LES GRANDS OBSERVATOIRES ASTRONOMIQUES

23.09.2007

Le dictionnaire Larousse de l’astronomie définit l’observatoire comme « un établissement où l’on pratique les observations astronomiques et, à des degrés divers, leur exploitation ».

Avec le temps, les moyens de la recherche astronomique sont de plus en plus divers, mais l’observation optique est toujours la première source de renseignement astronomique aujourd’hui. Scruter les ondes radio qui viennent d’un peu partout dans l’Univers ou traquer les gerbes de rayons cosmiques qui atteignent la Terre sont également le travail d’observatoires (radiotélescope d’Arecibo à Puerto Rico, observatoire Pierre Auger), mais nous réserverons ces types d’installations à des développements ultérieurs.

L’observation optique concerne le domaine de la lumière visible et les radiations proches du visible comme l’infrarouge et l’ultraviolet.

En faisant un tour du monde des plus gros observatoires, c’est à dire des plus puissants instruments actuellement en service, nous obtenons rapidement une idée de l’effort de recherche investit dans le domaine qui nous intéresse.

Classer les tout premiers télescopes par ordre de taille n’est pas aisé car plusieurs paramètres entrent en ligne de compte. Procéder par sites est une méthode plus globale qui permet d’appréhender les fonctionnements de ces yeux géants.

Longtemps, le Hale Télescope au sommet du Mont Palomar aux Etats-Unis est resté le plus gros diamètre du monde. Mis en service en 1948 avec ses 5 mètres de diamètre, il n’a été supplanté qu’en 1976 par le 6 mètres du BTA-6 du Mont Patsoukhof dans le Caucase russe.

Depuis, les états du sud des Etats-Unis ont vu s’installer plusieurs instruments imposants :

- Au Nouveau-Mexique, le Sloan Digital Sky Survey (SDSS) a commencé en 1998 le plus important programme de cartographie spatiale jamais réalisé. Ses performances exceptionnelles doivent permettre la fourniture d’un catalogue de 100 millions d’étoiles et de galaxies sur un quart du ciel seulement. L’âge, la distance et la composition chimique des objets sont déterminés au fur et à mesure par un spectrographe.

- En Arizona, le MMT, ou Multiple Mirror Télescope, a été installé sur le Mont Hopkins, à 2600 mètres d’altitude, dès 1979. Puis ses miroirs ont été remplacé par une pièce unique de 6,50 mètres en 1996. Il porte désormais le nom de Monolithic Mirror Télescope.

- Toujours en Arizona, à 3267 mètres d’altitude, le Large Binocular Télescope culmine sur le Mont Graham. Comme son nom l’indique, il est composé de deux miroirs posés sur une même monture. Soit deux collecteurs de 8,40 mètres de diamètre ; l’équivalent d’un miroir unique de 11,40 mètres. Il doit être entièrement opérationnel à la fin de cette année 2006 et son système unique devrait lui conférer la résolution la plus fine du moment.

En Europe, c’est sur les îles Canaries qu’on trouve la plus importante installation d’observation du ciel. A 2400 mètres d’altitude, le Mont Roque de los Muchachos supporte plusieurs télescopes de plusieurs pays européens. L’instrument le plus remarquable du site est, depuis 2005, le plus grand télescope espagnol nommé Gran Telescopio Canarias (GTC) doté d’un miroir de 10,40 mètres.

Dans le Pacifique, un site à la fois insulaire et montagneux a attiré l’attention des astronomes, c’est l’île d’Hawaii. Sur le Mauna Kea, à 4205 mètres au-dessus du niveau de la mer, se sont installés pas moins de 12 télescopes gérés par les Etats-Unis, l’Argentine, le Brésil, le Royaume-Uni, le Canada, le Chili, l’Australie et le Japon. On y trouve les Keck 1 et 2 avec des miroirs de 8,80 mètres chacun et le Subaru japonais avec ses 8,30 mètres, pour les plus connus.

En introduction, nous évoquions la difficulté de classer les installations, et ce site en est un bon exemple : si chaque instrument est bien individualisable et identifiable par ses caractéristiques et son pays de rattachement, l’évolution des besoins de recherche et les circonstances peuvent conduire à la mise en commun des moyens pour faire bénéficier à tous d’un gigantesque dispositif. En l’occurrence, 7 des « tubes » du Mauna Kea doivent être mis en réseau par fibre optique pour arriver à distinguer encore mieux les petits points lumineux qui nous viennent des fonds lointains de l’espace. C’est la technique de l’interférométrie.

“OHANA” (Optical Hawaiian Array for Nanoradian Astronomy), qui veut dire aussi “famille” en hawaiien est le nom de ce projet dont une première étape a été franchie au début de cette année avec le couplage des deux observatoires Keck et l’obtention des premières images. Le site est très international ; c’est une équipe très internationale qui a mené l’opération, et c’est un français qui l’a dirigée : Guy Perrin du LESIA (Laboratoire d’Etudes Spatiales et d’Instrumentation en Astrophysique - unité mixte de recherche du CNRS, de l'Observatoire de Paris et des Universités Paris VI et VII).

En 1998, c’est l’Europe qui s’est doté d’un matériel très performant. Après l’observatoire de La Silla qui commençait à devenir vétuste, l’ESO (Européan Southern Observatory ou Observatoire Européen Austral), qui est l’organisation maîtresse de l’opération, a commencé la construction du Very Large Telescope ou VLT en 1991 à partir d’une idée exprimée en 1977.

Le VLT est un ensemble de 4 télescopes principaux et de 4 télescopes auxilliaires. Ils bénéficient d’une altitude de 2635 mètres et de l’air très sec du désert de l’Atacama au nord du Chili.

Fonctionnant sur le principe de l’interférométrie, ses 8 télescopes permettent d’obtenir la résolution d’un instrument de 200 mètres de diamètres, avec toutefois un équivalent de surface collectrice de lumière de 8 mètres.

Ces « yeux » voient au-delà de la lumière perceptible à l’œil humain en allant de l’ultraviolet à l’infrarouge.

La conception des miroirs vaut de s’y arrêter un instant :

Les télescopes auxiliaires disposent de miroirs de 1,80 mètres de diamètre et les télescopes principaux ont des miroirs de 8,20 mètres. Ces derniers sont très fins puisqu’ils ne mesurent que 17,6 centimètres d’épaisseur. Leurs coûts de fabrication sont donc moins importants. Seulement leurs poids est quand même de 23 tonnes ! La déformation de la surface optique est donc forcément très importante. L’usage de tels matériels n’est alors possible qu’en « soutenant » le disque de verre au moyen de vérins commandés par ordinateurs, c’est ce qu’on appelle une « optique active ». Dans le cas du VLT, il faut 150 vérins axiaux et 64 latéraux par miroir principal.

Notre tour du monde des très grandes installations astronomiques passe désormais par le continent africain. Jusqu’à l’an dernier, cette partie du monde avait été délaissée par les prospecteurs de cieux intéressants, mais c’est de là que l’hémisphère Sud braque son plus puissant télescope. En plein désert du Kalahari, en Afrique du Sud, le SALT ou Southern African Large Télescope fonctionne depuis le mois de novembre 2005.

Construit et géré par l’Afrique du Sud, le Royaume-Uni, les Etats-Unis, l’Allemagne, la Pologne et la Nouvelle-Zélande, l’instrument est équipé du plus grand miroir primaire du monde : 11,10 mètres de diamètre ! Comme cette pièce est fixe, c’est un système optique mobile qui suit l’objectif céleste et qui renvoie la lumière au miroir primaire par l’intermédiaire d’un ensemble de 91 autres miroirs de 1 mètre. La caméra CCD, l’ « œil » du télescope, résultat des plus récents progrès en matière d’acquisition d’image, peut ainsi voir une bougie sur la surface de la Lune !

Un des premiers centre d’étude de ce SALT est, de façon moins anecdotique, la galaxie la plus proche de nous : le Petit Nuage de Magellan, à 210 000 AL, qui n’est observable que de l’hémisphère Sud.

Ces grands observatoires, pour la plupart construits depuis dix ans, ont considérablement apporté à la connaissance actuelle de l’univers. Mais qu’est-ce que la matière noire ? L’énergie noire ? Quelle est l’histoire et l’évolution de l’univers ? Autant de questions qui ne pourront trouver de réponses que si nous sommes capables de voir plus loin encore. 95% du cosmos nous est inconnu et l’astronomie est une science qui repose, plus que d’autres peut-être, sur le progrès technologique. Alors les projets de télescopes gigantesques ne manquent pas : les Etats-Unis annoncent l’avènement d’un Large Synoptic Survey Télescope pour dans deux ans. L’Europe, qui ne veut pas prendre de retard dans le domaine de l’observation terrestre étudie ses équipements futurs, et la surprise pourrait venir des pays scandinaves, porteurs, eux aussi, de projets à suivre.

21-10-2006