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    La nouvelle vie du télescope Hubble  
    Raphaël Chevrier - Ciel & Espace no. 539, avril 2015 - 2015-04-01      
    Après un quart de siècle d'activité spatiale et plusieurs cures de jouvence, le télescope spatial Hubble ne s'est jamais aussi bien porté.
Avec l'arrivée du télescope James Webb en 2018, pourtant, les scientifiques songent à la fin de vie de ce monument de l'astronomie.
 
    Vingt-cinq ans de bons et loyaux services dans un environnement des plus hostiles : l'espace. Vingt-cinq ans de résultats cosmologiques souvent révolutionnaires. Et toujours une santé de cheval ! En ce début 2015, Hubble entame sa dernière ligne droite avant extinction des feux. Pourtant, après quatre missions de maintenance, le plus célèbre des télescopes spatiaux s'est rarement aussi bien porté. Une belle revanche pour ce monument historique qui a souffert d'une mise en service mouvementée…  
   
 
    Le 24 avril 1990, ses 10 tonnes sont embarquées dans la soute de la navette américaine Discovery pour être larguées à 590 km d'altitude, au-delà de la haute atmosphère. Le télescope Hubble, dont le lancement a été maintes fois reporté en raison de problèmes de financement, s'apprête à débuter une longue mission, prévue pour durer quinze ans. Long de 13 m et muni d'un miroir de 2,4 m de diamètre, couplé à une série de spectromètres et de caméras, il doit répondre à des questions cosmologiques de premier plan. À commencer par la composition du milieu interstellaire proche et des galaxies, mais aussi l'étude des régions extragalactiques les plus reculées, vestiges des premières heures de l'Univers, Surtout, le télescope Hubble doit déterminer avec précision l'âge et la vitesse d'expansion de l'Univers en réduisant l'incertitude de la constante de Hubble de 50% à 10%.  
    Durant les mois nécessaires à l'étalonnage des instruments, les scientifiques connaissent des sueurs froides : les premières images des champs d'étoiles sont floues ! La raison est une légère asymétrie à la périphérie du miroir. Autrement dit, celui-ci a été mal façonné… Un malheur n'arrivant jamais seul, trois des six gyroscopes utilisés pour orienter le télescope présentent des défaillances, ainsi qu'une partie de l'alimentation électrique et la mémoire de l'ordinateur principal. Dès 1993 est organisée une première mission de maintenance sur orbite. L'équipage de la navette Endeavour à qui elle est confiée porte sur ses épaules l'avenir du télescope. Les astronautes doivent poser de nouveaux panneaux solaires, remplacer deux gyroscopes et fixer une nouvelle caméra à champ large. Surtout, ils apportent des "lunettes" à Hubble : ils vont installer le Costar. Ce dispositif est composé de deux petits miroirs censés compenser la mauvaise convergence de certains rayons lumineux. Sa mise en place nécessite néanmoins de sacrifier l'un des cinq instruments de Hubble, le High Speed Photometer. La mission est un succès et, un mois plus tard, Hubble délivre des résultats prometteurs au vu de ses objectifs. Une deuxième mission de maintenance en 1997 permettra de remplacer deux spectrographes et d'installer la caméra infrarouge Nicmos et le spectrographe Stis capables d'observer les galaxies lointaines, ainsi qu'un nouveau disque dur 10 fois plus performant. Le système de guidage de Hubble, lui, est refait à neuf.  
   

Un miroir dont la courbure a été mal réalisée a rendu Hubble myope. Au point que dès 1993 des astronautes sont envoyés dans l'espace pour lui installer un dispositif optique correcteur. Plusieurs autres missions d'entretien auront lieu pour doter Hubble d'instruments toujours plus performants.

 
    Mais deux ans plus tard, c'est la panne. Suite à la défaillance de quatre gyroscopes, le télescope spatial est à l'arrêt total. Des astronautes retournent jouer les dépanneurs en décembre 1999 et en profitent pour installer un nouvel ordinateur de bord. Ils équiperont plus tard le télescope de caméras de dernière génération, capables d'observer les galaxies les plus anciennes et délivrer des images détaillées de leur centre.  
   

Cure de jouvence

 
    En 2009, Hubble a déjà dépassé de quatre ans ses objectifs de longévité. La Nasa décide d'envoyer une ultime mission d'entretien, afin de réparer l'instrument Stis, d'installer un spectrographe des origines cosmiques (COS) et une troisième caméra à grand champ WFC3. Une véritable cure de jouvence avant de laisser le télescope finir tranquillement ses activités dans l'espace. L'instrument pouvait alors sembler vieillissant, voire quelque peu dépassé après ses multiples rafistolages. Il n'en est rien. "Depuis 2009, Hubble n'a jamais été aussi performant l" se réjouit Alain Lecavelier, de l'Institut d'astrophysique de Paris, qui a dirigé six programmes d'observation sur le télescope, L'astronome confirme les dires de la Nasa qui, dans un rapport, estime que "Hubble fonctionne au plus haut niveau de performance et de productivité scientifique de son histoire".  
   
 
    Statistiquement, le télescope devrait fonctionner ainsi encore cinq années supplémentaires, indique Robert Williams, du Space Telescope Science Institute (STSCI), à Baltimore. Voire davantage; ses deux miroirs ne présentent pour le moment aucun signe de détérioration, et ce, malgré un environnement spatial très hostile. "D'autres parties de Hubble ne sont pas aussi robustes, tempère Cheryl Gundy, directrice des relations média au STSCI. Il est probable que le télescope spatial va commencer à souffrir de problèmes mineurs au niveau de composants électroniques dans les années à venir à cause des radiations cosmiques". Mais pour Robert Williams, la menace la plus sérieuse provient de "l'oxygène de l'atmosphère terrestre, qui provoque des réactions chimiques sur les instruments de détection, susceptibles de détériorer lentement leur sensibilité et de produire de mauvais pixels". Avec l'expérience, les astronomes ont cependant appris à optimiser leurs modes d'observation, ce qui, bien souvent, contrebalance les avaries techniques. "Dans la mesure où il n'y a pas de consommable majeur sur Hubble (contrairement à Herschel ou Spitzer), sa durée de vie dépend de la première panne fatale, par définition imprévisible", estime Alain Lecaveller. Les gyroscopes apparaissent ici comme les composants les plus fragiles du télescope. Avec le temps, leur lubrification perd en efficacité, explique Robert Williams. En outre, l'huile lubrifiante est légèrement acide : elle érode l'isolation autour des fils qui fournissent l'électricité aux moteurs pour faire tourner les gyroscopes".  
   

Un concurrent s'annonce

 
    De quoi, en cinq ans, mettre en péril la capacité de Hubble à pointer précisément dans le ciel. Si un tel scénario s'est déjà produit au cours de sa mission, le télescope est désormais capable, grâce aux récentes opérations de maintenance, de fonctionner même avec un seul gyroscope. Or, depuis une panne survenue le 6 mars 2014, Hubble en possède encore cinq en bon état de marche. Finalement, l'élément le plus susceptible de stopper l'activité de Hubble pourrait bien provenir de la surface de la Terre : le James Webb Space Telescope ! Prévu pour 2018, ce télescope spatial infrarouge de 6,5 m de diamètre sera son successeur direct pour observer les toutes premières étoiles et galaxies formées après le big bang. «Les décisions concernant l'avenir de Hubble dépendront beaucoup du succès du JWST", souligne Alain Lecavelier. Dépourvu d'instruments travaillant dans l'ultraviolet, celui-ci ne remplacera jamais totalement son aîné. Cependant sa mise en service réduira nécessairement le temps alloué aux programmes de Hubble.  
   
 
    Après quelques années d'observations complémentaires, notamment pour l'étude des exoplanètes et de leur atmosphère dans des zones habitables, la Nasa devra finalement statuer sur le recyclage de ce monument historique. "L'orbite de Hubble restera stable pendant au moins dix ans, estime Robert Williams. Éventuellement, celle-ci va se réduire à cause des frottements de la haute atmosphère terrestre au point de retomber sur la Terre." En revanche, Hubble est si grand que certaines parties ne brûleraient pas complètement lors du passage dans l'atmosphère. Si aucun scénario n'est pour le moment officiellement arrêté, la Nasa imagine tout de même envoyer un système de propulsion capable de s'attacher au télescope et le ramener à la surface d'un océan sans aucun dommage. "Ce sera certainement la destination finale de Hubble, qui aura été un grand succès scientifique historique !" indique le chercheur américain.  
   

Une longue genèse

 
1946   Onze ans avant le lancement du premier Spoutnik, l'astrophysicien américain Lyman Spitzer imagine un télescope placé sur orbite terrestre. Objectif : s'affranchir des distorsions de l'atmosphère.  
1969   La National Academy of Sciences valide enfin le projet, baptisé Large Space Telescope (LST).  
1972   Un groupe de travail commence à plancher sur le LST, piloté à la Nasa. Quatre ans plus tard, l'Agence spatiale européenne (ESA) se joint au projet.  
1977   Le Congrès américain accorde les fonds pour lancer la construction du télescope.  
1983   Le LST devient le Hubble Space Telescope, en l'honneur de l'astronome américain Edwin Hubble (1889-1953), qui a montré l'existence d'autres galaxies au-delà de la nôtre.  
1990   Le 24 avril, Hubble décolle à bord de la navette spatiale américaine Discovery. Le télescope de 2,4 m de diamètre est placé sur une orbite basse, à 590 km d'altitude.  
   

Le top 5 des découvertes de Hubble

 
    L'expansion de l'univers mesurée
À la fin des années 1920, L'astronome Edwin Hubble découvre l'expansion de l'Univers. La vitesse de cette expansion restera longtemps incertaine, entre 50 et 100 km/s par mégaparsec. En 2001, le télescope Hubble permet de préciser sa valeur autour de 70 km/s/Mpc.
 
    Les trous noirs approchés
Les trous noirs existent-ils ? Impossibles à voir, ces astres ultradenses ne peuvent se révéler que par leur environnement brillant. Le télescope spatial a obtenu dès 1992 les premières images nettes des abords de trous noirs géants dans d'autres galaxies.
 
    Les sursauts gamma compris
Depuis le début des années 1970, les sursauts gamma, ces étranges flashes de lumière perçus dans tout L'Univers demeuraient une énigme. En 1998, le télescope Hubble a permis pour la première fois de voir qu'il s'agissait d'explosions d'étoiles dans d'autres galaxies.
 
    Les exoplanètes explorées
Dès 2002, grâce à la précision de son spectrographe, le télescope Hubble révèle plusieurs éléments (notamment de l'hydrogène et du sodium) qui composent l'atmosphère de l'exoplanète HD 209458b. L'étude de ces planètes commence.
 
    L'Univers lointain sondé
Avec ses clichés appelés Hubble Deep Fields, le télescope Hubble a permis d'avoir un aperçu sans précédent sur la structure de l'Univers tel qu'il était voici plus de 8 milliards d'années.
 
   

Le successeur de Hubble, le télescope spatial James Webb (JWST), aura un miroir bien plus grand : 6,5 m de diamètre au lieu de 2,4 m. Mais il sera optimisé pour l'infrarouge, et moins pour le domaine visible ou l'ultraviolet.

 
Lexique   Constante de Hubble  
    Ce paramètre cosmologique mesure le taux d’expansion de l’Univers, c’est-à-dire la vitesse à laquelle l’Univers grossit depuis le big bang. Appelé HO par les spécialistes, ce taux s’exprime en km/s par mégaparsecs. Il dit à combien de km/s grossit chaque «cube» d’Univers de 1 mégaparsec (3,25 millions d’années-lumière) de côté.  
       
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