Le spectre électromagnétique, une fenêtre sur l'Univers

Les astronomes exploitent le rayonnement électromagnétique détecté par différents types de télescopes pour étudier la position, la composition, la température, le mouvement et les propriétés magnétiques des objets célestes. Le rayonnement électromagnétique se propage dans l'espace sous forme d'ondes voyageant à la vitesse de la lumière (299 792 km/sec). Il existe plusieurs types d'ondes électromagnétiquesqui vont des ondes radio de très basses fréquences aux rayons gamma de hautes fréquences en passant par le rayonnement infrarouge, la lumière visible et les rayons X.Ensemble, ces longueurs d'onde forment le spectre électromagnétique. Toute ondeélectromagnétique se caractérise par sa fréquence et sa longueur d'onde, qui sont inversement proportionnelles, c'est à dire que plus sa fréquence est élevée, plus sa longueur d'onde est faible.

Les télescopes, outils essentiels de l'astronome
Les télescopes permettent de capter et d'étudier le rayonnement électromagnétique en provenance de régions de l'Univers très éloignées de nous. Il existe plusieurs types de télescopes qui servent à observer différentes parties du spectre (lumière visible, proche infrarouge, micro-ondes, ondes radio).

Les objets tels que les planètes, les étoiles, les nébuleuses gazeuses et les galaxies lointaines n'ont pas le même aspect selon la région du spectre où on les « observe » parce que divers types de rayonnement réagissent différemment à la température et à la composition chimique des objets. Le simple fait qu'il soit possible de détecter un objet à une certaine longueur d'onde représente un indice intéressant pour l'astronome, par exemple, s'il fait froid ou chaud.

Il y a plusieurs grands types de télescopes : les télescopes optiques captent la lumière visible, d'autres instruments tels que les radiotélescopes permettent de recueillir les rayonnements invisibles à l'oeil humain. Depuis la première lunette (sorte de télescope optique) utilisée par Galilée au XVIIe siècle, on a mis au point des instruments de plus en plus puissants, notamment le télescope spatial Hubble et les nouveaux télescopes Gemini. En 1932, Jansky a inventé le radiotélescope, ce qui a mené à la construction d'installations tel le télescope James-Clerk-Maxwell.

Les télescopes optiques réflecteurs et réfracteurs

Un élément tel qu'une lentille, un miroir ou une antenne capte le rayonnement et le concentre sur un détecteur. Les télescopes optiques sont munis d'un type particulier de dispositifs à couplage de charge (DCC) comme ceux qu'on trouve dans les vidéocaméras; les radiotélescopes sont équipés de récepteurs spéciaux ressemblant à ceux dont sont dotés les appareils de radio ou de télévision.)

La réfraction est la déviation d'un rayon de lumière. Les télescopes réfracteurs comportent une série de lentilles servant à capter la lumière visible. Comme la construction d'un télescope de grande taille équipé d'un miroir est plus facile que celle d'un instrument muni de lentilles, la majorité des télescopes en service à l'heure actuelle sont des réflecteurs. Les télescopes réflecteurs comportent un miroir primaire concave placé à leur extrémité inférieure et généralement de forme parabolique. Ce miroir réfléchit la lumière en provenance de l'objet observé en la concentrant sur un point focal. Dans de nombreux cas, la lumière est ensuite interceptée par un miroir plus petit; celui ci la réfléchit à son tour vers un orifice pratiqué dans le miroir primaire, derrière lequel on peut placer un instrument (caméra ou spectrographe) servant à l'analyse; grâce à ce dispositif, on évite d'avoir à placer les instruments à une certaine hauteur au dessus du miroir primaire.

Les astronomes se servent à la fois des radiotélescopes et des télescopes optiques pour tracer un portrait aussi complet que possible d'une région donnée de l'espace.

Les radiotélescopes, des capteurs de rayonnement invisible

Tous les objets qu'on observe dans l'espace émettent des ondes radio qui peuvent être captées par un radiotélescope. Une antenne de radiotélescope est une large soucoupe métallique incurvée qui ressemble à une antenne parabolique de télévision; elle capte les ondes radio et les reflète en direction d'un point focal situé au dessus de son centre. Un récepteur situé à cet endroit les convertit en un signal électrique qui est ensuite traité par un ordinateur. Contrairement aux télescopes optiques, les radiotélescopes permettent de « voir » à travers les nuages de poussière.

Il existe deux types de radiotélescopes : à antenne simple ou à antennes multiples (interféromètre). Pour créer une image, on effectue un balayage du ciel à l'aide d'un instrument à antenne simple, ou bien on pointe un groupe de télescopes vers une source d'émissions radio, puis on les laisse parcourir cette région sous l'effet de la rotation de la Terre. Ce mouvement génère une séquence de signaux en provenance des différentes parties de la source, dont l'ordinateur peut ainsi produire une image.

Les installations du Conseil national de recherches du Canada

Le Conseil national de recherches du Canada (CNRC) met des télescopes à la disposition des astronomes du pays et de leurs étudiants pour leurs recherches. Les plus gros instruments appartiennent à des groupes internationaux et sont situés dans les meilleurs sites des hémisphères Nord (à 4 200 m d'altitude sur le Mauna Kea, à Hawaï) et Sud (à 2 700 m sur le Cerro Pachón, au Chili), qui offrent plus de 300 nuits claires par an. Le CNRC exploite également des radiotélescopes et des télescopes optiques dans ses installations de Colombie-Britannique, qui sont ouvertes aux visiteurs. L'Institut Herzberg d'astrophysique du CNRC conçoit et construit ces instruments perfectionnés et crée les logiciels qui leur permettent de détecter les signaux en provenance des régions les plus lointaines de l'Univers. L'accès à ces télescopes donne lieu à une certaine concurrence entre les astronomes; ceux-ci ne peuvent passer que quelques nuits d'observation (ou quarts) par année à l'une ou l'autre des installations, et ils consacrent la plus grande partie de leur temps de recherche à analyser les données recueillies pendant ces quelques nuits.

Télescopes Gemini de 8 m de diamètre
Le projet Gemini est un partenariat international entre les États-Unis, le Royaume-Uni, le Canada, le Chili, l'Australie, l'Argentine et le Brésil.

Un télescope optique est situé dans chacun des deux hémisphères, ce qui permet aux astronomes d'étudier l'ensemble du ciel. Gemini-Nord est à Mauna Kea (Hawaï) et Gemini-Sud à Cerro Pachón (Chili).

Ces télescopes sont conçus pour donner des images d'une précision remarquable. Le Canada fournit un équipement perfectionné grâce auquel les utilisateurs de Gemini pourront faire nombre de découvertes scientifiques.

Télescope Canada-France-Hawaï (TCFH) de 3,6 m de diamètre
Le TCFH – un télescope optique – entré en service en 1979, est le résultat d'un partenariat entre le Canada, la France et l'Université d'Hawaï. Au TCFH, de nouvelles techniques ont été mises en oeuvre pour la première fois, notamment l' « optique adaptative » , qui permet d'éliminer le scintillement des étoiles causé par le mouvement incessant de l'atmosphère terrestre; c'est ce qui a valu au TCFH la réputation de produire des images très nettes.

Le TCFH a joué un rôle essentiel dans les travaux des astronomes canadiens; en effet, grâce à lui, ils ont pu étudier les trous noirs massifs situés au centre des galaxies ainsi que l'évolution des étoiles, et ils ont démontré que l'expansion de l'Univers se poursuivra indéfiniment.

Télescopes de l'Observatoire fédéral d'astrophysique (OFA)
Le CNRC exploite deux télescopes optiques situés à 230 m d'altitude sur le mont Little Saanich, à 17 km au nord de Victoria, en Colombie Britannique.

Grâce aux améliorations constantes qui lui ont été apportées, le télescope Plaskett de 1,8 m (1918) reste très productif. Pendant les deux premières décennies de son existence, il a servi à effectuer des mesures précises des dimensions et de la masse de la Voie Lactée. Aujourd'hui, il sert à de nombreux programmes et notamment au calcul de l'orbite des astéroïdes qui risquent d'entrer en collision avec la Terre.

Le télescope McKellar de 1,2 m (1962) sert à l'analyse précise des propriétés des étoiles; il a également servi à mettre au point les méthodes de recherche de planètes autour des étoiles proches.

Télescope James-Clerk-Maxwell (TJCM)
Ce télescope de 15 m situé sur le Mauna Kea est le produit d'un partenariat entre le Royaume Uni, le Canada et les Pays Bas. Depuis son inauguration en 1987, les radiotélescopes du TJCM ont permis de sonder le milieu interstellaire, les régions de formation des étoiles et les premières phases de l'évolution galactique par l'étude de leurs émissions de micro ondes.

Dans la comète Hale-Bopp (1997), les astronomes travaillant au TJCM ont découvert des molécules complexes qui n'avaient jamais été détectées dans une comète auparavant.

Télescopes de l'Observatoire fédéral de radioastrophysique (OFR)
Cet observatoire, situé près de Penticton en Colombie Britannique, exploite le télescope à synthèse d'ouverture équipé de sept antennes qui cartographie de grandes régions du plan de la Voie Lactée, ce qui permettra d'étudier l'évolution du milieu interstellaire entre la naissance et la mort des étoiles.

Le radiotélescope de 26 m de diamètre peut fonctionner seul, par exemple pour l'étude des pulsars; le plus souvent, cependant, on s'en sert conjointement avec le télescope à synthèse d'ouverture pour effectuer une cartographie plus précise de la Voie Lactée.

Depuis 1946, un petit radiotélescope enregistre tous les jours le rayonnement radio émis par le Soleil. Ces données permettent aux astronomes du monde entier d'étudier, par exemple, les effets des interactions Soleil-Terre (changements climatiques à long terme), ou bien de prévoir les perturbations causées par les tempêtes solaires sur les communications et le transport d'électricité.