Télescope spatial

Le télescope spatial Hubble en orbite autour de la Terre (1997).

Un télescope spatial est un télescope placé au-delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage, par rapport à son homologue terrestre, de ne pas être perturbé par l'atmosphère terrestre. Celle-ci déforme le rayonnement lumineux (infrarouge, visible, ultraviolet…) et en absorbe une grande partie (surtout infrarouge et ultraviolet).

Depuis les années 1960, les progrès de l'astronautique ont permis d'envoyer dans l'espace des télescopes spatiaux de différents types, dont le plus connu est le télescope spatial Hubble. Ces instruments jouent désormais un rôle important dans la collecte d'informations sur les planètes éloignées, les étoiles, les galaxies et les autres objets célestes.

Caractéristiques d'un télescope spatial

Spitzer, Hubble, XMM-Newton et leurs principaux composants

Un télescope spatial est un télescope installé dans l'espace pour observer les planètes éloignées, les galaxies et d'autres objets célestes.

On peut ranger les télescopes spatiaux en deux grandes catégories : les télescopes qui observent l'ensemble de la voûte céleste et ceux qui font des observations sur des portions choisies du ciel.

Orbite

Dans l'idéal, le satellite d'observation astronomique est placé sur une orbite la plus éloignée possible des perturbations lumineuses ou électromagnétiques. La Terre et la Lune peuvent être une grande source de perturbations. Pour y échapper, certains satellites astronomiques sont placés sur des orbites qui les maintiennent éloignés en permanence de ces deux astres : point de Lagrange L2 de l'ensemble Terre-Soleil (par exemple Planck et Herschel), orbite héliocentrique dans le sillage de la Terre avec quelques semaines de décalage (par exemple Kepler). Par le passé, les satellites en orbite basse ont toutefois été largement majoritaires. Certains satellites astronomiques décrivent des orbites terrestres à forte excentricité (Integral, Granat, XMM-Newton) pour permettre des observations à l'extérieur des ceintures de Van Allen (les particules à l'intérieur des ceintures perturbent les mesures) et disposer de longues durées d'observation ininterrompues (une périodicité longue limite le nombre d'interruptions liés au passage derrière la Terre).

Instrumentation

Résolution

La résolution des télescopes dans le visible est aujourd'hui meilleure que celle des télescopes terrestres. Elle n'est limitée que par la charge utile des lanceurs existants et le coût de construction d'un gros télescope spatial. La réalisation du lanceur lourd SLS pourrait permettre le lancement d'un télescope spatial doté d'un miroir de 8 à 17 mètres (projet Advanced Technology Large-Aperture Space Telescope).

Durée de vie

Le satellite d'observation astronomique, comme les autres satellites, doit se maintenir sur une orbite et être pointé vers l'objet observé pour accomplir sa mission, ce qui nécessite de disposer d'ergols. Sa durée de vie est donc conditionnée par la quantité d'ergols emportée, car les opérations de maintenance d'un satellite, comme celles réalisées pour le télescope Hubble, sont trop coûteuses pour être envisagées dans un cas normal. Certains satellites d'observation astronomique, comme les télescopes infrarouge, utilisent des capteurs qui nécessitent en outre un liquide de refroidissement (hélium liquide). Celui-ci s'épuise progressivement, ce qui limite la durée durant laquelle ils peuvent réaliser leurs meilleures mesures.

Avantages du télescope spatial

Les longueurs d'onde absorbées par l'atmosphère en part filtrée (de 0 à 100 %)

Plusieurs phénomènes constituent des freins à l'observation astronomique depuis le sol : la turbulence naturelle de l'air, qui perturbe le cheminement des photons et réduit la qualité de l'image, limite la résolution aux environs d'une seconde d'arc même si certains télescopes terrestres (tels que le Very Large Telescope) peuvent contrebalancer les turbulences grâce à leur optique adaptative. Dans le domaine du rayonnement visible, un télescope spatial peut observer un objet cent fois moins lumineux que ce qui peut être techniquement observable depuis le sol. En outre, une grande partie du spectre électromagnétique est complètement (gamma, X, etc.) ou partiellement (infrarouge et ultraviolet) absorbée par l'atmosphère terrestre et ne peut donc être observée que depuis l'espace. L'observation lumineuse depuis le sol est également de plus en plus handicapée par la pollution lumineuse due aux nombreuses sources de lumière artificielles[1].

Seuls le rayonnement visible et les fréquences radios ne sont pas atténués par l’atmosphère terrestre. L'astronomie spatiale joue un rôle essentiel pour les autres longueurs d'onde. Elle a pris aujourd'hui une grande importance grâce à des télescopes comme Chandra ou XMM-Newton.

Historique

Les principaux télescopes spatiaux et la partie du spectre électromagnétique qu'ils observent[2].

Aux États-Unis, la création d’un télescope spatial est évoquée pour la première fois en 1946 par Lyman Spitzer, un professeur et chercheur de l’université Yale, qui démontre dans son article intitulé « Les avantages d’un observatoire extra-terrestre dans le domaine de l’astronomie » qu’un télescope placé dans l’espace offre un grand nombre d’avantages car, explique-t-il, l’atmosphère terrestre filtre et déforme la lumière venue des étoiles. Même le télescope le plus perfectionné ne peut pas échapper à ce phénomène alors qu’un télescope situé en orbite le peut. Par ailleurs, l’atmosphère bloque une grande partie du spectre électromagnétique, comme le rayonnement X émis par des phénomènes de haute température dans les étoiles et dans d’autres objets. Un télescope spatial pourrait permettre aux scientifiques de mesurer également ce type d’émission[3].

Les premiers observatoires astronomiques ne sont que des projectiles lancés par une fusée-sonde pour sortir brièvement de l'atmosphère ; aujourd'hui, les télescopes sont mis en orbite pour des périodes qui peuvent aller de quelques semaines (missions embarquées sur la navette spatiale américaine) à quelques années. Un grand nombre d’observatoires spatiaux ont été mis en orbite et la plupart d’entre eux ont amélioré de manière importante nos connaissances cosmologiques. Certains de ces observatoires ont achevé leurs missions, tandis que d'autres sont toujours en opération. Les télescopes spatiaux sont lancés et maintenus par les agences spatiales : la National Aeronautics and Space Administration (NASA) américaine, l'Agence spatiale européenne, l'agence spatiale japonaise (JAXA) et Roscosmos pour la Russie.

Satellites astronomiques

Comparaison entre télescopes spatiaux par diamètre.

On peut classer les satellites astronomiques spatiaux en fonction des longueurs d'onde qu'ils observent : rayonnement gamma, rayonnement X, ultraviolet, lumière visible, infrarouge, radio millimétrique et radio. Le terme « télescope » est généralement réservé aux instruments qui utilisent une optique, ce qui n'est pas le cas des satellites astronomiques observant le rayonnement gamma, X et radio[réf. souhaitée]. Certains satellites peuvent observer plusieurs plages (ils apparaissent plusieurs fois dans le tableau ci-dessous). On intègre dans la catégorie des satellites astronomiques les instruments qui étudient les noyaux et/ou les électrons du rayonnement cosmique ainsi que ceux qui détectent les ondes gravitationnelles.

Observatoires de rayonnement gamma

Les télescopes gamma collectent et mesurent le rayonnement gamma à haute énergie émis par les sources célestes. Ce rayonnement est absorbé par l'atmosphère et doit être observé depuis des ballons à haute altitude (télescopes-ballons (en)) ou depuis l'espace. Le rayonnement gamma peut être généré par les supernovae, les étoiles à neutrons, les pulsars et les trous noirs. Les éruptions gamma, qui dégagent des énergies élevées, ont été également détectées sans qu'on en identifie la provenance[4].

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
High Energy Astronomy Observatory 3 (HEAO 3)NASAOrbite terrestre (486,4–504,9 km)[5],[6],[7]
Astrorivelatore Gamma ad Immagini LEggero (AGILE)ASI—Orbite terrestre (524–553 km)[8],[9]
Compton Gamma-Ray Observatory (CGRO)NASAOrbite terrestre (362–457 km)[10],[11],[12]
COS-BESAOrbite terrestre (339,6–99,876 km)[13],[14],[15]
GammaRSA1992Orbite terrestre (375 km)[16]
Fermi Gamma-ray Space TelescopeNASA—Orbite terrestre (555 km)[17]
GranatCNRS et IKIOrbite terrestre (2 000–200 000 km)[18],[19],[20]
High Energy Transient Explorer 2 (HETE 2)NASA—Orbite terrestre (590–650 km)[21],[22],[23]
International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL)ESA—Orbite terrestre (639–153 000 km)[24],[25]
Low Energy Gamma Ray Imager (en) (LEGRI)INTAOrbite terrestre (600 km)[26],[27],[28]
Small Astronomy Satellite 2 (SAS 2)NASAOrbite terrestre (443–632 km)[29],[30]
Swift Gamma Ray Burst Explorer (SWIFT)NASA—Orbite terrestre (585–604 km)[31],[32]

Observatoires spatiaux de rayonnement X

Les télescopes à rayons X mesurent le rayonnement X émis par les photons à haute énergie. Ceux-ci ne peuvent pas traverser l'atmosphère et doivent donc être observés soit depuis la haute atmosphère soit depuis l'espace. Plusieurs types d'objets célestes émettent des rayons X depuis les amas de galaxie en passant par les trous noirs ou les noyaux galactiques actifs jusqu'aux objets galactiques tels que les restes de supernovas ou les étoiles et les étoiles doubles comportant une naine blanche... Certains corps du système solaire émettent des rayons X, le plus notable étant la Lune, bien que la majorité du rayonnement X de la Lune provienne de la réflexion de rayons X du Soleil. On considère que la combinaison de nombreuses sources de rayonnement X non identifiées est à l'origine du rayonnement X de fond

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
A Broadband Imaging X-ray All-sky Survey (ABRIXAS)DLROrbite terrestre (549–598 km)[33],[34],[35]
Advanced Satellite for Cosmology and Astrophysics (ASCA)NASA & ISASOrbite terrestre (523,6–615,3 km)[36],[37]
AGILEASI—Orbite terrestre (524–553 km)[8],[9]
Ariel VScience and Engineering Research Council et NASAOrbite terrestre (520 km)[38],[39]
Array of Low Energy X-ray Imaging Sensors (Alexis)LANL2005Orbite terrestre (749–844 km)[40],[41],[42]
AryabhataISROOrbite terrestre (563–619 km)[43]
AstronIKIOrbite terrestre (2 000—200 000 km)[44],[45],[46]
Astronomische Nederlandse Satelliet (ANS)SRONOrbite terrestre (266–1 176 km)[47],[48]
AstrosatISRO—Orbite terrestre (650 km)[49]
BeppoSAXASIOrbite terrestre (575–594 km)[50],[51],[52]
Broad Band X-ray Telescope (Astro 1)NASAOrbite terrestre (500 km)[53],[54]
ChandraNASA—Orbite terrestre (9 942–140 000 km)[55],[56]
Constellation-X Observatory (en)NASATBA——[57]
COS-BESAOrbite terrestre (339,6–99,876 km)[13],[14],[15]
Cosmic Radiation Satellite (CORSA)ISASÉchec au lancement[58],[59]
Dark Universe Observatory (en)NASATBA—Orbite terrestre (600 km)[60],[61]
Einstein Observatory (HEAO 2)NASAOrbite terrestre (465–476 km)[62],[63]
EXOSATESAOrbite terrestre (347–191 709 km)[64],[65],[66]
Ginga (Astro-C)ISASOrbite terrestre (517–708 km)

[67],[68],[69]

GranatCNRS et IKIOrbite terrestre (2 000–200 000 km)[18],[19],[20]
HakuchoISASOrbite terrestre (421–433 km)

[70],[71],[72]

High Energy Astronomy Observatory 1 (HEAO 1)NASAOrbite terrestre (445 km)

[73],[74],[75]

High Energy Astronomy Observatory 3 (HEAO 3)NASAOrbite terrestre (486,4–504,9 km)[5],[6],[76]
High Energy Transient Explorer 2 (HETE 2)NASA—Orbite terrestre (590–650 km)[21],[22],[23]
International Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (INTEGRAL)ESA—Orbite terrestre (639–153 000 km)[24],[25]
Nuclear Spectroscopic Telescope Array (NuSTAR)NASA—Orbite terrestre (525 km)[77]
RosatNASA] et DLROrbite terrestre (580 km)

[78],[79],[80]

Rossi X-ray Timing ExplorerNASAOrbite terrestre (409 km)

[81],[82]

Spectrum-X-GammaIKI et NASA2010——[83]
Suzaku (ASTRO-E2)JAXA et NASA—Orbite terrestre (550 km)[84],[85]
[[Swift (télescope spatial)|Modèle:Sanglais]]NASA—Orbite terrestre (585–604 km)[31],[32]
TenmaISASOrbite terrestre (489–503 km)[86],[87],[88]
Small Astronomy Satellite 3 (SAS-C)NASAOrbite terrestre (509–516 km)[89],[90],[91]
UhuruNASAOrbite terrestre (531–572 km)[92],[93],[94]
X-Ray Evolving Universe Spectroscopy Mission (XEUS)ESAAnnulé——[95]
XMM-NewtonESA—Orbite terrestre (7 365–114 000 km)[96],[97]

Télescopes ultraviolet

Les télescopes ultraviolet effectuent leurs observations dans la gamme des ondes ultraviolet c'est-à-dire entre 100 et 3 200 Å. La lumière dans ces longueurs d'onde est absorbée par l'atmosphère terrestre aussi les observations doivent être réalisées dans la haute atmosphère ou depuis l'espace[98]. Les objets célestes émettant un rayonnement ultraviolet comprennent le Soleil, les autres étoiles et les galaxies[99].

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
Astro-2NASAOrbite terrestre (349–363 km)[100],[101]
AstronIKIOrbite terrestre (2 000–200 000 km)[44],[45],[46]
Astronomische Nederlandse Satelliet (ANS)SRONOrbite terrestre (266–1 176 km)[47],[48]
AstrosatISRO—Orbite terrestre (650 km)[49]
Broad Band X-ray Telescope / Astro 1NASAOrbite terrestre (500 km)[53],[54]
Copernicus ObservatoryNASA1980Orbite terrestre (713–724 km)[102]
Cosmic Hot Interstellar Spectrometer (CHIPS)NASA—Orbite terrestre (578–594 km)[103],[104]
Extreme Ultraviolet Explorer (EUVE)NASAOrbite terrestre (515–527 km)[105],[106]
Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE)NASA, CNES et CSAOrbite terrestre (752–767 km)[107],[108]
Galaxy Evolution Explorer (GALEX)NASAOrbite terrestre (691–697 km)[109],[110]
HubbleNASA—Orbite terrestre (586,47–610,44 km)[111]
International Ultraviolet Explorer (IUE)ESA, NASA et SERCOrbite terrestre (32 050–52 254 km)[112],[113]
Korea Advanced Institute of Science and Technology Satellite 4 (Kaistsat 4)KARI—Orbite terrestre (675–695 km)[114],[115]
OAO-2NASAOrbite terrestre (749–758 km)[116],[102]
Swift Gamma Ray Burst Explorer (Swift)NASA—Orbite terrestre (585–604 km)[31],[32]
Tel Aviv University Ultraviolet Explorer (en) (TAUVEX)Agence spatiale israélienne?——[117]
WSO-UVRoscosmos2015—Orbite géosynchrone[118]
Public Telescope (PST)Astrofactum2019—Orbite terrestre (800 km)[119],[120],[121]

Télescopes en lumière visible

L'astronomie en lumière visible est la forme la plus ancienne de l'observation des astres. Elle porte sur le rayonnement visible (entre 4 000 et 8 000 Å)[122]. Un télescope optique placé dans l'espace ne subit pas les déformations liées à la présence de l'atmosphère terrestre ce qui lui permet de fournir des images avec une résolution plus importante. Les télescopes optiques sont utilisés pour étudier, entre autres, les étoiles, les galaxies, les nébuleuses et les disques protoplanétaires[123].

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
AstrosatISRO—Orbite terrestre (650 km)[49]
CoRoTCNES & ESAOrbite terrestre (872–884 km)[124],[125]
Dark Energy Space TelescopeNASA & DOENon définie——[126]
GaiaESA—Point de Lagrange L2 (Lissajous)[127]
HipparcosESAOrbite terrestre (223–35 632 km)[128],[129],[130]
HubbleNASA—Orbite terrestre (586,47–610,44 km)[111]
KeplerNASA30 octobre 2018Point de Lagrange L2[131],[132],[133]
MOSTCSA—Orbite terrestre (819–832 km)[134],[135]
SIM Lite Astrometric ObservatoryNASAAnnulé——[136]
Swift Gamma Ray Burst ExplorerNASA—Orbite terrestre (585–604 km)[31],[32]
Terrestrial Planet FinderNASAAnnulé——[137]
EUCLIDESApoint de Lagrange L2

Télescopes infrarouge

Le rayonnement infrarouge a une énergie plus faible que la lumière visible et est donc émis par des objets plus froids. Ce rayonnement permet d'observer les objets suivants : les étoiles froides dont les naines brunes, les nébuleuses et les galaxies avec un important décalage vers le rouge[138].

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
Akari (ASTRO-F)JAXA24 novembre 2011Orbite terrestre (586,47–610,44 km)[139],[140]
DarwinESAAnnulé—Point de Lagrange L2[141]
HerschelESA et NASA[142]17 juin 2013Point de Lagrange L2[143],[144],[145]
IRASNASAOrbite terrestre (889–903 km)[146],[147]
Infrared Space Observatory (ISO)ESAOrbite terrestre (1 000–70 500 km)[148],[149],[150]
Infrared Telescope in SpaceISAS et NASDAOrbite terrestre (486 km)[151],[152]
James WebbNASA25 décembre 2021—Point de Lagrange L2[153]
Midcourse Space Experiment (MSX)USNOrbite terrestre (900 km)[154]
SpitzerNASAOrbite héliocentrique (0,98–1,02 au)[155],[156]
Submillimeter Wave Astronomy Satellite (SWAS)NASA—Orbite terrestre (638–651 km)[157],[158]
Terrestrial Planet FinderNASAencore inconnue——[137]
Wide Field Infrared Explorer (WIRE)NASA10 mai 2011—[159]
Wide-field Infrared Survey Explorer (WISE)NASA—Orbite terrestre (500 km)[160],[161]

Ondes millimétriques et submillimétriques

Aux fréquences millimétriques, les photons sont très nombreux mais ont très peu d'énergie. Il faut donc en collecter beaucoup. Ce rayonnement permet de mesurer le fond diffus cosmologique, la distribution des radio-sources, ainsi que l'effet Sunyaev-Zel'dovich, ainsi que le rayonnement synchrotron et le rayonnement continu de freinage de notre galaxie.

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
Cosmic Background Explorer (COBE)NASAOrbite terrestre (900 km)[162],[163]
OdinSSC—Orbite terrestre (622 km)[164],[165]
PlanckESA Point de Lagrange L2[166],[167],[168]
Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)NASA19 août 2010Point de Lagrange L2[169]

Radio-télescopes spatiaux

L'atmosphère est transparente pour les ondes radio, aussi les radio-télescopes placés dans l'espace sont utilisés généralement pour réaliser de l'interférométrie à très longue base. Un télescope est situé sur Terre tandis qu'un observatoire est placé dans l'espace : en synchronisant les signaux collectés par ces deux sources, on simule un radio-télescope dont la taille serait la distance existant entre les deux instruments. Les observations effectuées par ce type d'instrument portent sur les restes de supernovæ, les lentilles gravitationnelles, les masers, les galaxies à sursaut de formation d'étoiles ainsi que beaucoup d'autres objets célestes.

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
Highly Advanced Laboratory for Communications and Astronomy (HALCA ou VSOP)ISASOrbite terrestre (560–21 400 km)[170],[171],[172]
RadioAstronIKI2011—Orbite terrestre (10 000–390 000 km)[173],[174]
VSOP-2JAXA2012——[175]

Détection de particules

Certains observatoires spatiaux sont spécialisés dans la détection du rayonnement cosmique et des électrons. Ceux-ci peuvent être émis par le Soleil, notre galaxie (rayonnement cosmique) et des sources extra-galactiques (rayonnement cosmique extra-galactique). Les noyaux des galaxies actives émettent également un rayonnement cosmique à haute énergie.

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
High Energy Astrophysics Observatory 3 (HEAO 3)NASAOrbite terrestre (486,4–504,9 km)[5],[76]
Astromag Free-Flyer (en)NASA—Orbite terrestre (500 km)[176],[177]
Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics (PAMELA)ASI, INFN, RSA, DLR & SNSB—Orbite terrestre (350–610 km)[178],[179]
Spectromètre magnétique Alpha (AMS)ESA et NASA—Station spatiale internationale (Orbite terrestre 330–410 km)

Ondes gravitationnelles

L’observation des ondes gravitationnelles, prédites par la relativité générale, est un domaine relativement nouveau. Un projet d'observatoire spatial, Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA), développé par l’Agence spatiale européenne, devrait être lancé après 2034 si le projet est retenu. Le télescope utilise la technique de l'interférométrie.

Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission Emplacement Ref(s)
Evolved Laser Interferometer Space Antenna (eLISA)ESA2037 (projet)—Orbite solaire (environ 1 UA ; sur l'orbite terrestre)[180]

Voir aussi

Articles connexes

Notes et références

Références

  1. ↑ Astronomie, CNES Sciences.
  2. ↑ Illustration inspirée du schéma figurant ici : « http://www.spitzer.caltech.edu/Media/mediaimages/background.shtml »(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?).
  3. ↑ (en) NASA : ""A Brief History of the Hubble Space Telescope""
  4. ↑ « Gamma rays », NASA (consulté le ).
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