma, aux Canaries ; au sommet du Cerro Tololo (4,01 m) près de La Serena, au Chili ; à l'observatoire anglo-australien près de Coonabarabran en Australie (3,89 m) ; à l'Observatoire national de Kitt Peak près de Tucson, dans l'Arizona (3,81 m) ; et à Mauna Kea (3,81 m). Le pionnier en la matière est le télescope de 2,54 m de diamètre de l'observatoire du mont Wilson, situé à Pasadena, en Californie : demeuré célèbre pour avoir servi dans les années 1920 aux travaux de l'astronome américain Edwin Hubble, son utilisation a cessé de 1985 à 1992 sous l'effet, entre autres, de pressions financières. La conception du télescope de Keck marque une innovation importante : la surface réfléchissante de l'instrument est composée d'une mosaïque de trente-six miroirs hexagonaux, tous orientables individuellement grâce à trois vérins. Elle équivaut à un miroir primaire de 10 m de diamètre, sans en avoir le poids. Des techniques dites d'optique active permettent de jouer en temps réel sur les vérins pour optimiser le profil de la surface réfléchissante totale. Un second télescope -- Keck II -- a été mis en service au sommet du Mauna Kea en 1996, soit 4 ans après son « frère jumeau «. Autre instrument remarquable, le télescope à miroirs multiples (MMT) du mont Hopkins, au sud de Tucson, dans l'Arizona. Achevé en 1979, le MMT juxtapose six miroirs concaves de 1,83 m de diamètre pour recueillir autant de lumière qu'un télescope de 4,50 m de diamètre. Ce dispositif a été remplacé en 1992 par un miroir unique de 6,50 m de diamètre. La taille et la qualité des miroirs des télescopes ne cessent d'augmenter. Ainsi, entre 1998 et 2001, quatre télescopes géants de 8,20 m de diamètre ont été mis en service au sommet du mont Paranal, au Chili : il s'agit du programme européen Very Large Telescope (VLT), développé par l'European Southern Observatory (ESO). 3 RADIOTÉLESCOPES Le radiotélescope Very Large Array (VLA) est situé à environ 80 km à l'ouest de Socorro, au Nouveau-Mexique. Là, vingt-sept antennes mobiles et orientables, de 25 m de diamètre, sont organisées selon un réseau en forme de Y, avec des branches de 21 km. En combinant les signaux des vingt-sept antennes (principe d'interférométrie), le VLA a un pouvoir de résolution comparable à ceux des grands télescopes optiques. Le radiotélescope à très large base (VLBA) est constitué d'une série de dix antennes parcourant l'Amérique du Nord, de Hawaii jusqu'aux îles Vierges. Achevé en 1993, le VLBA utilise le même principe interférométrique, afin d'obtenir des images à haute résolution. Le plus grand radiotélescope orientable (100 m de diamètre) est situé en Allemagne, à l'Institut Max Planck de radioastronomie, à Effelsberg, près de Bonn. Le plus grand radiotélescope fixe (305 m de diamètre) est celui d'Arecibo, à Porto Rico, utilisé par l'université de Cornell (États-Unis). Achevé en 1963, il est construit dans une cuvette naturelle en forme de coupole : le dispositif détecteur, au foyer du télescope, est suspendu au-dessus du miroir par trois supports en acier. 4 TÉLESCOPE SPATIAL HUBBLE Seul véritable observatoire optique orbital en activité, le télescope spatial Hubble (HST, Hubble Space Telescope) est satellisé le 25 avril 1990, à 612 km au-dessus de la Terre. Mais dès sa mise en orbite, ce fabuleux instrument -- bâti autour d'un télescope de type Cassegrain (télescope à miroir parabolique et hyperbolique) et d'une valeur de l'ordre de 1,14 milliard d'euros -- souffre d'un défaut de fabrication de son miroir principal, de 2,44 m de diamètre. En décembre 1993, une première mission de maintenance est effectuée à l'aide de la navette spatiale Endeavour : un groupe d'astronautes parvient à y remédier en interposant un dispositif correcteur dénommé COSTAR, logé à la place du photomètre ultrarapide. Le spécialiste de mission suisse Claude Nicollier est chargé de commander le bras télémanipulateur de la navette, utilisé pour capturer et maintenir le satellite durant sa réparation. L'équipage en profite également pour remplacer la caméra à large champ (pour les images planétaires) par un modèle plus perfectionné. En février 1997 a lieu une deuxième mission de maintenance du télescope spatial Hubble, à l'aide de la navette spatiale Discovery. Pendant six jours, l'équipage de la navette s'emploie à améliorer l'équipement du télescope et ajoute deux nouveaux instruments d'observation : un spectrographe STIS (Space Telescope Imaging Spectrograph) de nouvelle génération, qui remplace deux anciens instruments, et une caméra NICMOS (Near Infrared Camera and Multi-Object Spectrograph), qui permet de recueillir des informations dans le proche infrarouge. Les astrophysiciens peuvent alors étudier des astres relativement froids, comme les sites de formation d'étoiles ou les exoplanètes ( voir astronomie infrarouge). La caméra infrarouge permet également d'observer des galaxies lointaines, cela grâce à l'effet Doppler, très souvent employé en astrophysique : les corps, en s'éloignant de nous, émettent un rayonnement dont la longueur d'onde se décale vers le rouge (voir décalage spectral). Ainsi, les galaxies, en s'éloignant, émettent un rayonnement qui nous parvient dans le domaine infrarouge, et que la caméra NICMOS peut donc détecter. En fait, la lumière reçue a souvent été émise il y a plusieurs milliards d'années. Ainsi, la caméra NICMOS permet de faire des progrès dans la connaissance de l'origine de l'Univers. Grâce aux opérations de maintenance réalisées en 1999 et 2002, le télescope spatial Hubble est toujours opérationnel. Toutefois, à la suite de l'accident tragique de la navette Columbia en février 2003 -- et pour des raisons d'ordre économique (coût des navettes spatiales et de la Station spatiale internationale) et politique (la politique spatiale du président Bush étant tournée vers la Lune et Mars) --, la NASA annule la dernière mission d'entretien du télescope, prévue en 2005 ; une opération entièrement robotisée est cependant à l'étude. Puis en octobre 2006, contre toute attente, l'administrateur de la NASA Michael Griffin annonce l'envoi en 2008 d'une navette pour réparer et maintenir à niveau le célèbre télescope. En effet, cette cinquième mission de maintenance 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. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.