Avez-vous déjà regardé le ciel nocturne en vous demandant à quoi ressemble l'univers de près ? Même si vous avez la chance d'avoir accès à un télescope au sol, dont la clarté dépend de facteurs atmosphériques comme les nuages, vous n'obtiendrez pas la lucidité que méritent ces superbes objets célestes. En 1946, un astrophysicien nommé Dr Lyman Spitzer Jr. a proposé d'installer un télescope dans l'espace pour révéler des images plus claires.
Cela semble logique, non ? Cependant, c’était avant même que quiconque ait lancé une fusée dans l’espace. Avancez jusqu’en 1990, le lancement du télescope Hubble. Et où est le télescope Hubble ? Espace.
Comme les États-Unis Le programme spatial ayant mûri dans les années 1960 et 1970, Spitzer a fait pression sur la NASA et le Congrès pour qu'ils développent un télescope spatial. En 1975, l'Agence spatiale européenne (ESA) et la NASA ont commencé à élaborer les premiers plans du projet et, en 1977, le Congrès a approuvé les fonds nécessaires. La NASA a désigné Lockheed Missiles (maintenant Lockheed Martin) comme entrepreneur chargé de construire le télescope et ses systèmes de support, ainsi que de l'assembler et de le tester.
Le célèbre télescope doit son nom à l'astronome américain Edwin Hubble, dont les observations d'étoiles variables dans des galaxies lointaines ont confirmé que l'univers était en expansion et ont conforté la théorie du Big Bang.
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Après un long retard dû à la catastrophe du Challenger en 1986, le télescope spatial Hubble s'est mis en orbite le 24 avril 1990, à bord de la navette spatiale Discovery. Depuis son lancement, Hubble a remodelé notre vision de l'espace, avec des scientifiques écrivant des milliers d'articles basés sur les découvertes lucides du télescope sur des sujets importants comme l'âge de l'univers, les trous noirs gigantesques et l'apparence des étoiles en proie à la mort.
Dans cet article, nous parlerons de la façon dont Hubble a documenté l'espace extra-atmosphérique et des instruments qui lui ont permis de le faire. Nous parlerons également de quelques-uns des problèmes que le vénérable télescope/engin spatial a rencontrés en cours de route.
Presque immédiatement après son déploiement en 1990, les astronomes ont découvert un problème avec leur télescope bien-aimé de 1,5 milliard de dollars et de 43,5 pieds (13,3 m). Leur nouvel œil de la taille d'un semi-remorque dans le ciel ne pouvait pas se concentrer correctement. Ils se sont rendu compte que le miroir principal du télescope avait été meulé à la mauvaise dimension. Bien que le défaut du miroir – à peu près égal à un cinquantième de l’épaisseur d’un cheveu humain – semble ridiculement infime à la plupart d’entre nous, il a provoqué une aberration sphérique du télescope spatial Hubble et produit des images floues. Les astronomes n'ont sûrement pas passé des années à travailler sur le télescope pour se contenter de clichés banals de l'espace.
Les scientifiques ont mis au point une lentille « de contact » de remplacement appelée COSTAR (Corrective Optics Space Telescope Axial Remplacement) pour réparer le défaut du HST. COSTAR se composait de plusieurs petits miroirs qui intercepteraient le faisceau du miroir défectueux, corrigeraient le défaut et transmettraient le faisceau corrigé aux instruments scientifiques au foyer du miroir.
Les astronautes et le personnel de la NASA ont passé 11 mois à se préparer à ce qui allait être l'une des missions spatiales les plus difficiles jamais tentées. Finalement, en décembre 1993, sept hommes à bord de la navette spatiale Endeavour se sont envolés dans l'espace pour la première mission de maintenance du HST.
Il a fallu une semaine à l'équipage pour effectuer toutes les réparations nécessaires, et lorsque le télescope a été testé après la mission de maintenance, les images ont été considérablement améliorées. Aujourd'hui, tous les instruments placés dans le HST disposent d'optiques correctrices intégrées pour le défaut du miroir, et COSTAR n'est plus nécessaire.
Cependant, Hubble ne se limite pas à COSTAR, et nous parlerons ensuite de certaines de ces parties critiques.
Comme tout télescope, le HST possède un long tube ouvert à une extrémité pour laisser entrer la lumière. Il dispose de miroirs pour rassembler et amener la lumière vers un foyer là où se trouvent ses « yeux ». Le HST dispose de plusieurs types d'« yeux » sous la forme de divers instruments. Tout comme les insectes peuvent voir la lumière ultraviolette ou que nous, les humains, pouvons voir la lumière visible, Hubble doit également être capable de voir les différents types de lumière tombant du ciel.
Plus précisément, Hubble est un télescope à réflecteur Cassegrain. Cela signifie simplement que la lumière pénètre dans l’appareil par l’ouverture et rebondit du miroir principal vers un miroir secondaire. Le miroir secondaire réfléchit à son tour la lumière à travers un trou au centre du miroir primaire vers un point focal derrière le miroir primaire. Si vous dessiniez le chemin de la lumière entrante, cela ressemblerait à la lettre "W", sauf avec trois bosses vers le bas au lieu de deux.
Au point focal, des miroirs plus petits, mi-réfléchissants, mi-transparents, distribuent la lumière entrante aux différents instruments scientifiques. (Nous parlerons davantage de ces instruments dans la section suivante.) Comme vous l'avez peut-être deviné, ce ne sont pas de simples miroirs ordinaires dans lesquels vous pourriez admirer votre reflet.
Les miroirs de HST sont fabriqués en verre et recouverts de couches d'aluminium pur (trois millionièmes de pouce d'épaisseur) et de fluorure de magnésium (un millionième de pouce d'épaisseur) pour les faire réfléchir la lumière visible, infrarouge et ultraviolette. Le miroir principal mesure 7,9 pieds (2,4 mètres) de diamètre et le miroir secondaire mesure 1,0 pied (0,3 mètre) de diamètre.
Ensuite, nous parlerons de ce que Hubble fait avec toute cette lumière après qu'elle ait atteint les miroirs du télescope.
En regardant les différentes longueurs d’onde, ou le spectre de la lumière, d’un objet céleste, vous pouvez discerner bon nombre de ses propriétés. Pour ce faire, HST est équipé de plusieurs instruments scientifiques. Chaque instrument utilise des dispositifs à couplage de charge (CCD) plutôt qu'un film photographique pour capturer la lumière. La lumière détectée par les CCD est transformée en signaux numériques, qui sont stockés dans des ordinateurs de bord et relayés vers la Terre. Les données numériques sont ensuite transformées en superbes photos. Regardons comment chaque instrument contribue à ces images.
La Wide Field Camera 3 (WFC3) est l'un des principaux instruments d'imagerie de Hubble. Doté de deux canaux, le WFC3 capture à la fois la lumière ultraviolette et infrarouge, étendant ainsi la portée d'observation de Hubble. Il utilise deux puces rectangulaires distinctes pour ses canaux ultraviolet/visible et infrarouge. Associé à une vaste gamme de filtres, WFC3 permet aux astronomes de glaner des détails complexes sur les objets célestes, ce qui en fait une mise à niveau essentielle par rapport à la caméra à grand champ et planétaire 2 (WFPC2) dans la mission de longue date de Hubble.
Souvent, les gaz et la poussière interstellaires peuvent bloquer notre vision de la lumière visible provenant de divers objets célestes. Pas de problème :Hubble peut voir la lumière infrarouge, ou la chaleur, des objets cachés dans la poussière et le gaz. Pour voir cette lumière infrarouge, HST dispose de trois caméras sensibles qui composent la caméra infrarouge proche et le spectromètre multi-objets (NICMOS).
En plus d'éclairer un objet céleste, la lumière émanant de cet objet peut également révéler de quoi il est fait. Les couleurs spécifiques nous indiquent quels éléments sont présents, et l'intensité de chaque couleur nous indique la quantité de cet élément est présente. Le spectrographe imageur du télescope spatial (STIS) sépare les couleurs entrantes de la lumière un peu comme un prisme fait un arc-en-ciel.
En plus de décrire la composition chimique, le spectre peut transmettre la température, la densité et le mouvement d'un objet céleste. Si l’objet est en mouvement, l’empreinte chimique peut se déplacer vers l’extrémité bleue (se dirigeant vers nous) ou vers l’extrémité rouge (s’éloignant de nous) du spectre. Malheureusement, le STIS a perdu du courant en 2004. Il a été réparé en 2009.
Au cours d'une mission de maintenance en février 2002, les astronautes ont ajouté la caméra avancée pour les levés (ACS), doublant le champ de vision de Hubble et remplaçant la caméra pour objets faibles, qui servait de téléobjectif au HST.
L'ACS, qui voit la lumière visible, a été installé pour aider à cartographier la répartition de la matière noire, détecter les objets les plus éloignés de l'univers, rechercher des planètes massives et examiner l'évolution des amas de galaxies. Les scientifiques ont estimé que cela durerait cinq ans et, juste à temps, une panne d'électricité a désactivé deux de ses trois caméras en janvier 2007.
Le dernier instrument à bord du HST sont ses capteurs de guidage fin (FGS), qui pointent le télescope et mesurent avec précision les positions et les diamètres des étoiles, ainsi que la séparation des étoiles binaires. Le Hubble possède au total trois de ces capteurs ; deux pour pointer le télescope et le maintenir fixé sur sa cible, à la recherche d'étoiles « guides » dans le champ HST à proximité de la cible. Lorsque chaque FGS trouve une étoile guide, il s'y verrouille et renvoie des informations au système de direction HST pour maintenir cette étoile guide dans son champ. Pendant que deux capteurs dirigent le télescope, l'un d'entre eux est libre d'effectuer des mesures astrométriques (positions des étoiles). Les mesures astrométriques sont importantes pour détecter les planètes, car les planètes en orbite font vaciller les étoiles mères lorsqu'elles se déplacent dans le ciel.
Vous savez maintenant comment Hubble prend toutes ces photos. Nous découvrirons ensuite l'autre vie de Hubble en tant que vaisseau spatial.
Hubble n'est pas seulement un télescope doté d'instruments scientifiques hautement spécialisés. C'est aussi un vaisseau spatial. A ce titre, il doit avoir du pouvoir, communiquer avec le sol et pouvoir changer d'attitude (orientation).
Tous les instruments et ordinateurs à bord du HST nécessitent une alimentation électrique. Deux grands panneaux solaires remplissent cette responsabilité. Chaque panneau en forme d'aile peut convertir l'énergie solaire en 2 800 watts d'électricité. Lorsque le HST se trouve dans l'ombre de la Terre, l'énergie stockée dans les batteries embarquées peut alimenter le télescope pendant 7,5 heures.
En plus de produire de l'électricité, le HST doit être capable de communiquer avec les contrôleurs au sol pour relayer les données et recevoir des commandes pour ses prochaines cibles. Pour communiquer, le HST utilise une série de satellites relais appelés système TDRS (Tracking and Data Relay Satellite). Actuellement, il existe cinq satellites TDRS répartis à divers endroits dans le ciel.
Le processus de communication de Hubble est également facilité par les deux principaux ordinateurs installés autour du tube du télescope, au-dessus des baies d'instruments scientifiques. Un ordinateur communique avec le sol pour transmettre des données et recevoir des commandes. L'autre ordinateur est responsable du pilotage du TVH et de diverses fonctions d'entretien ménager. Hubble dispose également d'ordinateurs de secours en cas d'urgence.
Mais qu’est-ce qui est utilisé pour récupérer des données ? Et qu’arrive-t-il à ces informations une fois qu’elles ont été collectées ? Quatre antennes positionnées sur le télescope transmettent et reçoivent des informations entre Hubble et l'équipe des opérations aériennes du Goddard Space Flight Center à Greenbelt, Maryland. Après avoir reçu l'information, Goddard l'envoie au Space Telescope Science Institute (STScI) dans le Maryland, où elle est traduite en unités scientifiques telles que la longueur d'onde ou la luminosité.
Découvrez ensuite comment Hubble navigue.
Hubble effectue un zoom autour de la Terre toutes les 97 minutes, il peut donc être difficile de se concentrer sur une cible. Trois systèmes embarqués permettent au télescope de rester fixé sur un objet :les gyroscopes, les capteurs de guidage fin dont nous avons parlé dans la section précédente et les roues de réaction.
Les gyroscopes suivent les mouvements grossiers de Hubble. Comme les boussoles, ils détectent son mouvement, indiquant à l'ordinateur de vol que Hubble s'est éloigné de la cible. L'ordinateur de vol calcule ensuite dans quelle mesure et dans quelle direction Hubble doit se déplacer pour rester sur la cible. L'ordinateur de vol dirige ensuite les roues de réaction pour déplacer le télescope.
Les capteurs de guidage fin de Hubble aident à maintenir le télescope fixé sur sa cible en visant des étoiles guides. Deux des trois capteurs trouvent des étoiles guides autour de la cible dans leurs champs de vision respectifs. Une fois trouvés, ils se verrouillent sur les étoiles guides et envoient des informations à l’ordinateur de vol pour garder les étoiles guides dans leur champ de vision. Les capteurs sont plus sensibles que les gyroscopes, mais la combinaison des gyroscopes et des capteurs peut maintenir le HST fixé sur une cible pendant des heures, malgré le mouvement orbital du télescope.
Le HST ne peut pas utiliser de moteurs de fusée ou de propulseurs à gaz pour se diriger comme le font la plupart des satellites, car les gaz d'échappement flotteraient près du télescope et obscurciraient le champ de vision environnant. Au lieu de cela, le HST possède des roues de réaction orientées dans les trois directions de mouvement (x/y/z ou tangage/roulis/lacet). Les roues de réaction sont des volants d’inertie, comme ceux que l’on trouve dans un embrayage. Lorsque le HST doit se déplacer, l'ordinateur de vol indique à un ou plusieurs volants d'inertie dans quelle direction tourner et à quelle vitesse, ce qui fournit la force d'action. Conformément à la troisième loi du mouvement de Newton (pour chaque action, il y a une réaction égale et opposée), le HST tourne dans la direction opposée des volants jusqu'à ce qu'il atteigne sa cible.
Y a-t-il quelque chose que Hubble ne peut pas faire ?
Bien que le HST soit à l'origine d'innombrables images et découvertes incroyables, il présente quelques limites.
L'une de ces limitations est que le HST ne peut pas observer le soleil car la lumière et la chaleur intenses feraient frire ses instruments sensibles. C'est pour cette raison que le HST est toujours orienté à l'opposé du soleil. Cela signifie également que Hubble ne peut pas non plus observer Mercure, Vénus et certaines étoiles proches du soleil.
En plus de la luminosité des objets, l'orbite de Hubble restreint également ce qui peut être vu. Parfois, les cibles que les astronomes souhaiteraient que Hubble observe sont obstruées par la Terre elle-même lorsque Hubble tourne en orbite. Cela peut limiter le temps passé à observer un objet donné.
Enfin, le HST traverse une section des ceintures de rayonnement de Van Allen, où les particules chargées des vents solaires sont piégées par le champ magnétique terrestre. Ces rencontres provoquent un rayonnement de fond élevé, qui interfère avec les détecteurs des instruments. Il est impossible pour le télescope de faire des observations pendant ces périodes.
Découvrez ensuite ce que l'avenir réserve au grand observatoire dans le ciel.
Comme pour toute technologie, des questions persistent quant à la viabilité future de Hubble et à son rôle dans la recherche spatiale. Initialement prévu pour une mission de 15 ans, il a dépassé toutes les attentes, en partie grâce à plusieurs missions d'entretien effectuées par des astronautes de la NASA. Ces missions ont non seulement réparé et remplacé des équipements vieillissants, mais ont également amélioré ses instruments, permettant à Hubble de rester à la pointe de la recherche astronomique.
La NASA n'a pas fixé de date définitive de mise hors service du Hubble. Au lieu de cela, il devrait continuer à fonctionner tant que ses instruments restent fonctionnels et fournissent des données précieuses. Ses contributions continues, même au milieu des incertitudes, témoignent de l'impact durable de missions spatiales bien conçues et de la résilience de l'esprit humain pour explorer et comprendre notre univers.
Le télescope spatial James Webb (JWST), du nom de l'ancien administrateur de la NASA, James Webb, étudie chaque phase de l'histoire de l'univers. Depuis son orbite à environ 1,6 million de kilomètres de la Terre, le télescope découvre des informations sur la naissance des étoiles, d'autres systèmes solaires et galaxies, ainsi que sur l'évolution de notre propre système solaire.
Pour réaliser ces découvertes fascinantes, le JWST s'appuie principalement sur quatre instruments scientifiques :une caméra proche infrarouge (IR), un spectrographe multi-objets proche IR, un instrument moyen IR et un imageur à filtre accordable.
Mais avant de passer au JWST et d’oublier Hubble, ce télescope assidu mérite peut-être un moment. Grâce aux découvertes sans précédent de Hubble, des images captivantes de ce qui se trouve au-delà de l'atmosphère terrestre sont devenues accessibles à tous. D'un rare alignement entre deux galaxies spirales à une puissante collision entre des amas de galaxies, Hubble a rapproché un petit morceau du ciel de chez lui.
Cet article a été mis à jour en collaboration avec la technologie de l'IA, puis vérifié et édité par un éditeur HowStuffWorks.
