Notes sur le développement de l'astronomie: la haute résolution angulaire, Notes de Astronomie
Caroline_lez
Caroline_lez9 janvier 2014

Notes sur le développement de l'astronomie: la haute résolution angulaire, Notes de Astronomie

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Notes d'astronomie sur le développement de l'astronomie: la haute résolution angulaire. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: les télescopes, Vaincre la turbulence atmosphérique, Les développements récents.
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L'augmentation de la taille des télescopes au cours des siècles s'est traduite par un énorme gain

dans la capacité de collecter la lumière, donc d'observer des objets de plus en plus faibles. Par

contre, elle ne s'est pas véritablement accompagnée d'une progression énorme de la résolution

angulaire des télescopes, c'est-à-dire leur capacité à observer des détails de plus en plus

petits.

Le télescope spatial Hubble. Crédit : NASA/STScI

Vaincre la turbulence atmosphérique

La responsabilité de ce manque de progrès incombe à l'atmosphère terrestre. Cette dernière est

en effet constamment animée par des déplacements de masses d'air qui donnent naissance à ce

que l'on appelle la turbulence atmosphérique. La conséquence majeure de ce phénomène est de

dévier en permanence et de façon aléatoire les rayons lumineux qui nous arrivent de l'espace.

C'est par exemple la turbulence atmosphérique qui cause la scintillation bien connue des

étoiles.

Pour l'astronome qui essaye de prendre une image d'un corps céleste, la turbulence

atmosphérique se traduit par un flou de l'image, donc une perte de visibilité des petits détails

et une diminution du contraste. Par exemple, l'image d'une étoile, au lieu d'être quasiment

ponctuelle, ressemble plutôt à une grosse tache. La turbulence atmosphérique empêche donc

les grands télescopes d'atteindre leur résolution angulaire théorique. Le télescope du Mont

Palomar, malgré ses cinq mètres et une énorme capacité de collecter la lumière, possède une

résolution angulaire similaire à celle d'un télescope de 10 centimètres de diamètre.

Les astronomes ont depuis le début du siècle dernier cherché à surmonter, ou du moins à

diminuer, les effets néfastes de la turbulence atmosphérique. La première réponse au problème

a consisté à essayer de minimiser le parcours de la lumière dans l'atmosphère en construisant

des observatoires en altitude. C'est ainsi que tous les grands télescopes modernes se trouvent

au sommet de montagnes ou de volcans. Citons par exemple les télescopes au sommet du

volcan Mauna Kea à 4200 mètres d'altitude dans les îles Hawaii, les télescopes de l'ESO à 2400

mètres d'altitude au Chili ou ceux de La Palma dans les îles Canaries également à 2400 mètres.

Depuis ces sites montagneux, les images sont meilleures et la résolution angulaire est

améliorée par un facteur deux ou trois.

Les développements récents

Mais même dans les sites d'altitude, les effets de la turbulence atmosphérique sont encore très

marqués. En fait, le meilleur moyen de les surmonter est de mettre un télescope en orbite

autour de la Terre, à une distance à laquelle l'atmosphère n'est plus qu'un souvenir. Ceci s'est

finalement réalisé en 1990, lorsqu'une navette spatiale américaine a envoyé en orbite à une

altitude de 600 kilomètres le télescope spatial Hubble, avec un miroir de 2.4 mètres de

diamètre. Débarrassé de l'atmosphère, le télescope spatial est capable d'atteindre la résolution

angulaire théorique d'un instrument de sa taille et donc de battre tous les télescopes terrestres.

Il donne maintenant des images d'une finesse exceptionnelle, faisant apparaître des détails

parfois 10 fois plus fins que ses concurrents terrestres. De plus, ce gain en résolution angulaire

s'accompagne d'un gain en contraste qui lui permet également d'observer des objets plus

faibles. Les capacités remarquables du télescope spatial lui ont permis d'opérer des percées

majeures dans la plupart des domaines de l'astronomie, depuis l'étude du système solaire

jusqu'à la cosmologie.

Pendant que leur confrère spatial accumulait ses premiers succès, les télescopes terrestres ne

restaient pas les bras croisés. Les années 1990 ont en effet été marquées par le développement

d'une nouvelle technique, appelée l'optique adaptative, qui permet aux télescopes de

s'affranchir en partie des problèmes liés à la turbulence atmosphérique. Un système d'optique

adaptative analyse la lumière qui provient de l'objet étudié pour déterminer de quelle façon ses

rayons ont été affectés par le passage dans l'atmosphère. Cette information est alors utilisée

pour modifier la forme d'un miroir souple et déformable une centaine de fois par seconde. Ces

modifications de forme permettent de compenser les perturbations atmosphériques et la

lumière réfléchie ressort pratiquement comme si elle n'avait jamais été perturbée. Cette

technique a déjà été utilisée avec succès sur plusieurs grands télescopes, dont le VLT de

l'observatoire européen austral (ESO) au Chili.

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