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    4 siècles d'exploits astronomiques  
    Serge Brunier - Science & Vie, HS 259 - 2012-03-01      
    Depuis toujours, l'homme a levé les yeux vers l'immensité céleste pour tenter d'en percer les secrets.
Mais ce n'est qu'à partir du XVIIe siècle que les astronomes ont trouvé le moyen de dépasser les apparences, grâce à des instruments permettant de voir toujours plus loin. Dès lors, l'histoire s'est accélérée, l'observation du ciel reculant toujours davantage ses limites, à la découverte des astres, puis de l'Univers et de son histoire.
Retour sur quatre siècles de conquêtes observationnelles.
 
Début XVIIe siècle  

La lunette de Galilée ouvre les portes du ciel

 
    Si Galilée n'a pas inventé la lunette, apparue en Hollande et en Angleterre vers 1608, il est le premier savant à l'avoir dirigée vers le ciel nocturne. Une révolution dans l'observation des astres ! Nuit après nuit, de novembre 1609 à mars 1610, l'astronome italien découvre que l'image du cosmos léguée par Aristote deux mille ans plus tôt est fausse. La Lune n'est pas une sphère parfaite, éthérée, mais un autre monde, couvert, lui semble-t-il, de montagnes, de volcans et de mers. Jupiter est dotée de quatre satellites, comme un système planétaire en miniature. Vénus a, comme la Lune, des phases. Et la Voie lactée révèle des milliers d'étoiles jusqu'ici invisibles. Les images floues, déformées, grossies vingt fois de sa lunette lui donnent accès à l'immensité du ciel. C'est le point de départ d'une amélioration continue des instruments d'observation astronomique.  
   

Galilée (1564-1642) présente sa lunette de 3 cm de diamètre au Senat de Venise, en haut du campanile de la place Saint-Marc. Il en fabriquera plusieurs sur le même modèle, avec 2 lentilles montées aux deux extrémités d'un tube de bois. Des instruments qui lui permettront, notamment, de découvrir le relief lunaire.

 
Début du XIXe siècle  

On prend la mesure de l'infinie distance des étoiles

 
    En 1838, à l'observatoire de Königsberg, l'astronome allemand Friedrich Bessel mesure pour la première fois la distance d'une étoile - 61 Cygni - et découvre qu'il faut plus de dix ans à la lumière pour nous parvenir de cet astre ! C'est désormais à un univers en 3D que les astronomes sont confrontés. L'étoile 61 Cygni a l'un des plus importants mouvements apparents dans le ciel. La Terre se déplaçant sur son orbite, les étoiles proches semblent, en effet, bouger devant les étoiles lointaines. C'est ce mouvement, appelé "parallaxe", que mesurera Friedrich Bessel pour 61 Cygni. Ce qui lui permettra, ensuite, de calculer la distance de l'étoile. À partir de 1806, grâce à l'opticien allemand Joseph von Fraunhofer (1787-1826), les lunettes astronomiques prennent leur aspect définitif, qu'elles ont toujours aujourd'hui. Celle qu'il a fabriquée pour Friedrich Bessel est dotée d'un excellent objectif de 16 centimètres de diamètre. Un instrument autrement plus puissant et précis que la lunette de Galilée…  
   

Le compte rendu des observations de l'astronome Friedrich Bessel, et la lunette astronomique avec laquelle il réalisa ses mesures.

 
XIXe siècle  

La photographie révèle les moindres lueurs de l'espace

 
    Le 23 mars 1840, la toute première photographie de la Lune, un daguerréotype, est prise, par l'Américain John William Draper. Dix ans plus tard, le 16 juillet 1850, c'est au tour de l'étoile Véga d'avoir son portrait, obtenu par William Bond, depuis l'observatoire de Cambridge (Massachusetts). Puis, le 30 septembre 1880, le fils de John Draper, Henry Draper, enregistre la première photographie d'une nébuleuse, celle d'Orion. Une révolution est en marche : au tournant du XXe siècle, la plaque photographique a envahi tous les observatoires du monde. Or, en impressionnant les plaques au cours de poses de plusieurs heures, voire de plusieurs dizaines d'heures, les astronomes parviennent à enregistrer la lumière d'astres qu'ils ne peuvent percevoir, l'œil à l'oculaire de leurs télescopes. Ainsi, en 1899, armé de son télescope géant de 91 centimètres de diamètre installé en Californie, James Keeler photographie des centaines de "nébuleuses spirales "dans le ciel. Il ignore encore tout de leur origine, de leur nature, de leur distance. La photographie vient d'ouvrir une porte sur un univers très lointain…  
   

La première photographie de la Lune (un daguerréotype) est réalisé en 1840. Une révolution est en marche…

 
Début XXe siècle  

Un télescope géant enregistre l'expansion de l'Univers

 
    En 1929, Edwin Hubble constate, depuis l'observatoire du mont Wilson, en Californie, que toutes les galaxies semblent s'éloigner de la nôtre avec une vitesse proportionnelle à leur distance. Il vient de découvrir l'expansion de l'Univers ! La même année, l'abbé Lemaitre (1894-1966) propose la théorie du big bang. Désormais, l'Univers n'est plus le cadre statique, éternel et infini où se joue l'histoire des astres et des hommes, il est lui-même l'histoire ! Jamais, depuis Galilée, ni après, le ciel n'aura connu un tel bouleversement. Et, encore une fois, un instrument exceptionnel y est associé. Entré en service en 1919, le télescope du mont Wilson est alors le plus grand au monde. Il est doté d'un miroir de 2,5 mètres de diamètre. C'est grâce à cette puissance, inouïe à l'époque, qu'Edwin Hubble pourra photographier dès 1919 les mystérieuses "nébuleuses spirales "découvertes quelques décennies plus tôt, puis comprendre, en 1924, qu'il s'agit en fait d'autres galaxies.  
   

Edwin Hubble (1889-1953) surveille le mouvement du télescope pendant que la plaque photographique enregistre lentement la lumière des galaxies.

 
Années 1950  

Les ondes radio perçoivent des astres jusqu'alors invisibles

 
    Dans les années 1930, les ingénieurs qui développent les premiers récepteurs radiophoniques découvrent avec surprise que le ciel émet des ondes radio. Mais dans un monde qui se prépare à la guerre, ces signaux venus du cosmos n'ont guère d'écho. C'est donc dans les années 1950 que les scientifiques profitent des immenses progrès techniques réalisés durant la Seconde Guerre mondiale. Pour la première fois, les astronomes échappent à la lumière et s'aventurent dans l'invisible ! Les corolles métalliques des radiotélescopes se mettent ainsi à fleurir à Jodrell Bank, en Angleterre, à Parkes, en Australie, à Dwingeloo, aux Pays-Bas, à Green Bank, aux Etats-Unis… Des antennes gigantesques : celle de Jodrell Bank (1957) mesure 76 mètres, celle d'Arecibo (1963), 300 mètres ! Et c'est une terra incognita insoupçonnée qui se révèle aux nouveaux explorateurs : les astronomes découvrent les ondes émises par les pulsars et les quasars, des astres aux propriétés étranges, qui resteront longtemps incomprises.  
   

Les radiotélescopes (ici, celui de Jodrell Bank, en Angleterre) fleurirent au lendemain de la Seconde Guerre mondiale, à la suite des progrès réalisés dans le domaine des transmissions radio. Les premiers ne permettaient pas d'obtenir d'images.
C'est en analysant l'intensité et la fréquence des signaux que les astronomes en déduisaient les caractéristiques des astres observés.

 
Années 1960  

Les premières sondes partent à l'assaut du système solaire

 
    Les missiles intercontinentaux conçus dans le cadre de la guerre froide sont détournés par les scientifiques pour envoyer des instruments et des hommes dans l'espace. En trois décennies seulement, l'URSS et les Etats-Unis font la conquête de la Lune et de l'ensemble du système solaire. En 1959, la sonde soviétique Luna 3 photographie la face cachée de la Lune. En 1969, Neil Armstrong foule le sol lunaire ! En 1973, pour la première fois, la sonde américaine Pioneer 10 survole une autre planète, Jupiter. En 1975, la sonde soviétique Venera 9 se pose sur Vénus. En 1976, les sondes américaines Viking 1 et Viking 2 se posent sur Mars. En 1979, Pioneer 11 croise Saturne… Des sondes et des satellites s'installent partout, autour du Soleil et des planètes, de leurs satellites, des astéroïdes, des comètes, fournissant des clichés et des échantillons à foison. Désormais, le système solaire n'a plus grand-chose à cacher aux astronomes. Bientôt, des télescopes seront à leur tour placés en orbite, comme Hubble, en 1990.  
   

La sonde américaine Pioneer 10 avant son départ vers Jupiter.

 
Années 1980  

Le numérique révolutionne l'observation du ciel

 
    En 1979, pour la première fois, un détecteur électronique CCD (pour charge coupled device, soit "dispositif à transfert de charges") est installé au foyer d'un télescope, à l'observatoire de Kitt Peak, en Arizona. Ce minuscule pavage de pixels est capable, comme une plaque photographique, d'enregistrer la lumière des astres. Mais il est infiniment plus sensible. Alors que les émulsions photosensibles les plus efficaces de l'époque collectent entre 1 et 5% de la lumière qui parvient au foyer du télescope, les caméras CCD en enregistrent entre 50 et 80% ! Pour les astronomes, c'est une révélation et une révolution : les performances de leurs télescopes sont littéralement décuplées. Cela leur permet d'obtenir des images plus précises et de distinguer des astres cent fois moins brillants ! C'est l'une des plus grandes révolutions de l'histoire de l'astronomie, mais elle a été éclipsée par la conquête spatiale, autrement plus spectaculaire pour le grand public.  
   

Sur le cliché de l'étoile Bêta Pictoris (un des premiers pris avec un capteur CCD), les astronomes découvrirent en 1984 un magnifique disque de gaz et de poussière.

 
Années 1990  

Les télescopes deviennent "intelligents"

 
    Entre 1990 et 2000, une nouvelle génération de télescopes, dits "intelligents", est mise en service. Des instruments révolutionnaires qui vont permettre de franchir la barrière des 10 milliards d'années-lumière ! Ce sont les deux "Keck telescopes "américains d'Hawaii, et les quatre "Very Large Telescope"européens du désert chilien. Dotés de miroirs géants (8,2 mètres côté européen, 10 mètres côté américain), ils sont entièrement informatisés. Des capteurs mesurent en temps réel leur position, leur température, et des centaines de servomoteurs corrigent en permanence la forme de leur miroir. Résultat : ils offrent des performances parfaites aux astronomes. Mais ce n'est pas tout : depuis l'an 2000, la plupart des télescopes géants (14 dans le monde) sont équipés d'optiques adaptatives : des miroirs déformables qui corrigent mille fois par seconde les remous de l'atmosphère terrestre. Ainsi, aujourd'hui, le Very Large Telescope est mille fois plus puissant que celui qui permit à Edwin Hubble de révolu-tionner notre image du monde…  
   

Situés sous le miroir de 8,2 m du Very Large Telescope européen, des centaines de vérins et de servomateurs lui permettent de conserver une forme parfaite.

 
       
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