Des lunettes aux télescopes extrêmement grands


En me promenant sur Internet il y a quelques semaines, je suis tombé sur cette belle illustration créée par un contributeur à Wikipédia. Elle montre l’évolution de la taille des lunettes et télescopes de l’ère moderne, depuis les dernières grandes lunettes du XIXe siècle jusqu’aux projets de télescopes que l’on qualifie d’extrêmement grands. Elle m’a donné l’idée d’une revue des instruments présents – nos progrès extraordinaires dans l’observation et la compréhension de l’Univers sont après tout l’un des plus grands triomphes de l’humanité.

Lunettes et télescopes

L’évolution de la taille des instruments d’observation astronomique depuis les dernières grandes lunettes jusqu’aux projets de télescopes qualifiés d’extrêmement grands. Crédit : Cmglee/Wikimedia Commons

Les lunettes et télescopes classiques

L’illustration commence avec les deux dernières grandes lunettes astronomiques. Rappelons qu’une lunette est un instrument qui utilise des lentilles, alors qu’un télescope utilise des miroirs.

La lunette d’un mètre de diamètre de l’observatoire de Yerkes dans le Wisconsin fut inaugurée en 1897 et de grands noms de l’astrophysique comme Otto Struve, Gerard Kuiper et Subrahmanyan Chandrasekhar y firent leurs découvertes.

Avec 1,25 mètre de diamètre, la lunette de l’exposition universelle de Paris en 1900 fut la plus grande lunette astronomique jamais construite, mais, de par sa nature, elle ne permit pas vraiment d’observations scientifiques.

Les lentilles de cette taille se déforment sous l’effet de la gravité, ce qui produit des distorsions optiques inacceptables. Pour continuer à grandir, on doit donc construire des télescopes puisqu’un miroir est beaucoup plus facile à tenir en place de manière rigide.

Avec 2,5 mètres de diamètre, le télescope Hooker du Mont Wilson près de Los Angeles fut le plus grand télescope du monde entre 1917 et 1948. C’est grâce à lui qu’Edwin Hubble mesura le décalage vers le rouge des galaxies et découvrit ainsi l’expansion de l’Univers.

En 1948, le télescope Hale de l’observatoire du Mont Palomar fut inauguré et domina l’observation astronomique pendant des décennies. C’est par exemple avec lui que Maarteen Schmidt identifia la contrepartie optique du premier quasar (découvert dans le domaine radio).

Mais les télescopes à miroir épais et rigide vont également finir par rencontrer une limite imposée par leur poids faramineux. Ainsi, le plus grand miroir rigide est celui de 6 mètres du télescope BTA-6 de l’observatoire de Zelenchukskaya dans le Caucase dont les observations commencèrent en 1975 et furent décevantes.

Les grands télescopes monolithiques

Dans les années 1990, deux nouvelles technologies apparaissent. D’abord, les miroirs minces non rigides contrôlés par des actuateurs qui leur donnent une forme parfaite dans n’importe quelle position. Ces miroirs minces vont permettre de construire des télescopes monolithiques allant jusqu’à une dizaine de mètres de diamètre.

Ensuite, l’optique adaptative, une technique par laquelle un petit miroir dans l’instrument peut changer de forme très rapidement pour compenser en temps réel les effets de la turbulence atmosphérique. Avec cette technique, les images deviennent plus nettes et permettent à ces télescopes d’atteindre une résolution digne de leur taille.

L’illustration montre les plus grands instruments à miroir mince : le Very Large Telescope, un ensemble de quatre télescopes de 8,2 mètres à Cerro Paranal au Chili qui ont été mis en service entre 1998 et 2001, le télescope Subaru de 8,2 mètres sur le volcan de Mauna Kea à Hawaii (1999), les télescopes Gemini North et South de 8,1 mètres, respectivement à Mauna Kea et à Cerro Pachón au Chili (1999 et 2000) et, enfin, les deux télescopes Magellan de 6,5 mètres à l’observatoire de Las Campanas au Chili (2000 et 2002).

On notera encore deux cas particuliers. D’abord, le Large Binocular Telescope en Arizona composé de deux télescopes de 8,4 mètres placés sur une monture commune (2008). Puis le Large Synoptic Survey Telescope, un télescope de 8,4 mètres actuellement en construction à Cerro Pachón et qui devrait commencer ses observations scientifiques en 2021. Ce télescope est conçu pour avoir un champ très large et nécessite trois grands miroirs, le troisième se trouvant dans la cavité centrale du premier.

Les télescopes segmentés

Parallèlement à la construction de grands miroirs minces monolithiques, une autre technologie va s’imposer pour atteindre des diamètres plus grands : les télescopes segmentés dont les miroirs sont l’assemblage d’un grand nombre de segments hexagonaux plutôt qu’un seul bloc.

Les premiers, inaugurés en 1993 et 1996, sont les deux télescopes Keck à Mauna Kea dont les miroirs sont formés de 36 segments et atteignent 10 mètres de diamètre. Puis le Hobby-Eberly Telescope de 9.2 mètres au McDonald Observatory au Texas avec 91 segments (1996).

Plus tard vient le Southern African Large Telescope (SALT) dans le désert du Kalahari avec un miroir de 11 mètres formé de 91 segments (2005). Et enfin le Gran Telescopio Canarias (GTC) avec 10.4 mètres de diamètre et 36 segments à l’observatoire de Roque de los Muchachos sur l’île de La Palma dans les Canaries (2007).

Les télescopes extrêmement grands

L’avenir des grands observatoires est la construction de télescopes qu’on qualifie d’extrêmement grands et qui vont produire des instruments gigantesques comme le montre l’illustration.

Avec ces observatoires, de nouveaux champs de recherche actuellement limités vont s’ouvrir, comme par exemple l’imagerie directe d’exoplanètes, l’étude de leur atmosphère, l’analyse de la population stellaire de galaxies éloignées ou la détection des premières étoiles et galaxies de l’Univers.

Le premier projet est le Giant Magellan Telescope (GMT) à l’observatoire de Las Campanas au Chili, un ensemble de 7 miroirs de 8,4 mètres, soit l’équivalent d’un miroir de 24 mètres de diamètre, dont les observations devraient commencer en 2020.

Puis le Thirty Meter Telescope (TMT) à Mauna Kea, un miroir formé de 492 segments, pour un diamètre total de 30 mètres, qui deviendra opérationnel en 2022.

Finalement, le plus grand télescope actuellement en construction, l’European Extremely Large Telescope (E-ELT) de l’ESO à Cerro Amazones au Chili, un système de 798 segments de 1,4 mètre, soit un diamètre total de 39 mètres, avec une première lumière prévue pour 2024.

L’illustration montre également l’Overwhelmingly Large Telescope, un ancien projet de télescope de 100 mètres de diamètre abandonné au profit de l’E-ELT (pour raisons budgétaires et l’on comprend pourquoi).

Les télescopes spatiaux

On remarquera encore en bas à gauche quelques télescopes spatiaux : les deux petits télescopes de la mission Gaia, celui de la mission Kepler, le miroir de 2,4 mètres du télescope spatial Hubble et le miroir segmenté de 6,5 mètres du télescope spatial James Webb formé de 18 éléments de 1,3 mètre de large, dont le lancement est prévu pour 2018.

Les télescopes spatiaux jouent évidemment un rôle vital dans l’observation du ciel car ils ne sont pas affectés par la turbulence et l’absorption de l’atmosphère, mais le coût prohibitif des lancements spatiaux limitera longtemps leur taille, donc leur capacité à collecter la lumière et leur résolution angulaire.

Notons encore que l’illustration représente des instruments qui opèrent dans les domaines visible et infrarouge. Les radiotélescopes sont généralement plus grands, car ils travaillent dans des longueurs d’onde plus grandes et les antennes radios sont moins chères à construire. Sur le diagramme, on peut voir le tracé du radiotélescope d’Arecibo à Porto Rico, la plus grande antenne du monde avec un diamètre de 305 mètres.

Pour en savoir plus sur les trois télescopes extrêmement grands : E-ELT, TMT, GMT.


Page mise à jour le 30 août 2017 par Olivier Esslinger