Untélescope spatial est untélescope 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 letélescope spatialHubble. Ces instruments jouent désormais un rôle important dans la collecte d'informations sur les planètes éloignées, lesétoiles, lesgalaxies et les autres objets célestes.
Un télescope spatial est un télescope installé dans l'espace pour observer les planètes éloignées, lesgalaxies et d'autresobjets 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.
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 exemplePlanck etHerschel),orbite héliocentrique dans le sillage de la Terre avec quelques semaines de décalage (par exempleKepler). Par le passé, les satellites en orbite basse ont toutefois été largement majoritaires. Certains satellites astronomiques décrivent des orbites terrestres à forteexcentricité (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).
Larésolution des télescopes dans le visible est aujourd'hui meilleure que celle des télescopes terrestres. Elle n'est limitée que par lacharge utile des lanceurs existants et le coût de construction d'un gros télescope spatial. La réalisation du lanceur lourdSLS pourrait permettre le lancement d'un télescope spatial doté d'un miroir de 8 à 17 mètres (projetAdvanced Technology Large-Aperture Space Telescope).
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 télescopeHubble, 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.
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 desphotons et réduit la qualité de l'image, limite la résolution aux environs d'uneseconde d'arc même si certains télescopes terrestres (tels que leVery Large Telescope) peuvent contrebalancer les turbulences grâce à leuroptique adaptative. Dans le domaine durayonnement 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 duspectre électromagnétique est complètement (gamma,X, etc.) ou partiellement (infrarouge etultraviolet) 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 lapollution lumineuse due aux nombreuses sources de lumière artificielles[1].
Seuls le rayonnement visible et les fréquencesradios ne sont pas atténués par l’atmosphère terrestre. L'astronomie spatiale joue un rôle essentiel pour les autreslongueurs d'onde. Elle a pris aujourd'hui une grande importance grâce à des télescopes commeChandra ouXMM-Newton.
Aux États-Unis, la création d’un télescope spatial est évoquée pour la première fois en 1946 parLyman 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 duspectre 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 unefusée-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 lanavette 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 lesagences spatiales : laNational Aeronautics and Space Administration (NASA) américaine, l'Agence spatiale européenne, l'agence spatiale japonaise (JAXA) etRoscosmos pour laRussie.
Comparaison entre télescopes spatiaux par diamètre.
On peut classer les satellites astronomiques spatiaux en fonction deslongueurs d'onde qu'ils observent :rayonnement gamma,rayonnement X,ultraviolet,lumière visible,infrarouge, radio millimétrique etradio.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 durayonnement cosmique ainsi que ceux qui détectent lesondes gravitationnelles.
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 lessupernovae, lesétoiles à neutrons, lespulsars et lestrous noirs. Leséruptions gamma, qui dégagent des énergies élevées, ont été également détectées sans qu'on en identifie la provenance[4].
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
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].
L'astronomie en lumière visible est la forme la plus ancienne de l'observation des astres. Elle porte sur le rayonnement visible (entre4 000 et 8 000Å)[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, lesétoiles, lesgalaxies, lesnébuleuses et lesdisques protoplanétaires[123].
L'atmosphère est transparente pour les ondes radio, aussi lesradio-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 lesrestes de supernovæ, leslentilles gravitationnelles, lesmasers, lesgalaxies à sursaut de formation d'étoiles ainsi que beaucoup d'autres objets célestes.
↑HiroshiMurakamiet al., « The IRTS (Infrared Telescope in Space) Mission »,Publications of the Astronomical Society of Japan,vol. 48,, L41–L46(lire en ligne).
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