L'ELT sera le plus grand télescope jamais construit

Publié par Adrien le 06/05/2020 à 09:00
Source: Observatoire de Paris
L'organisation européenne ESO s'est lancée dans la construction au milieu du désert chilien du Extremely Large Telescope, dit "ELT". Le télescope et sa structure atteignent un volume comparable à huit fois celui de l'Arc de Triomphe de Paris.

Un monstre de technologie

La puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) collectrice de son miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme par réflexion et conçu à cet effet. C'est souvent une couche métallique fine, qui,...) ultra (ULTra (pour (en)« Urban Light Transport ») est un système de transport individuel de type Personal Rapid Transit (PRT), autrement dit un moyen de transport automatique collectif léger permettant de se...) géant, de 39 mètres de diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la sphère. Le diamètre est...), équivaut à rassembler les 16 télescopes les plus grands existants au monde (Le mot monde peut désigner :). Quand il sera construit, probablement un peu après 2026, l'ELT sera capable d'observer les sources les plus faibles du ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.). Il permettra d'étudier des objets si lointains qu'ils sont inaccessibles aux autres télescopes, levant le voile sur de nombreux mystères en cosmologie (La cosmologie est la branche de l'astrophysique qui étudie l'Univers en tant que système physique.), sur la formation de galaxies, par exemple la nature de petites galaxies ou amas d'étoiles bien au-delà de notre Galaxie (Galaxies est une revue française trimestrielle consacrée à la science-fiction. Avec ce titre elle a connu deux existences, prenant par ailleurs la suite de deux autres Galaxie, cette fois au singulier.) ou du Groupe Local (Le Groupe local est l'ensemble d'une trentaine de galaxies auquel appartient notre Galaxie. Son diamètre est d'environ 3 millions de parsecs.).

Par ailleurs, comme le pouvoir de résolution (En optique, le pouvoir de résolution d'un système optique désigne sa capacité à distinguer des détails fins. Il est défini comme la distance angulaire minimale entre deux éléments d'un objet qui permet...) d'un télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant « regarder, voir »), est un instrument d'optique permettant d'augmenter la luminosité...) dépend de sa taille, l'ELT sera capable de résoudre les astres ayant les plus petites tailles apparentes: la taille apparente des galaxies les plus lointaines est bien plus petite qu'une seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde...) d'arc (pour comparaison, celle de la Lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du système solaire avec un diamètre de 3 474 km. La distance moyenne séparant la Terre de la Lune est de...) est de 1800 secondes d'arc). À ces échelles, les observations sont très affectées par la turbulence (La turbulence désigne l'état d'un fluide, liquide ou gaz, dans lequel la vitesse présente en tout point un caractère tourbillonnaire : tourbillons dont la taille, la localisation et...) atmosphérique terrestre, nécessitant des techniques de pointe pour s'en affranchir, comme l'optique adaptative (L'optique adaptative est une technique qui permet de corriger en temps réel les déformations évolutives et non-prédictives d'un front d'onde grâce à un miroir déformable.).

Dès l'origine du projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une grande...), l'ESO a fait l'énorme pari (Paris est une ville française, capitale de la France et le chef-lieu de la région d’Île-de-France. Cette ville est construite sur une boucle...) de concentrer tous ses efforts à garantir la résolution spatiale la plus élevée possible. C'est équivalent à compter les pétales d'une marguerite située à 100 kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la...) ! Le but est de distinguer une planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de l'Univers et possédant une masse suffisante pour que sa...) extrasolaire de son étoile (Une étoile est un objet céleste émettant de la lumière de façon autonome, semblable à une énorme boule de plasma comme le Soleil, qui est l'étoile la plus proche de la Terre.) jusqu'à des distances faisant approximativement l'épaisseur d'un bras spiral de notre Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.), afin d'étudier en détail le contenu planétaire (Un planétaire désigne un ensemble mécanique mobile, figurant le système solaire (le Soleil et ses planètes) en tout ou partie. Généralement les astres...) d'un nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) considérable d'étoiles proches et moins proches.


Structure interne de l'ELT. © Dorling Kindersley/ESO, CC BY.

C'est un pari qui n'est pas anodin puisque le principal miroir sera constitué de 798 segments chacun de 1,40 mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en...), qui devront être alignés avec une précision inégalée de seulement 15 millionièmes de millimètre ! Les quatre autres miroirs du télescope devront garantir la même précision. Plus particulièrement, deux de ces miroirs pourront être déformés mécaniquement pour compenser les minuscules variations de la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et notamment par son centre de gravité.) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à 780nm (rouge). La lumière est intimement...) due à la turbulence atmosphérique. Cette ambition est rendue possible par l'optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement électromagnétique et de ses relations avec la vision.) adaptative qui s'appuie sur des systèmes complexes d'analyse de la turbulence.

Au défi de construire un télescope mastodonte (Mastodonte est un terme ambigu en français. Les mastodontes sont des proboscidiens vivant au tertiaire et aujourd'hui éteints. Ils appartiennent à la famille des Mammutidae et ne...) capable de résoudre les sources les plus petites de l'univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.), l'organisation (Une organisation est) européenne ESO a fait un pari encore plus risqué: installer d'abord les instruments les plus sophistiqués permettant d'obtenir les résolutions spatiales les plus fines, et seulement dans un second temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) les deux instruments qui utilisent plutôt la puissance collectrice maximale du télescope (celle-ci étant garantie, quelque soient les performances du téléscope et de son énorme structure).

Pour observer les sources les plus faibles et les plus petites en taille apparente

Grâce à sa résolution spatiale, l'ELT pourra distinguer les atmosphères de planètes géantes via la spectroscopie, et permettre d'établir une théorie (Le mot théorie vient du mot grec theorein, qui signifie « contempler, observer, examiner ». Dans le langage courant, une théorie est une idée ou une...) solide sur la naissance des systèmes planétaires. Il pourra directement observer les toutes premières sources de l'univers, en particulier dès qu'il sera équipé d'un spectrographe permettant d'observer un grand nombre d'objets à la fois. Ce sera une véritable révolution en cosmologie, car on pense que les premières sources de l'univers sont nées lorsque celui-ci n'avait que quelques pour cent de son âge actuel. Ces sources sont si lointaines que les télescopes actuels ne peuvent observer qu'une minuscule fraction d'entre elles. L'ELT permettra de comprendre comment l'univers actuel s'est formé - la difficulté est qu'à l'origine, l'Univers était seulement constitué de gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et quasi-indépendants. Dans l’état gazeux, la matière n'a pas de forme...) d'hydrogène (L'hydrogène est un élément chimique de symbole H et de numéro atomique 1.) et d'hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il ouvre la série des gaz nobles dans le tableau périodique des éléments....), qui absorbent l'essentiel des rayons lumineux. En d'autres termes, l'Univers était opaque.


Cette photo représente l'Ultra-Deep Field, le champ le plus profond accessible actuellement, obtenu par le télescope spatial (Un télescope spatial est un télescope placé au delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage par...). Parmi les sources les plus ténues à peine visibles sur cette image, quelques-unes font partie des plus lointaines galaxies de l'Univers. Il s'agit de chercher une aiguille dans une botte de foin, et l'instrument MOSAIC est le seul à pouvoir trouver puis observer ces galaxies. © NASA (La National Aeronautics and Space Administration (« Administration nationale de l'aéronautique et de l'espace ») plus connue sous son...)

Tout en participant à la réalisation des instruments sophistiqués visant à la haute résolution spatiale, la France est responsable du spectrographe multi-objets MOSAIC qui exploitera au mieux la puissance collectrice de l'ELT. En particulier, c'est grâce à MOSAIC que l'on pourra évaluer la quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de dénommer la valeur d’une...) et l'évolution de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide,...) sombre - qui pourrait constituer la majorité de la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse inerte) et l'autre la contribution du corps...) de l'univers, et que l'on pourra observer les premières étoiles, amas d'étoiles ou galaxies ayant permis à l'univers de devenir transparent. Cet instrument pèsera près de 35 tonnes, occupera un volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) comparable à celui d'un appartement de 100 mètres carrés, et inclura six spectrographes, les fibres (Une fibre est une formation élémentaire, végétale ou animale, d'aspect filamenteux, se présentant généralement sous forme de faisceaux.) et leur positionneur, ainsi que les systèmes de guidage et d'optique adaptative. Si elles étaient mises bout à bout, les fibres de MOSAIC pourraient couvrir la distance Paris-Amsterdam. MOSAIC pourra observer plusieurs centaines de galaxies à la fois, étudier leur dynamique (Le mot dynamique est souvent employé désigner ou qualifier ce qui est relatif au mouvement. Il peut être employé comme :) et leur composition chimique et donc leur évolution.


Position du spectrographe MOSAIC dans l'ELT.

MOSAIC fonctionnera selon deux modes: un mode multiplex permettant l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir...) de nombreuses sources optiques, et un mode avec moins de sources mais une plus haute définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) dans l'infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde supérieure à celle de la lumière visible...) proche. © MOSAIC-ELT, Author provided Il y a encore de nombreuses étapes à franchir avant que l'ELT ne décrypte les mystères les plus ténus de l'univers. Il faut garantir que les performances attendues en résolution spatiale puissent être tenues. On peut s'interroger sur l'impact du télescope et son gigantesque dôme () sur les conditions de la turbulence atmosphérique, ainsi que sur la difficulté à atteindre des résolutions spatiales inaccessibles aujourd'hui. Sera-t-il possible de tenir les performances en surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent...) collectrice ? Un des problèmes est que l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) terrestre, outre sa turbulence, émet un signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit...) lumineux continu bien plus intense (jusqu'à plusieurs centaines de fois) que celui des sources les plus faibles de l'univers car elle contient oxygène (L’oxygène est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole O et de numéro atomique 8.), azote (L'azote est un élément chimique de la famille des pnictogènes, de symbole N et de numéro atomique 7. Dans le langage courant, l'azote désigne le gaz diatomique...) et vapeur () d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) émettant aux longueurs d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible des propriétés physiques locales. Elle transporte de l'énergie sans transporter de matière....) visibles et infrarouge. Des techniques très précises de "soustraction (La soustraction est l'une des opérations basiques de l'arithmétique. La soustraction combine deux ou plusieurs grandeurs du même type,...) des émissions atmosphériques" (dites "soustraction du ciel") sont à l'étude.

Un chemin semé d'embûches pour les télescopes ultra-géants

Il y a aujourd'hui plusieurs projets d'installation de télescopes ultra-géants dans le monde, dont un en Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un continent à part entière, mais aussi comme l’extrémité...), l'ELT, et deux aux États-Unis, le Thirty Meters Telescope (livraison prévue au plus tôt en 2030) et le Giant Magellanic Telescope. Les projets américains souffrent d'une difficulté d'implémentation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) ou de financements encore très incomplets. Mais bien que moins avancés, les projets américains sont conduits de façon pragmatique, en utilisant en premier lieu le pouvoir collecteur puis en implémentant progressivement une série d'instruments de haute technologie pour garantir une fine résolution spatiale.

Le budget (Un budget est un document comptable prévisionnel distinguant les recettes et les dépenses.) de l'ELT, dont une petite fraction (10 à 15%) reste à compléter, ne permet pas à l'organisation européenne ESO de financer l'instrument français MOSAIC. Au-delà des complexités techniques, l'équipe de MOSAIC a dû mettre en place un système original d'autofinancement, avec l'aide de nombreux responsables scientifiques en France, en Europe, aux États-Unis et au Brésil. Les pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas qui...) les plus importants de la collaboration sont le Royaume-Uni, l'Allemagne et les Pays-Bas, et bien sûr la France. Les capacités de l'instrument attirent de nombreuses contributions financières mises en place progressivement, par exemple du Space Telescope Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large....) Institute (qui gère le télescope spatial), ou d'instances européennes, finlandaises, suisses, etc. La mise en place progressive du nouveau mastodonte de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés physiques et chimiques. Elle ne doit pas...), l'Extremely Large Telescope et de sa série d'instruments est une des aventures les plus excitantes et prometteuses de l'astronomie moderne.

La Région Ile-de-France finance des projets de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la...) relevant de Domaines d'intérêt majeur et s'engage à travers le dispositif Paris Région Phd pour le développement du doctorat (Le doctorat (du latin doctorem, de doctum, supin de docere, enseigner) est généralement le grade universitaire le plus élevé. Le titulaire de ce grade est le docteur. Selon les pays et les...) et de la formation par la recherche en cofinançant 100 contrats doctoraux d'ici 2022.
Cet article vous a plus ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.180 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique