| Pays |  États-Unis |
|---|---|
| Agence | National Aeronautics and Space Administration |
| Objectifs | Observation de l'espace dans différentes longueurs d'onde |
| Statut | En cours (Chandra etHubble) |
| Nombre de missions | 4 (+5 missions d'entretien du télescopeHubble) |
| Lanceurs | Navette Spatiale,Delta II |
|---|
| 1er lancement | 24 avril 1990 (Hubble) |
|---|---|
| Dernier lancement | 25 août 2003 (Spitzer) |
| Nombre de lancements | 4 (+5 missions d'entretien du télescopeHubble) |
|---|---|
| Succès | 4 (+5) |
ProgrammeOrbiting Astronomical ObservatoryTélescopeJames-Webb
Leprogramme des Grands Observatoires de laNASA comprend quatre grands et puissantstélescopes spatiaux lancés entre 1990 et 2003, qui couvrent des régions différentes duspectre électromagnétique[1] :Hubble (spectre visible etproche infrarouge),Compton Gamma-Ray Observatory (rayonnement gamma),Chandra (rayons X mous) etSpitzer (infrarouge). La même taille et le même budget sont initialement alloués aux quatre projets, et chacun d'entre eux apporte des contributions substantielles à l'astronomie.
Les quatre grands instruments du programme sont :
De ces quatre observatoires, deux sont retirés aujourd'hui. L'un desgyroscopes de Compton est tombé en panne et laNASA lui transmet l'ordre de quitter sonorbite le. Les parties qui résistent à la rentrée dans l'atmosphère terrestre disparaissent dans l'océan Pacifique. Le second,Spitzer, bien que toujours fonctionnel, a été abandonné par la NASA le : il s'éloigne de plus en plus de la Terre, rendant de plus en plus difficiles les communications en raison de l'orientation de plus en plus défavorable de ses panneaux solaires pendant le positionnement de ses antennes. Par ailleurs,Hubble doit à l'origine être récupéré et ramené sur Terre par lanavette spatiale, mais ce projet est ensuite abandonné. En revanche, le télescope fait l'objet de cinq missions d'entretien à l'aide de la navette. Le,Michael Griffin, l'administrateur de la NASA, donne le feu vert pour une ultime mission de rénovation. La missionSTS-125 de 11 jours de la navetteAtlantis, lancée le[2], installe des accumulateurs neufs, remplace tous ses gyroscopes et installe la caméra à large champ numéro 3 (WFC3) et un spectrographe des origines cosmiques (COS)[3].
Spitzer est l'unique Grand Observatoire à ne pas être lancé par la navette spatiale. C'est bien le mode de lancement initialement prévu, mais l'accident de la navette spatialeChallenger mène à l'interdiction des étages supérieurs des lanceurs de typeCentaurLH2/LOX, nécessaires pour atteindre l'orbite héliocentrique. Les lanceursTitan etAtlas sont interdits pour des raisons de coût. Après une refonte de sa conception et son allègement, il est finalement lancé par un lanceurDelta II.
Dans le prolongement de ce programme, laNASA planifie les télescopes suivants :
L'histoire dutélescope spatialHubble remonte à 1946, lorsque l'astronomeLyman Spitzer écrit l'articleAstronomical advantages of an extraterrestrial observatory[4]. Spitzer consacre une partie importante de sa carrière à la promotion d'un télescope spatial.
Les missionsOrbiting Astronomical Observatory (OAO), de 1966 à 1972, démontrent l'importance du rôle que peuvent jouer des observatoires situé dans l'espace. En 1968, la NASA développe la planification d'untélescope réflecteur doté d'un miroir de 3 m de diamètre. Provisoirement dénomméLarge Orbiting Telescope (« Grand télescope en orbite ») ouLarge Space Telescope (LST, « Grand télescope spatial »), son lancement est escompté pour 1979[5]. En 1978, leCongrès américain approuve un budget définitif de 36 millions dedollars américains. La conception du LST peut alors commencer sérieusement, avec l'objectif d'un lancement en 1983. Au début des années 1980, le télescope est rebaptisé en l'honneur de l'astronomeEdwin Hubble.
Lerayonnement gamma est observé au-dessus de l'atmosphère par plusieurs missions spatiales. Durant sonHigh Energy Astronomy Observatory Program (en), en 1977, la NASA annonce des projets de construction d'un « grand observatoire » pour l'astronomie du rayonnement gamma. Le Gamma Ray Observatory (GRO), renomméCompton Gamma-Ray Observatory (CGRO), est conçu pour mettre à profit des avancées majeures en matière de technologies desdétecteurs des années 1980. Après 14 années d'efforts, le CGRO est lancé le[6].
En 1976, deuxastrophysiciens américains,Riccardo Giacconi etHarvey Tananbaum, proposent à la NASA l'idée du télescope spatialChandra (alors appelé AXAF), observant dans le domaine durayonnement X. Les travaux préliminaires commencent l'année suivante aucentre de vol spatial Marshall (MSFC, pourMarshall Space Flight Center) et auSmithsonian Astrophysical Observatory (SAO). Dans l'intervalle, la NASA met en orbite le premier télescope X, l'observatoire Einstein (HEAO-2). Les travaux sur le projetChandra se poursuivent dans les années 1980 et 1990. En 1992, pour réduire les coûts, la conception du vaisseau spatial est revue. On supprime quatre miroirs sur les douze prévus, ainsi que deux des six instruments scientifiques. L'orbite prévue pourChandra est modifiée au profit d'uneorbite elliptique, atteignant un tiers de la distance Terre-Lune au point le plus éloigné. Cette décision élimine toute possibilité d'amélioration ou de réparation par lanavette spatiale mais permet de positionner l'observatoire au-delà de laceinture de Van Allen sur la majeure partie de son orbite, la mettant ainsi à l'abri de ses radiations.
Au début des années 1970, les astronomes commencent à considérer la possibilité de placer un télescopeinfrarouge au-dessus des effets assombrissant de l'atmosphère terrestre. La plupart des projets initiaux tablent sur des vols répétés à bord de la navette spatiale de la NASA. Cette approche remonte à une époque où l'on présume que la navette est capable de permettre des vols hebdomadaires sur des périodes allant jusqu'à 30 jours. En 1979, un rapport duNational Research Council (Conseil national de la recherche) de l'Académie nationale des sciences américaine intituléA Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980s (Une stratégie pour l'astronomie et l'astrophysique spatiale pour les années 1980), identifie unShuttle Infrared Telescope Facility (SIRTF) comme « une des deux installations majeures [à développer] pourSpacelab, » uneplate-forme embarquée sur la navette.
Le lancement de l'Infrared Astronomical Satellite (IRAS), un satellite duprogrammeExplorer, conçu pour mener le premier relevé infrarouge du ciel, amène à anticiper un instrument utilisant la technologie nouvelle en matière de détecteurs infrarouges. Vers, la NASA examine la « possibilité d'un vol autonome de longue durée de la mission SIRTF ». Le vol deSpacelab-2 à bord deSTS-51-F en 1985 confirme que l'environnement de la navette ne convient pas à un télescope infrarouge embarqué et qu'un vol autonome est préférable. On modifie le premier mot dans le nom, et au lieu deShuttle (« navette ») on l'appela leSpaceInfrared Telescope Facility, ce qui ne change pas l'acronyme[7],[8].
Le concept de Grand Observatoire remonte au rapportA Strategy for Space Astronomy and Astrophysics for the 1980's. Ce rapport inventorie le travail préparatoire essentiel pour les Grands Observatoires, sous la direction de Peter Meyer (jusqu'à) puis Harlan J. Smith (jusqu'à sa publication). Au milieu des années 1980, il est approfondi par les directeurs successifs de la Division astrophysique au siège de la NASA, y compris Frank Martin et Charlie Pellerin. Le programme des « Grands Observatoires » de la NASA utilise quatre satellites distincts, chacun conçu spécifiquement pour couvrir une partie différente duspectre de façon inaccessible aux systèmes fixés sur Terre. Cette perspective permet à la proposition d'observatoires X et infrarouge d'être à juste titre considérée comme la continuation d'un programme astronomique commencé avecHubble etCompton Gamma-Ray Observatory plutôt que comme des concurrents ou des remplaçants[1],[9].
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Chaque Observatoire est conçu pour faire progresser l'état de l'Art (la technologie) dans le domaine de longueurs d'onde qui lui est dévolu. Comme l'atmosphère terrestre empêche les rayonnementsX,gamma etinfrarouge lointain d'atteindre la Terre, les missions spatiales sont essentielles pour les observatoiresCompton,Chandra etSpitzer.
Hubble bénéficie également du survol de l'atmosphère : elle fait scintiller les objets très faiblement lumineux, diminuant la résolution spatiale (les objets brillants, au contraire, bénéficient d'une résolution bien meilleure depuis la Terre grâce aux techniques d'interférométrie).
Les plus grands télescopes terrestres n'ont atteint que récemment la résolution de Hubble pour les longueurs d'onde du proche-infrarouge des objets faiblement lumineux. Le fait d'être situé au-dessus de l'atmosphère permet de s'affranchir du problème de lalumière du ciel nocturne, ce qui permet à Hubble de faire des observations d'objets ultra-faibles. Les observatoires terrestres ne disposent d'aucun moyen de compenser ce rougeoiement sur les objets ultra-faibles, alors que les objets aussi faibles exigent des temps de pose interminables et inefficaces. Hubble peut également observer dans les longueurs d'ondeultraviolettes qui ne peuvent pas pénétrer l'atmosphère.
Compton observe dans le domaine gamma, qui ne peut pénétrer la basse atmosphère. Il est beaucoup plus grand que tous les instruments gamma embarqués sur les précédentes missions du programme HEAO, abordant des domaines d'exploration complètement nouveaux. Il dispose de quatre instruments couvrant le domaine d'énergie de 20keV à 30GeV, complémentaires les uns des autres du point de vue sensibilité, résolution et champ visuel. Les rayons gamma sont émis par différentes sources de hautes énergies et à hautes températures telles que lestrous noirs, lespulsars et lessupernovas.
Chandra non plus n'a pas de prédécesseur terrestre. Il prend la suite des trois satellites du programme HEAO, notamment l'observatoire Einstein de grande réussite, qui est le premier à démontrer la puissance de l'incidence rasante, donne une résolution spatiale d'un ordre de grandeur supérieur à celle descollimateurs (comparables aux optiques des télescopes), avec une amélioration considérable de la sensibilité. La grande taille deChandra, son orbite élevée et la sensibilité de sesdispositifs à transfert de charges (CCD) permettent l'observation de très faibles sources X.
Spitzer aussi observe à des longueurs d'onde largement inaccessible aux télescopes terrestres. Il est précédé dans l'espace parIRAS, une mission de petite taille de la NASA, et par celle beaucoup plus importante, le télescopeISO de l'Agence spatiale européenne (ESA). L'instrumentation deSpitzer profite des avancées rapides en technologie des détecteurs infrarouges depuis IRAS, combinée avec la grande ouverture, les champs de visée favorables et une durée de vie longue. Les résultats scientifique sont en conséquence remarquables. Les observations dans l'infrarouge sont nécessaires pour les objets astronomiques situés à très grandes distances, dont la lumière visible se décale vers le rouge jusqu'aux longueurs d'onde infrarouge, de même que pour les objets froids qui émettent peu de lumière visible, et pour les régions optiquement obscurcies par la poussière.
Chacun des quatre télescopes a un impact substantiel enastronomie. L'ouverture à la haute résolution de nouvelles bandes de longueurs d'onde, les observations à haute sensibilité parCompton,Chandra etSpitzer révolutionnent notre compréhension d'une grande variété d'objets astronomiques. Elles mènent à la détection de milliers d'objets nouveaux et intéressants. Hubble bénéficie d'un impact beaucoup plus important auprès du public et des médias que les autres télescopes. Pourtant, comparé aux trois autres observatoires, les améliorations apportées en sensibilité et en résolution dans les longueurs d'onde optique par rapport aux installations préexistantes se classent à un niveau plus modeste. La capacité de Hubble à produire des images uniformément de haute qualité de tout objet astronomique à tout moment autorise des relevés précis et des comparaisons de grand nombre d'objets astronomiques. Les observations duchamp profond deHubble sont très importantes pour l'étude des galaxies lointaines. Elles produisent en effet des images à longue pose en ultraviolet avec la même précision en nombre de pixel pour les galaxies lointaines que les installations préexistantes pour les galaxies plus proches. Des comparaisons directes sont donc effectuées. Le télescope spatialJames-Webb permet un bond en avant encore supérieur, avec des images à long temps de pose dans le visible de galaxies encore plus lointaines.
En plus des capacités inhérentes aux missions (particulièrement les sensibilités, qui ne peuvent pas être répliquées par des observatoires terrestres), le programme des Grands Observatoires permet l'obtention de résultats scientifiques encore améliorés par interaction des missions. Des objets différents brillent à différentes longueurs d'onde, mais affecter deux observatoires ou plus à un même objet permet une compréhension approfondie.
Les études en rayonnements à hautes énergie (X et gamma) ne bénéficient jusqu'alors que d'une imagerie avec une résolution modérée. L'étude des rayons X et gamma parHubble, de même queChandra etCompton, donne des dimensions et des données positionnelles précises. En particulier, la résolution deHubble peut souvent discerner si la cible est un objet isolé ou appartient à une galaxie, et si un objet brillant est un noyau, un bras ou le halo d'unegalaxie spirale. De façon similaire, l'ouverture plus petite deSpitzer signifie queHubble peut ajouter des informations spatiales à une image deSpitzer.
Les études dans l'ultraviolet révèlent également l'état temporel des objets à haute énergie. Les rayons X et gamma sont plus difficiles à détecter avec les technologies actuelles que le visible et l'ultraviolet. De ce fait,Compton etChandra ont besoin de temps d'intégration supérieurs pour collecter suffisamment de photons. Cependant, les objets qui brillent dans les rayons X et gamma peuvent être de petites dimensions et varier sur des échelles de temps de l'ordre de la minute ou de la seconde. De tels objets nécessitent alors un suivi avecHubble ou leRossi X-ray Timing Explorer, qui peut mesurer des détails en secondes ou en fractions de secondes d'angle, du fait de conceptions différentes. La dernière année pleine d'opération de Rossi est 2011.
La capacité deSpitzer de voir au travers de la poussière et des gaz épais favorise l'observation des noyaux des galaxies. Les objets massifs au cœur des galaxies brillent dans les gammes de rayonnement X, gamma et radio, mais les études infrarouges de ces régions nuageuses peuvent révéler le nombre et la position des objets.
Hubble, cependant, ne dispose ni duchamp visuel, ni du temps disponible nécessaire à l'étude de tous les objets intéressants. Des objectifs de valeur sont souvent mis en évidence à l'aide de télescopes terrestres, moins chers, ou à l'aide d'observatoires spatiaux plus petits, parfois conçus spécialement pour la couverture de grandes portions du ciel. Également, les trois autres Grands Observatoires trouvent de nouveaux objets ayant justifié d'y affecter Hubble.
Les études duSystème solaire et desastéroïdes constitue un exemple de synergie observationnelle. Depetits corps, tels que de petiteslunes et les astéroïdes, sont trop petits et trop éloignés pour être résolus, même parHubble ; leur image apparaît comme un motif de diffraction déterminée par leur brillance et non par leur taille. Cependant, Hubble peut déduire leur taille minimum en connaissant leuralbédo.Spitzer peut déterminer leur taille maximum grâce à leur température, fonction en grande partie de leur orbite. Ainsi, la taille véritable d'un corps peut être encadrée. Laspectroscopie parSpitzer, de plus, peut déterminer la composition chimique à la surface de l'objet, limitant ses possibilités d'albédo, et renforce ainsi l'estimation de sa faible dimension.
À l'autre extrémité de l'échelle des distances cosmiques, des observations deHubble sont combinées à celles deCompton,Spitzer etChandra dans leGreat Observatories Origins Deep Survey. Elles permettent la production d'une image multi-longueurs d'onde de laformation et évolution des galaxies dans l'univers primordial. les opérations sont réalisées selon le calendrier suivant :
James-Webb Space Telescope (JWST) : le télescope spatialJames Webb, initialement baptiséNext Generation Space Telescope (NGST, en français : « Télescope spatial de la prochaine génération »), est prévu en remplacement deHubble (HST) vers 2022[10]. Son miroir déployable segmenté est plus de deux fois plus grand. Cela procure une augmentation notable de sonpouvoir de résolution angulaire, et une augmentation spectaculaire de sa sensibilité. Contrairement àHubble, JWST observe dans l'infrarouge de façon à pouvoir pénétrer à l'intérieur des nuages de poussière situés à des distances cosmiques. Ceci signifie qu'il prolonge certaines des capacités deSpitzer alors que certaines de celles deHubble sont perdues. De nouvelles avancées des télescopes terrestres permettent de les relayer dans le visible, mais beaucoup moins dans l'ultraviolet.
Le télescope spatial à rayons gammaFermi, initialement baptisé « Gamma Ray Large Area Space Telescope » (GLAST), découle deCompton et est lancé le[11]. La définition de GLAST est plus étroite et réduite. Il porte essentiellement un seul instrument principal et une expérience secondaire. D'autres missions telles queHETE-2, lancé en 2000, etSwift, lancé en 2004, assurent le complément de GLAST.RHESSI, le Reuven RamatyHigh Energy Solar Spectroscopic Imager (« Imageur spectroscopique solaire à hautes énergies »), lancé en 2002, observe dans certaines des longueurs d'onde deChandra et deCompton, mais est pointé sur le Soleil en permanence. Il observe à l'occasion des objets très énergétiques qui se présentent dans le champ visuel aux alentours du Soleil.
INTEGRAL est un autre grand observatoire à haute énergie. Son nom complet estINTErnational Gamma-Ray Astrophysics Laboratory (en français : « laboratoire d'astrophysique international de rayonnement gamma »). Il est lancé en 2002. Il observe dans la même gamme queCompton, mais il utilise un télescope fondamentalement différent du point de vue technologique : desmasques à ouverture codée. Ainsi, ses capacités sont complémentaires de celles deCompton et deGLAST, et non un remplacement direct.
Spitzer n'a pas de successeur direct prévu. Cependant, le JWST dépasse ses performances dans l'infrarouge proche et le télescope spatialHerschel de l'Agence spatiale européenne (ESA), opérationnel de 2009 à 2013, le dépasse dans l'infrarouge lointain. Le télescope aéroportéStratospheric Observatory for Infrared Astronomy (SOFIA) observe dans le proche infrarouge et dans l'infrarouge moyen. SOFIA bénéficie d'une ouverture plus grande queSpitzer, mais de sensibilités relatives inférieures et pendant des cycles de travaux restreints. Enfin, ces missions de plus petites tailles conduisent des missions spécialisées en observation infrarouges.
Constellation-X est conçue comme une mission d'observation extrêmement sensible aux rayons X. Elle doit débuter en 2016. Ce n'est pas un remplacement direct de Chandra qui est optimisée pour une résolution angulaire élevée.Constellation-X est plutôt une continuation de la missionXMM-Newton qui abandonne une partie de sa résolution au profit de la sensibilité accrue. Constellation-X est plusieurs douzaines de fois plus sensible que Chandra. Il doit également s'étendre plus loin dans le domaine des rayons X durs, l'une des capacités deCompton. Le programmeConstellation-X est abandonnée et regroupé avec les programmes concurrents de l'ESA et de laJAXA pour former le projetIXO, rebaptiséATHENA.
Aucune de ces missions n'est prévue pour un lancement par la navette spatiale. La plupart rejoignent des orbites hors de portée de la navette, ce qui autorise des modes d'observation nouveaux.
Le programmeBeyond Einstein (programme « Au-delà d'Einstein ») doit ouvrir de nouveaux champs scientifiques. Pour les différencier de la génération actuelle, la NASA regroupe sous l'appellationEinstein Great Observatories (en) (« Grands observatoires Einstein ») letélescope Constellation-X (en) et leNGO (New Gravitational wave Observer, initialement baptisé LISA, pourLaser Interferometer Space Antenna). Cependant, ils n'appartiennent pas aux programme des Grands Observatoires[12].
Le programmeInternational Solar-Terrestrial Physics (ISTP), dans le même esprit que le programme des Grands Observatoires, regroupe un ensemble d'instruments pour l'étude duSoleil et desphénomènes électromagnétiques à proximité de la Terre[13].
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| La première date est celle du lancement du lancement (du premier lancement s'il y a plusieurs exemplaires). Lorsqu'elle existe la deuxième date indique la date de lancement du dernier exemplaire. Si d'autres exemplaires doivent lancés la deuxième date est remplacée par un -. Pour les engins spatiaux autres que les lanceurs les dates de fin de mission ne sont jamais fournies. | |||||||||||||||||
