Les mégatélescopes

Ken Tapping, le 1 novembre 2016

Dans le ciel, cette semaine…

  • Mars apparaît très bas dans le ciel au sud après le coucher du Soleil.
  • Saturne et Vénus se fondent dans les lueurs du couchant. Nouvelle lune le 30.

Au Canada, nous avons la chance de pouvoir nous retirer dans des coins reculés, loin de la civilisation et des sources de pollution lumineuse, pour découvrir, par une nuit dégagée, la splendeur du ciel étoilé. À mon avis, la meilleure façon de goûter à cette expérience est d’être bien allongé sur le dos au fond d’un canot, au milieu d’un lac perdu. L’immensité de l’espace et des constellations qui s’étalent sous nos yeux nous cachent qu’en fait, notre champ d’observation n’est pas si profond qu’il y paraît. À part la Voie lactée, la quasi-totalité des objets visibles se trouve à quelques années-lumière à peine. Outre l’amas globulaire peu lumineux que l’on peut voir en automne, qui est en fait le noyau de la galaxie Andromède situé à environ 2,5 millions d’années-lumière, notre regard ne porte ni plus ni moins que sur notre voisinage immédiat à l’échelle cosmique. Il y a d’autres galaxies très éloignées, mais leur lumière est seulement trop faible pour qu’on les discerne. C’est là tout le défi de l’astronomie : la plupart des objets cosmiques, surtout ceux qui sont très éloignés, sont trop peu lumineux pour être visibles.

Pour voir ces objets ternes, il faut collecter un maximum de lumière. Des jumelles dotées de lentilles de 50 mm de diamètre captent cent fois plus de lumière que l’œil nu. La majorité des études astronomiques actuelles nécessitent cependant des collecteurs de lumière beaucoup plus puissants. C’est aussi un défi d’ingénierie attribuable à deux exigences qui se posent rarement simultanément : la taille et le degré de précision requis. Les ingénieurs savent construire des immeubles et des ponts avec un souci d’exactitude, mais pour le travail de précision, il faut voir du côté des horlogers. Un exemple de réalisation où ce double défi s’est posé est le grand collisionneur de hadrons, construit près de Genève. Il y a aussi les grands télescopes optiques utilisés en astronomie moderne.

Les lentilles ou les miroirs de ces instruments remplissent deux fonctions : collecter la lumière émise par les objets éloignés et la transposer en image. Plus il y a de lumière, plus l’image est nette. La fiabilité d’un collecteur de lumière et d’un imageur tient à la régularité de la surface de l’objectif qui ne doit comporter aucune imperfection dépassant le dixième de la longueur d’onde du signal lumineux collecté. Ainsi, pour produire des images optiques valables, l’objectif d’un télescope ne peut présenter de déformations de plus de 40 milliardièmes de mètre. Aucune montre n’a jamais été fabriquée selon des tolérances aussi rigoureuses. Les ingénieurs ont toutefois atteint ce niveau de précision dans la fabrication des miroirs de huit mètres de diamètre et déjà ils travaillent à la construction d’un télescope de 30 mètres. Ils doivent pour cela surmonter deux difficultés : fabriquer un miroir offrant le degré de précision nécessaire et s’assurer qu’il conserve sa forme lorsqu’il est incliné selon différents angles.

Le télescope Hale, mis en service en 1948, possède un miroir de 200 pouces (5,2 m) de diamètre. Pour qu’il soit suffisamment rigide pour conserver sa forme, le miroir a été fabriqué dans une masse de 20 tonnes de verre de borosilicate spécial. Apprendre comment couler et refroidir un miroir de cette taille sans qu’il se brise relève de l’exploit. Même si on la maîtrise aujourd’hui, cette technique ne peut servir à fabriquer des miroirs plus grands. Sous leur poids immense, les miroirs se déformeraient. De plus, les écarts minimes de température dans la masse du verre contribuent à le déformer et naturellement, plus le miroir est grand, plus l’uniformité thermique est difficile à atteindre. Nécessité étant la mère de l’invention, cette difficulté a été à l’origine de développements technologiques de plein droit dans la conception des dômes de télescopes et des systèmes de ventilation.

L’approche moderne dans la conception des télescopes est de les doter de miroirs minces, faits d’une seule pièce ou d’une juxtaposition de tuiles. Au dos de ces miroirs se trouvent des points de réglage actionnés par ordinateur qui servent à déformer la surface mince ou à en changer la courbure, selon les mouvements du télescope ou les variations thermiques du miroir. Grâce à ces ajustements, nous pouvons voir plus loin que jamais dans l’espace. Le nouveau télescope de 30 mètres repoussera les frontières du visible, de quoi faire rêver bien allongé au fond d’un canot à contempler les étoiles.

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

Téléphone : 250-497-2300
Télécopieur : 250-497-2355
Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

Date de modification :