Innovations en observation astronomique

Ken Tapping, le 16 octobre 2013

Dans le ciel cette semaine…

  • Jupiter se lève vers minuit et Mars, vers 3 heures du matin.
  • La Lune sera pleine le 18 octobre.

À quoi sert un télescope? Il sert à grossir l’image des objets observés pour rendre les détails plus nets et à capter davantage de lumière afin de rendre visibles des objets peu lumineux. En astronomie, c’est cette deuxième fonction qui est la plus importante. Il suffit en effet de balayer au moyen de jumelles le secteur du ciel où se trouve la Voie lactée pour que celle-ci se révèle immédiatement à nos yeux. Des jumelles ordinaires captent jusqu’à cent fois plus de lumière que l’œil nu. La faible lueur qui dessine un arc dans le ciel devient ainsi un amas de nuages de gaz, de poussière et d’étoiles. Évidemment, tous ces objets sont à proximité de nous dans notre galaxie. Ceux qui se trouvent au-delà sont encore moins lumineux, ce qui rend la capacité de capter la lumière cruciale à leur observation.

Jusqu’à tout récemment, le plus grand télescope d’observation astronomique était celui érigé sur le mont Palomar. Celui-ci est doté d’un miroir de 200 po (5 m) de diamètre. Les miroirs de grande taille doivent toutefois présenter une courbure parfaite pour concentrer la lumière correctement et conserver ce degré de précision lorsque le télescope pivote sur sa monture. Dans le cas du miroir de cinq mètres, on a misé sur l’épaisseur et la rigidité du disque pour atteindre la précision recherchée, ce qui le rend toutefois très lourd. En appliquant ce principe pour construire un miroir encore plus grand, comme l’a fait l’Union soviétique en fabriquant un miroir de 5,9 m, nous avons constaté que plus l’épaisseur du miroir augmentait, plus la rigidité diminuait et que la déformation augmentait. Cette approche ne fonctionne donc pas pour les miroirs de grande dimension.

Au cours des 50 dernières années, nous avons réalisé des progrès considérables en science des matériaux et en systèmes de contrôle informatisés précis. Aujourd’hui, grâce à ces prouesses techniques, le seul facteur qui limite la taille des miroirs est l’ampleur des fonds disponibles. Les télescopes modernes sont dotés de miroirs relativement minces qui au lieu de reposer sur une monture rigide s’appuient désormais sur de nombreux positionneurs à servocommande.

Ainsi, au lieu de chercher à contrer de manière passive la tendance à la déformation des miroirs lorsque le télescope bouge, on surveille et on corrige leur forme en temps réel. Grâce à cette technique, on a pu construire des télescopes de 8, voire de 10 mètres de diamètre, et nous travaillons actuellement à fabriquer des télescopes dotés de miroirs de 30 mètres et plus! Il s’agit d’une véritable révolution dans le domaine de l’astronomie. Toutefois, pour l’observation terrestre, il faut composer avec un autre facteur pour maximiser le rendement de l’investissement, soit l’instabilité de l’atmosphère terrestre.

Admirer les étoiles qui scintillent en pleine obscurité et par temps dégagé est une expérience saisissante. Si on regarde par la lunette d’un télescope, on constate toutefois que le contour des objets sautille. Les moments où l’on peut distinguer les détails sont peu nombreux.

Cela tient au fait que nous observons le ciel à travers une masse d’air turbulent. On peut déjouer en partie cet obstacle en construisant les télescopes sur des sommets montagneux. On peut aussi utiliser des servocommandes pour moduler la courbure de miroirs déformables afin d’éliminer presque entièrement l’effet des distorsions atmosphériques. C’est ce qu’on appelle l’optique adaptative.

Les étoiles dans le ciel sont des points lumineux fixes. Toute déformation de leurs contours est attribuable à l’atmosphère. Pour corriger ce phénomène, on peut utiliser un ordinateur capable d’effectuer de multiples lectures par seconde pour modifier la forme du miroir en conséquence grâce à un réseau de positionneurs actionnables. La courbure peut ainsi être déformée pour annuler les distorsions créées par l’atmosphère et fournir une image comparable à celle qu’on obtiendrait au moyen d’un télescope spatial, flottant au-dessus de l’atmosphère.

L’optique adaptative rejoint pratiquement la magie par l’ampleur de la correction qu’elle opère. Lorsque l’adaptation est hors fonction, l’image du télescope est floue. Lorsqu’elle est activée, l’image gagne instantanément en netteté et en stabilité. La transition est stupéfiante.

Ken Tapping est astronome à l’Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches du Canada, à Penticton (C.-B.) V2A 6J9.

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Téléc. : 250-497-2355
Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

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