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Bientôt les premières lumières pour le télescope Sofia... aéroporté

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Imaginé par la Nasa, le plus haut télescope du monde est embarqué à bord d'un Boeing 747. Sofia s'élèvera ainsi jusqu'à la limite basse de la stratosphère pour observer en infrarouge. Malgré les grandes difficultés techniques, le projet avance...

Le télescope Sofia pendant une série d’essais. A cette époque, le Boeing n’avait pas encore été compartimenté. Crédit Nasa / Tom Tschida

Sofia (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy) est, comme son nom l'indique, un instrument stratosphérique pour l'astronomie infrarouge. Développé et construit par le Centre aérospatial allemand (DLR), ce télescope sera installé à bord d'un Boeing 747 long courrier spécialement aménagé. L'avion volera entre 12 et 14 km d'altitude, au-dessus des couches atmosphériques qui absorbent la majorité du rayonnement infrarouge venant du cosmos. L'instrument s'affranchira ainsi des turbulences qui limitent les performances des télescopes terrestres observant dans l'infrarouge.

Le 18 décembre dernier, Sofia a réalisé une série d'essais pendant un vol de plus d'une heure qui a permis de s'assurer de la résistance du télescope au phénomène dit de résonance acoustique, un problème pris très au sérieux par les ingénieurs. La vaste porte du compartiment où est installé le télescope a pour la première été ouverte en vol durant deux minutes. Il s'agissait de vérifier si cette ouverture pouvait affecter le comportement de l'avion en vol et causer une résonance acoustique dans le compartiment du télescope. On craignait également que le vent puisse détacher ou briser quelque chose dans le compartiment.

A la satisfaction générale, tout s'est bien passé. Ce phénomène de résonance acoustique ne s'est apparemment pas produit ou dans de si faibles proportions qu'il ne peut pas impacter le bon fonctionnement du télescope et la tenue en vol du Boeing.

La crainte que l’avion se comporte comme un tuyau d'orgue

Pour comprendre les craintes des ingénieurs sur ce phénomène, il faut savoir que l'avion est compartimenté en plusieurs parties. Les trois miroirs du télescope (le primaire, le secondaire et le tertiaire) sont installés à l'extrémité de l'avion dans un compartiment qui n'est bien sûr pas pressurisé, au contraire de toute l'électronique et des instruments du télescope installés, eux, au centre de l'avion dans un compartiment où travaillent l'équipage et les scientifiques.

Quand on souffle de l'air sur le goulot d'une bouteille, on entend un son. C'est la résonance acoustique, très utile aux instruments de musique à vent mais désastreuse pour un avion. Si elle survenait en vol, les vibrations de la structure de l'appareil et du télescope pourraient poser problème. Dans le cas de Sofia, la crainte est que le fuselage de l'avion se comporte comme un tuyau d'orgue. Pour les scientifiques comme pour les pilotes, il est clair qu'une telle mise en vibration serait une mauvaise nouvelle... Les vibrations perturberaient les observations et pourraient compromettre le pilotage voire endommager la structure de l'avion.

Vol d’essai de Sofia, en décembre 2009, avec la porte du télescope ouverte (cliquer sur l'image pour l'agrandir). © Nasa / Carla Thomas

Cette étape franchie, l'équipe de Sofia s'apprête à réaliser d'autres essais en vue d'une première campagne d'observations cet automne. Les essais futurs vont mettre l'accent sur le comportement de l'avion dans son domaine de vol, c'est-à-dire les valeurs limites, comme la vitesse et l'altitude, à l'intérieur desquelles l'avion vole en sécurité.

Parallèlement, la Nasa va poursuivre les essais de déplacement et de pointage du télescope en vue des premières lumières en avril 2010 qui n'auront aucun caractère scientifique si ce n'est de s'assurer de sa capacité à réaliser des images nettes. Cet essai est important car il conditionne la suite des opérations. Il sera réalisé en conditions de vol réel. Le télescope devra rester parfaitement stable dans un environnement qui ne l'aidera pas. Le vent qui va s'engouffrer dans le compartiment où il est logé et les soubresauts du Boeing ne vont pas lui faciliter la tâche...

L’infrarouge, un domaine de prédilection pour l’astronomie du futur

Sofia sera capable d'observations en infrarouge impossibles à réaliser depuis des télescopes terrestres. Les astronomes l'utiliseront pour observer les comètes, des régions de formation d'étoiles, le centre de la Galaxie et aussi des disques de poussières et de gaz présents autour de jeunes étoiles, disques à l'intérieur desquels se forment les planètes. Le télescope sera capable de résoudre (au sens astronomique du terme, c'est-à-dire l'observation de la forme) des régions très sombres de l'Univers, là où la lumière visible est bloquée par de grandes quantités de poussières.

Sur Terre, il existe de nombreux télescopes qui fonctionnent dans l'infrarouge. Pour s'affranchir de la turbulence atmosphérique, qui fait scintiller les étoiles, les astronomes utilisent l'optique adaptative qui permet de corriger ces déformations en temps réel.

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