Bien moins coûteux que les satellites et plus faciles à lancer, les télescopes rattachés à des ballons stratosphériques constituent une alternative prometteuse pour les observations dans le proche infrarouge. Le nouveau projet de la Nasa dans ce domaine s'appelle SuperBit et sera lancé en avril prochain.
[EN VIDÉO] Euso, le futur télescope de l’ISS, testé à bord d'un ballon Le module Euso est un nouveau type de télescope destiné à l’observation de l’atmosphère terrestre. Bientôt installé sur l’ISS, il a d'abord été testé par le Cnes lors d'un vol en ballon. Une expérience à découvrir ici en vidéo.
Alors que Hubble vient péniblement de se remettre en route après plusieurs semaines d'interruption, les idées fusent pour lui trouver un remplaçant. Il y a bien sûr le James-Webb Space Telescope (JWST), mais ce dernier a plusieurs années de retard et son coût est exorbitant (plus de 10 milliards de dollars). On peut aussi s'en remettre aux télescopes terrestres, mais ceux-ci sont limités dans leurs observations en raison des perturbations de l'atmosphère, qui rend les images « floues ». Depuis de nombreuses années, les scientifiques se sont donc penchés sur une alternative low cost : les ballons stratosphériques. Le dernier projet en date, développé par les universités de Durham, Toronto et Princeton, associées à la Nasa et à l'Agence spatiale canadienne, est un télescope accroché à un gigantesque ballon à hélium de 532.000 mètres cubes, « soit la taille d'un stade de football », décrit Mohamed Shaaban, un doctorant de l'université de Toronto, qui a présenté le projet le 21 juillet lors du National Astronomy Meeting (NAM).
Stabilité exceptionnelle au millième de degré près
Le SuperBIT (the Superpressure balloon-borne imaging telescope), qui devrait décoller en avril 2022 depuis Wanaka, en Nouvelle-Zélande, volera à 40 kilomètres d'altitude, ce qui signifie qu'il s'affranchira de 99,5 % de l'atmosphère terrestre. Il sera respectueux de l'environnement (pas besoin de brûler des centaines de tonnes de carburant pour l'envoyer dans l'espace), et son coût est dérisoire : à peine cinq millions de dollars, « soit 1.000 fois moins cher qu'un satellite similaire », souligne le communiqué. Porté par des vents stables, il effectuera plusieurs orbites autour de la Terre en prenant des photos toute la nuit, utilisant des panneaux solaires pour recharger ses batteries pendant la journée.
Contrairement à un ballon météorologique classique, dont l'enveloppe se gonfle et se dégonfle, ce ballon maintient une haute pression constante à l'intérieur de l'enveloppe, ce qui permet une excellente stabilité indispensable à la netteté des observations. « Le dernier vol d'essai en 2019 a démontré une stabilité de pointage extraordinaire, avec une variation de moins d'un 36 millième de degré pendant plus d'une heure. Cela devrait permettre au télescope d'obtenir des images aussi nettes que celles de Hubble », vante Mohamed Shaaban.
Le saviez-vous ?
Plusieurs projets de télescopes-ballons sont en cours. Il y a par exemple l’Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths développé par la Nasa (Asthros), le Balloon-borne Large Aperture Submillimeter Telescope (Blast), d’un consortium d’universités américaines, ou encore le Stratospheric UV Demonstrator of an Imaging Observatory (Studio), issu du projet européen European Stratospheric Balloon Observatory (Esbo).
L'autre avantage de ces télescopes-ballons, c'est qu'ils ne restent dans l'espace que quelques semaines (entre 30 et 100 jours). Du coup, ils peuvent bénéficier en continu des dernières technologies en matière d'optique, contrairement aux satellites qui ne peuvent pas être mis à jour. En avril prochain, le SuperBIT décollera par exemple avec une toute nouvelle caméra mise au point quelques semaines seulement avant le lancement. Et à chaque mission, de nouveaux instruments seront testés. « Du fait de son coût réduit, on peut même imaginer une flotte de télescopes spatiaux pour couvrir les besoins des astronomes du monde entier », avance Mohamed Shaaban.
Étudier la vitesse de la matière noire
L'objectif du vol de 2022 sera de mesurer les propriétés des particules de matière noire en utilisant la technique de lentille gravitationnelle. Celle-ci consiste à détecter la déformation de la lumière des galaxies engendrée par la matière noire, un principe prédit par la théorie de la relativité générale. Il testera notamment si la matière noire ralentit lors de collisions, ce qu'aucun collisionneur de particules sur Terre n'est capable de faire. « Lorsque Hubble ne pourra plus être réparé, SuperBIT sera la seule installation au monde capable d'observations optiques et ultraviolettes multicolores à haute résolution », vante le communiqué. Le JWST ne peut en effet qu'observer l'infrarouge moyen (entre 5 et 28 micromètres) et le télescope Euclid, qui doit être lancé l'an prochain, ne dispose que d'une seule bande optique.
Asthros, le ballon géant de la Nasa qui fera « des observations jamais tentées auparavant »
Article de Nathalie Mayer publié le 02/08/2020
Une équipe de la Nasa travaille à mettre au point un gigantesque ballon avec pour ambition de mieux comprendre les processus de formation des étoiles. Alors qu'elle pourrait sembler désuète, la technologie offre de nombreux avantages dont les astronomes comptent bien tirer parti.
Trente ans que la Nasa mène un programme dédié aux ballons scientifiques. Chaque année, l'agence spatiale américaine lance ainsi entre 10 et 15 missions. Des missions moins chères que les missions spatiales. Et avec des délais raccourcis. Des missions aussi, qui permettent de prendre plus de risques technologiques. Comme ce sera le cas pour celle qui doit être lancée en décembre 2023 depuis l'Antarctique. La phase de conception vient de s'achever et d'ici quelques jours débuteront les premiers tests de fonctionnement.
Un ballon de 150 mètres de long qui flottera à quelque 40 kilomètres d'altitude. C'est environ quatre fois plus haut qu'un avion de ligne, mais encore assez éloigné des frontières de l'espace fixées à une centaine de kilomètres d'altitude. Sous le ballon, une gondole qui transportera un télescope composé d'une antenne parabolique de 2,5 mètres et d'une série de miroirs, lentilles et détecteurs. Objectif : mener des observations dans le domaine de l'infrarouge lointain, des longueurs d'onde bloquées par l'atmosphère de notre Terre, mais qui deviennent accessibles à cette altitude.
« Avec Asthros -- pour Astrophysics stratospheric telescope for high spectral resolution observations at submillimeter-wavelenghts --, nous visons à faire des observations astrophysiques qui n'ont jamais été tentées auparavant. La mission ouvrira la voie à de futures missions spatiales en testant de nouvelles technologies et en formant la prochaine génération d'ingénieurs et de scientifiques », précise Jose Siles, ingénieur en chef du projet Asthros au Jet Propulsion Laboratory dans le communiqué de la Nasa.
A football stadium-sized balloon will carry a cutting-edge telescope into the stratosphere to observe light invisible to the naked eye. The ASTHROS mission could pave the way for future expeditions by testing new technologies. Here's how: https://t.co/fObnfX2mQcpic.twitter.com/qRSEZjvCMq
— NASA JPL (@NASAJPL) July 23, 2020
Percer les mystères de la formation des étoiles
Asthros sera notamment équipé d'un instrument destiné à mesurer la densité, le mouvement et la vitesse des gaz autour des étoiles nouvellement formées. Il réalisera ainsi des cartes 3D de quatre régions en particulier dont deux de formation d’étoiles au sein de la Voie lactée. Il pourra également, pour la première fois, y détecter deux types spécifiques d'ions azote qui indiqueraient que des vents stellaires ou des explosions de supernova ont remodelé des nuages de gaz.
Dans un processus connu sous le nom de rétroaction stellaire, de telles explosions violentes peuvent, sur des millions d'années, disperser le matériau environnant et empêcher la formation d'étoiles. Mais la rétroaction stellaire peut également provoquer l'agglutination des matériaux, accélérant la formation d'étoiles. Et c'est ce processus que les astronomes espèrent mieux comprendre grâce à Asthros. De quoi affiner ensuite les modèles d'évolution des galaxies. Car « la rétroaction stellaire est le principal régulateur de la formation d'étoiles tout au long de l'histoire de l'Univers », estime Jorge Pineda, chercheur principal du programme d'Asthros.
La mission dérivera pendant trois semaines au-dessus de l'Antarctique, dans les courants aériens. Une période pendant laquelle les astronomes pourront contrôler précisément la direction dans laquelle le télescope pointera et récupérer des données en temps réel. Une fois la mission terminée, le télescope sera ramené sur Terre grâce à un parachute. Il pourra ensuite être réutilisé.
Le télescope géant Magellan Le Giant Magellan Telescope (GMT) — en français, télescope géant Magellan — sera installé à l’observatoire de Las Campanas, au Chili. Sa mise en service est prévue pour 2023. Il se composera de sept miroirs de 8,4 mètres de diamètre chacun. Sa surface optique totale sera de 24,5 mètres de diamètre et sa surface collectrice atteindra 368 m2. Sa résolution sera 10 fois supérieure à celle du télescope spatial Hubble. © Giant Magellan Telescope, GMTO Corporation CC by-sa 3.0
Le grand télescope d’Afrique australe Installé dans le désert du Kalahari, en Afrique du Sud, le Southern African Large Telescope (SALT) — en français, grand télescope d’Afrique australe — est actuellement le plus grand télescope optique de l’hémisphère Sud. Cet « Œil géant de l’Afrique sur l’univers » possède un miroir primaire hexagonal de 11,1 mètres de diamètre composé de 91 segments hexagonaux d’un mètre chacun. L’ensemble est immobile et seul le miroir secondaire se déplace pour permettre le suivi d’un objet dans la voûte céleste. Il est pleinement opérationnel depuis 2011. © Janus Brink, Salt
L’observatoire W. M. Keck L’observatoire W. M. Keck (les deux coupoles au centre de la photo) est un des nombreux observatoires installés au sommet du Mauna Kea (4.145 mètres), à Hawaï, au milieu de l’océan Pacifique. Principalement financés par la Fondation du milliardaire William Myron Keck, les télescopes Keck I et Keck II ont respectivement été mis en service en 1993 et 1996. Leur miroir primaire mesure chacun 10 mètres de diamètre et se compose de 36 segments hexagonaux. Ils sont à ce jour les télescopes optique et infrarouge les plus productifs au monde. À leur côté sur la photo : Subaru, à gauche, et l’IRTF (Infrared Telescope Facility) de la Nasa, à droite. © Vadim Kurland, CC by 2.0
Le grand télescope des îles Canaries Le Gran Telescopio Canarias (en français, grand télescope des îles Canaries), parfois surnommé GranTeCan, est installé à l’observatoire du Roque de los Muchachos (à 2.400 mètres d’altitude), un des meilleurs sites d’observation de l’hémisphère Nord. Son miroir primaire mesure 10,4 mètres de diamètre. Sa résolution est proche de celle du télescope spatial Hubble. © Abel de Burgos CC by-NC 2.0
Le télescope géant européen ou ELT Anciennement E-ELT, pour European Extremely Large Telescope, l’ELT (Extremely Large Telescope) de l’ESO devrait recevoir sa première lumière en 2024. Actuellement en construction au sommet du Cerro Amazones (3.046 mètres), une montagne voisine du Cerro Paranal où est installé le VLT (Very Large Telescope), l’ELT sera doté d’un miroir primaire de 39 mètres de diamètre (1.116 m2 se surface collectrice) qui en fera le plus grand télescope optique et proche infrarouge du monde. Pas moins de 798 miroirs de 1,4 mètre de diamètre seront assemblés pour composer le miroir primaire. Malgré ses 2.800 tonnes, la structure qui portera l’ensemble permettra des pointages avec une précision de 1 seconde d’arc. © ESO CC by 4.0
Le télescope de trente mètres ou TMT Le Thirty Meter Telescope ou TMT — le Télescope de trente mètres, en français — sera, comme son nom l’indique, un télescope géant de 30 mètres de diamètre. Appartenant à la nouvelle génération des titans dominée par l’ELT, le TMT devrait être construit aux côtés des télescopes géants de l’ancienne génération, sur le Mauna Kea à Hawaï. Son miroir primaire réunira 492 segments. Sa surface collective sera 10 fois plus importante que celle de ses futurs voisins Keck. © TMT Observatory Corporation
Le grand télescope binoculaire Le Large Binocular Telescope (LBT), ou grand télescope binoculaire, est installé au sommet du mont Graham, en Arizona, à 3.200 mètres d’altitude. Il a reçu sa première lumière le 26 octobre 2005. Sa particularité est de posséder deux grands yeux ouverts sur le cosmos de 8,4 mètres de diamètre chacun, placés côte à côte sur la même monture. Ce dispositif conjugué à une optique adaptative permet « une résolution angulaire élevée, un fond thermique faible et une sensibilité exceptionnelle pour la détection d’objets faibles ». © Large Binocular Telescope Observatory
Le Very Large Telescope ou VLT Le Very Large Telescope ou VLT — en français, le Très grand télescope — est un observatoire placé au sommet du Cerro Paranal (2.635 mètres), au Chili, qui se compose de quatre télescopes de 8,2 mètres de diamètre chacun : Antu, Kueyen, Melipal et Yepun. Entré en service le premier, Antu reçut sa première lumière en 1998. Quatre télescopes auxiliaires de 1,8 mètre de diamètre accompagnent l’ensemble. Lorsqu’ils unissent tous leur lumière, ils deviennent le VLTI, un interféromètre géant. Son acuité est alors jusqu’à 25 fois plus grande que pour un télescope unitaire. © ESO, G. Brammer CC by 4.0
Le ciel du Paranal au-dessus de l’un des télescopes auxiliaires du VLT Photo prise sur le site de l’observatoire de Paranal au Chili, à plus de 2.600 mètres d’altitude. Sur ce site loin de la fureur et du bruit du monde, nul doute qu’on s’y sent complètement envahi par le ciel étoilé. Au premier plan, le quatrième télescope auxiliaire de 1,8 mètre de diamètre qui appartient au grand VLTI (Very Large Telescope Interferometer). « Les cieux à Paranal font partie des plus sombres que j’ai jamais photographiés, avait déclaré José Francisco Salgado. J’adore photographier les observatoires et à Paranal. C’est incroyable comment on peut encore voir uniquement avec la lumière des étoiles et du zodiaque ! » © ESO, José Francisco Salgado
Alma, le grand réseau d’antennes millimétrique-submillimétrique de l’Atacama Signifiant « âme » en espagnol, Alma est l’acronyme de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array — en français, le grand réseau d’antennes millimétrique-submillimétrique de l’Atacama. Il s’agit d’un vaste réseau de 66 antennes implanté sur le haut plateau de Chajnantor au Chili. Le réseau principal comporte 50 antennes de 12 mètres de diamètre qui compose un interféromètre. Un petit réseau de 4 antennes de 12 mètres de diamètre et de 12 antennes de 7 mètres de diamètre le complète. Sa résolution peut être 10 fois supérieure à celle du télescope spatial Hubble. © DR
Le Allen Telescope Array Anciennement One Hectare Telescope (1HT), l’Allen Telescope Array (ATA) est un réseau de « Large Number of Small Dishes » ou LNSD (en français, un grand nombre de petites assiettes) au service des astronomes et aussi du programme Seti. Situé à l’observatoire de Hat Creek dans le Parc national volcanique de Lassen, au nord de la Californie, il se compose de 42 antennes de 6,1 mètres de diamètre. Il comptera à terme 350 antennes pour une surface collectrice totale de 10.000 mètres carrés. Paul Allen, le cofondoteur de Microsoft en est le principal mécène. © Bruce Fingerhood CC by-NC 2.0
Le Very Large Array ou VLA Le Karl G. Jansky Very Large Array ou plus couramment le Very Large Array (VLA) — en français, le très grand réseau — est un réseau de 27 antennes paraboliques mobiles de 25 mètres de diamètre chacune situé au Nouveau-Mexique, États-Unis. Elles sont disposées en Y (deux axes de 21 km et un de 19 km) et leurs données combinées offrent la résolution d’un radiotélescope géant de 36 kilomètres de diamètre. © Gord McKenna CC by-NC 2.0
Le géant Arecibo Avec ses 305 mètres de diamètre, Arecibo fut jusqu’en 2016, le plus grand radiotélescope télescope au monde. Construite dans une dépression, l’antenne, immobile, se composait de quelque 38.778 panneaux d’aluminium perforés. Le récepteur, suspendu à 150 mètres au-dessus d’elle, était quant à lui mobile via 18 câbles. Arecibo était entré en service en 1963. Endommagé par le passage de l’ouragan Maria, en septembre 2017, puis par la rupture d'un câble auxiliaire, en août 2020, ouvrant une entaille d'environ 30 mètres de long sur la parabole du réflecteur du radiotélescope, il s'est définitivement effondré le 1er décembre 2020 : des câbles se sont rompus au sommet de l'une des trois tours du radiotélescope. La plate-forme réceptrice de 900 tonnes est tombée sur le réflecteur, 120 mètres plus bas. Créant une vive émotion dans la communauté scientifique, l'événement a soulevé un élan pour la reconstruction d'Arecibo qui est désormais envisagée. © Jirka Matousek CC by-NC 2.0
L’observatoire du mont Palomar L’observatoire privé du mont Palomar, au nord de San Diego, en Californie, a abrité le plus grand télescope du monde entre 1949, date de sa mise en service, et 1975. Le télescope Hale (du nom de l’astronome George Ellery Hale), de 5,08 mètres de diamètre, fut le géant de la deuxième moitié du XXe siècle grâce auquel les astronomes firent de grandes découvertes cosmologiques. Toujours en activité, il participe notamment à la traque des astéroïdes géocroiseurs depuis 2001. © Mike Peel CC by-sa 4.0
Le télescope Vista Vista (« vue » en espagnol) est l’acronyme de Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy. Inauguré en 2010, le télescope de 4,1 mètres de diamètre réalise des sondages du ciel dans le visible et l’infrarouge à l’ombre des géants du VLT, au sommet du mont Paranal au Chili. Il est le plus grand de sa catégorie et opère dans un des plus beaux sites d’observation au monde. © ESO, Y. Beletsky
Le New Technology Telescope Inauguré en 1989 à l’observatoire de La Silla au Chili, le New Technology Telescope (NTT) est le pionnier de la nouvelle génération de télescopes de l’ESO (Observatoire européen austral). Son miroir principal, de 3,58 mètres de diamètre, est flexible et il est le premier à expérimenter l’optique active. Autre innovation qui fera date : sa coupole octogonale et son système de ventilation. © ESO, C.Madsen CC by 4.0
Le télescope de 3,6 mètres de l’ESO L’observatoire de La Silla abrite un télescope de 3,6 mètres de diamètre qui fut un des pionniers des grands télescopes au Chili. Mis en service en 1977, il connut une deuxième jeunesse en 1999. Depuis avril 2008, le spectrographe Harps (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), puissant chasseur d’exoplanètes, est installé à son foyer. © ESO CC by 3.0
L’observatoire Canada-France-Hawaï L’observatoire Canada-France-Hawaï abrite un télescope de 3,58 mètres de diamètre, le CFHT (Canada-France-Hawaii Telescope) — en français, le télescope Canada-France-Hawaï — entré en service en 1979. Il se situe, vous l’aurez deviné, à Hawaï, aux côtés d’autres grands observatoires qui ont fleuri au sommet du Mauna Kea (4.200 mètres) depuis la fin des années 1970. © Generic1139 CC by-sa 4.0
L’observatoire Gemini L’observatoire Gemini se divise en deux télescopes identiques de 8,1 mètres de diamètre implantés dans deux des meilleurs sites d’observation au monde : l’un, Gemini North, est à Hawaï dans l’hémisphère Nord, et l’autre, Gemini South, est au Chili dans l’hémisphère Sud. Leurs positions leur permettent ainsi d’embrasser l’ensemble de la voûte céleste. © Steve L. Martin CC by 2.0