Télescopes russes dans l'espace. Télescopes terrestres et spatiaux modernes. Lancement et mise en route

Le télescope James Webb est un observatoire orbital infrarouge qui devrait remplacer le célèbre télescope spatial Hubble.

Il s'agit d'un mécanisme très complexe. Les travaux durent depuis environ 20 ans ! Le James Webb aura un miroir composite de 6,5 mètres de diamètre et coûtera environ 6,8 milliards de dollars. A titre de comparaison, le diamètre du miroir Hubble n’est « que » de 2,4 mètres.

Voyons?

1. Le télescope James Webb doit être placé sur une orbite de halo au point de Lagrange L2 du système Soleil-Terre. Et il fait froid dans l'espace. Voici les tests effectués le 30 mars 2012 pour examiner la capacité à résister aux températures froides de l'espace. (Photo de Chris Gunn | NASA) :

2. Le James Webb aura un miroir composite de 6,5 mètres de diamètre avec une surface collectrice de 25 m². Est-ce beaucoup ou un peu ? (Photo de Chris Gunn) :

3. Comparez avec Hubble. Miroirs Hubble (à gauche) et Webb (à droite) à la même échelle :

4. Maquette grandeur nature du télescope spatial James Webb à Austin, Texas, le 8 mars 2013. (Photo de Chris Gunn) :

5. Le projet de télescope est une collaboration internationale de 17 pays, dirigée par la NASA, avec d'importantes contributions des agences spatiales européenne et canadienne. (Photo de Chris Gunn) :

6. Initialement, le lancement était prévu pour 2007, mais a ensuite été reporté à 2014 et 2015. Cependant, le premier segment du miroir n'a été installé sur le télescope qu'à la fin de 2015 et le miroir composite principal n'a été entièrement assemblé qu'en février 2016. (Photo de Chris Gunn) :

7. La sensibilité d'un télescope et sa résolution sont directement liées à la taille de la zone du miroir qui collecte la lumière des objets. Les scientifiques et ingénieurs ont déterminé que le diamètre minimum du miroir primaire doit être de 6,5 mètres afin de mesurer la lumière provenant des galaxies les plus lointaines.

Fabriquer simplement un miroir similaire à celui du télescope Hubble, mais plus grand, était inacceptable, car sa masse serait trop grande pour lancer le télescope dans l'espace. L'équipe de scientifiques et d'ingénieurs devait trouver une solution pour que le nouveau miroir ait 1/10 de la masse du miroir du télescope Hubble par unité de surface. (Photo de Chris Gunn) :

8. Non seulement ici, tout devient plus cher par rapport à l'estimation initiale. Ainsi, le coût du télescope James Webb a dépassé les estimations initiales d'au moins 4 fois. Le télescope devait coûter 1,6 milliard de dollars et être lancé en 2011, mais selon de nouvelles estimations, le coût pourrait s'élever à 6,8 milliards de dollars, le lancement n'ayant pas lieu avant 2018. (Photo de Chris Gunn) :

9. Il s’agit d’un spectrographe proche infrarouge. Il analysera une gamme de sources qui fourniront des informations sur les propriétés physiques des objets étudiés (par exemple, la température et la masse) et sur leur composition chimique. (Photo de Chris Gunn) :

Le télescope permettra de détecter des exoplanètes relativement froides, avec une température de surface allant jusqu’à 300 K (ce qui est presque égal à la température de la surface terrestre), situées à plus de 12 UA. c'est-à-dire de leurs étoiles et éloignés de la Terre à une distance allant jusqu'à 15 années-lumière. Plus de deux douzaines d'étoiles les plus proches du Soleil tomberont dans la zone d'observation détaillée. Grâce à James Webb, une véritable avancée en exoplanétologie est attendue : les capacités du télescope seront suffisantes non seulement pour détecter les exoplanètes elles-mêmes, mais même les satellites et les raies spectrales de ces planètes.

11. Tests des ingénieurs dans la chambre. système de levage du télescope, 9 septembre 2014. (Photo de Chris Gunn) :

12. Recherche sur les miroirs, 29 septembre 2014. La forme hexagonale des segments n'a pas été choisie par hasard. Il a un facteur de remplissage élevé et une symétrie du sixième ordre. Un facteur de remplissage élevé signifie que les segments s'emboîtent sans espace. Grâce à la symétrie, les 18 segments de miroir peuvent être divisés en trois groupes, dans chacun desquels les réglages des segments sont identiques. Enfin, il est souhaitable que le miroir ait une forme proche de la circulaire - pour focaliser la lumière sur les détecteurs de la manière la plus compacte possible. Un miroir ovale, par exemple, produirait une image allongée, tandis qu’un miroir carré enverrait beaucoup de lumière depuis la zone centrale. (Photo de Chris Gunn) :

13. Nettoyer le miroir avec de la neige carbonique. Ici, personne ne se frotte aux chiffons. (Photo de Chris Gunn) :

14. La chambre A est une chambre d'essai sous vide géante qui simulera l'espace extra-atmosphérique lors des tests du télescope James Webb, le 20 mai 2015. (Photo de Chris Gunn) :

17. La taille de chacun des 18 segments hexagonaux du miroir est de 1,32 mètre d’un bord à l’autre. (Photo de Chris Gunn) :

18. La masse du miroir lui-même dans chaque segment est de 20 kg et la masse de l'ensemble du segment assemblé est de 40 kg. (Photo de Chris Gunn) :

19. Un type spécial de béryllium est utilisé pour le miroir du télescope James Webb. C'est une poudre fine. La poudre est placée dans un récipient en acier inoxydable et pressée pour obtenir une forme plate. Une fois le récipient en acier retiré, le morceau de béryllium est coupé en deux pour former deux ébauches de miroir d'environ 1,3 mètre de diamètre. Chaque ébauche de miroir est utilisée pour créer un segment. (Photo de Chris Gunn) :

20. Ensuite, la surface de chaque miroir est meulée pour lui donner une forme proche de celle calculée. Après cela, le miroir est soigneusement lissé et poli. Ce processus est répété jusqu'à ce que la forme du segment de miroir soit proche de l'idéal. Ensuite, le segment est refroidi à une température de -240 °C et les dimensions du segment sont mesurées à l'aide d'un interféromètre laser. Ensuite, le miroir, compte tenu des informations reçues, subit un polissage final. (Photo de Chris Gunn) :

21. Une fois le segment traité, la face avant du miroir est recouverte d'une fine couche d'or pour mieux refléter le rayonnement infrarouge dans la plage de 0,6 à 29 microns, et le segment fini est à nouveau testé à des températures cryogéniques. (Photo de Chris Gunn) :

22. Travaux sur le télescope en novembre 2016. (Photo de Chris Gunn) :

23. La NASA a achevé l'assemblage du télescope spatial James Webb en 2016 et a commencé à le tester. Il s'agit d'une photo du 5 mars 2017. Aux expositions longues, les techniques ressemblent à des fantômes. (Photo de Chris Gunn) :

26. La porte de la même chambre A de la 14e photographie, dans laquelle l'espace extra-atmosphérique est simulé. (Photo de Chris Gunn) :

28. Les plans actuels prévoient que le télescope soit lancé sur une fusée Ariane 5 au printemps 2019. Lorsqu'on lui a demandé ce que les scientifiques espéraient apprendre du nouveau télescope, le scientifique principal du projet, John Mather, a répondu : "J'espère que nous trouverons quelque chose dont personne ne sait rien." MISE À JOUR. Le lancement du télescope James Webb a été reporté à 2020.(Photo de Chris Gunn).

Les télescopes spatiaux sont généralement des télescopes qui fonctionnent en dehors de l'atmosphère terrestre et ne prennent donc pas la peine de scruter cette atmosphère. Le télescope spatial le plus célèbre aujourd'hui est le télescope spatial Hubble, qui a découvert des centaines d'exoplanètes, révélé de nombreuses galaxies spectaculaires, des événements cosmiques et élargi les horizons de notre vision dans l'espace. Hubble sera remplacé par le télescope spatial James Webb, qui sera lancé dans l'espace en 2018 et dont le miroir fera presque trois fois le diamètre de celui de Hubble. Après James Webb, les scientifiques envisagent d'envoyer le télescope spatial haute définition (HDST) dans l'espace, mais ce n'est que prévu pour l'instant. Quoi qu’il en soit, les télescopes spatiaux représentent et continueront de représenter la majorité de nos découvertes dans l’espace lointain.

Nous imaginons l’espace comme un endroit sombre, froid et calme où il n’y a rien d’autre que l’Univers sans fin. Cependant, on peut discuter du silence de l’espace. Des milliers de signaux radio différents voyagent à travers l’Univers. Ils sont émis par divers objets spatiaux et la plupart de ces signaux ne sont rien d’autre que du bruit et des interférences. Mais parmi eux, il y a aussi ceux qui ne peuvent être qualifiés d'interférences. Et récemment, il a enregistré un énorme radiotélescope chinois.

À ce jour, le développement de l’optique et de l’astronomie a conduit à l’utilisation d’une variété de systèmes de télescopes. Les types de télescopes se distinguent par leur fonction, par la conception optique utilisée et par la conception de la monture.

Par objectif, les télescopes sont divisés en télescopes visuels et photographiques ; ces derniers sont divisés en télescopes infrarouges, visibles, ultraviolets et à rayons X. Il existe également des télescopes solaires et des coronographes hors éclipse, des instruments qui permettent d'imager la couronne solaire. Selon la conception optique utilisée, tous les types de télescopes peuvent être divisés en lentille (réfracteur), miroir (réflecteur) et lentille miroir (catadioptrique). La monture du télescope peut être fixe (avec redirection externe de la lumière), azimutale (avec rotation verticale et horizontale) et équatoriale (avec rotation par rapport à la sphère céleste). En plus des télescopes optiques, des radiotélescopes et des télescopes à neutrinos sont également possibles, mais vous ne pouvez regarder ni l'un ni l'autre, et toutes les informations sont obtenues par traitement électronique des signaux provenant de divers capteurs.

Les télescopes stellaires destinés à l'astronomie professionnelle atteignent actuellement une ouverture de 8 à 11 m. De par leur conception, il s'agit de réflecteurs permettant une prise de vue à mise au point directe, en raison de petits champs, non équipés d'optiques intermédiaires. Leur objectif est d'obtenir la résolution la plus élevée avec le rapport d'ouverture le plus élevé possible, ce qui conduit à la nécessité d'ajuster la forme du miroir principal aux fluctuations atmosphériques.

Cette optique adaptative, comme on l'appelle, est apparue pour la première fois dans les années 1980 en relation avec les systèmes laser de combat destinés à détruire des satellites. Son utilisation civile a commencé dans les télescopes VLT de l'Observatoire européen austral, installés au Chili. Les miroirs des cinq télescopes de ce groupe, ayant une ouverture de 8,3 mètres, peuvent être rapidement légèrement déformés à l'aide d'un système de vérins hydrauliques situés sur leur face arrière. L'ampleur des déformations est calculée par un ordinateur en temps réel à partir des distorsions de l'image test de « l'étoile artificielle » créée dans les couches supérieures de l'atmosphère par un laser infrarouge installé sur le télescope.

Un peu à côté de l'image test, le même miroir en crée une qui fonctionne, utilisée pour des tâches de recherche.
Les deux télescopes Keck installés à l'Observatoire hawaïen aux USA et ayant une ouverture de plus de 11 m utilisent un principe similaire pour compenser les distorsions atmosphériques, mais au lieu d'un miroir solide, l'image sur le photodétecteur est créée par tout un système de dizaines de segments, dont chacun est entraîné en rotation par son propre vérin. Ces instruments ont déjà dépassé le télescope orbital Hubble en résolution, mais il existe des projets européens et américains de télescopes dotés de miroirs segmentés d'une ouverture de 30 à 60 mètres.

Cependant, si en général une ouverture de 20 mètres est encore inaccessible pour un télescope optique, alors pour certaines tâches particulières, elle peut atteindre des dizaines ou des centaines de mètres. Nous parlons de rassembler en un seul point les images de deux télescopes différents visant la même zone du ciel. Ce principe, appelé foyer Coudé en astronomie, est utilisé dans les problèmes d'interférométrie stellaire, qui permet de reconstruire des images d'étoiles individuelles et de mesurer avec précision le diamètre de leurs disques, ce qui est inaccessible par tout autre moyen. Cependant, ni la simple photographie, ni surtout l'observation visuelle utilisant un tel schéma ne donneront quoi que ce soit : le traitement informatique d'une série d'images est nécessaire. Un exemple d'interféromètre stellaire fonctionnel est le système australien avec une distance de 188 mètres entre les télescopes.

Pour les observations à grand champ et la recherche ciblée de nouveaux objets, tels que les novae, les astéroïdes et les objets transneptuniens, des types de télescopes de conception principalement catadioptrique - Schmidt, Hamilton ou Maksutov - sont utilisés. La rapidité d'exposition, de transfert des données et de traitement informatique joue également un rôle important dans l'organisation de ces recherches. Un amateur armé d'un appareil photo reflex numérique doté d'un téléobjectif de 200 à 300 mm a également une certaine chance de succès. De plus, par distance focale, et non par ouverture, les professionnels ne pourront jamais observer partout en même temps, et une nova flamboyante est souvent visible avec des jumelles ordinaires.

Les réfracteurs de l'astronomie stellaire professionnelle ne subsistent désormais que sous la forme des téléobjectifs mentionnés et des viseurs d'instruments plus grands. Les énormes achromats du passé, tant visuellement que photographiquement, sont entièrement recouverts par des réflecteurs et des catadioptres plus que modestes. Les apochromates sont principalement utilisés pour rechercher des débris spatiaux et des objets géocroiseurs dans la plage des plus petites ouvertures - ils s'avèrent ici avantageux.

Les télescopes solaires, comme leur nom l’indique, sont conçus pour observer un seul objet dans l’espace. Les observations, pour des raisons évidentes, sont réalisées de jour et ont leurs spécificités. Tout d'abord, il faut réduire de plusieurs centaines de milliers de fois la luminosité de l'image créée par le télescope solaire. Ce problème est résolu en installant des filtres solaires à ouverture.

De plus, toutes les optiques des télescopes solaires réfléchissants ne sont pas traitées, ce qui ne fait toutefois que réduire la luminosité de plusieurs dizaines de fois. L'autre partie est réalisée en utilisant une ouverture ultra-faible, étirant l'image finale en un cercle d'un diamètre allant jusqu'à un mètre ou plus avec une ouverture modérée du télescope lui-même. Ces derniers ne doivent cependant pas être trop petits et offrir une résolution suffisante pour distinguer des objets à la surface du Soleil séparés par un intervalle ne dépassant pas plusieurs centaines de kilomètres.

La combinaison de ces exigences largement contradictoires conduit au fait que le télescope solaire est souvent rendu stationnaire, pour lequel une tour spéciale est construite. Dans ce cas, les rayons de la lumière du jour sont dirigés vers la tour à l'aide d'un coelostat - un système spécial de deux miroirs plats plus grands que l'ouverture du télescope.

La nature spécifique des observations depuis la Terre fait que nous ne pouvons observer la face cachée du Soleil que lorsqu’il se tourne vers nous, dans environ 29 jours. Cet inconvénient est complètement éliminé dans le système spatial SOHO, dans lequel trois télescopes solaires sont placés sur des stations placées sur une orbite héliocentrique et placées aux sommets d'un triangle équilatéral en mouvement.

Les « parents » des télescopes solaires sont des coronographes hors éclipse – des appareils de spécialisation encore plus étroite. Ni les taches solaires ni les granules n'y sont visibles, mais la faible lueur de la couronne est simultanément coupée de l'éclairage atmosphérique et de la puissante lueur du disque lui-même.

Le coronographe a été inventé par l'opticien français Lyot en 1862, mais celui-ci s'y est réellement intéressé pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque les orages magnétiques étaient prédits par la forme de la couronne solaire. La mise en œuvre de cette idée largement oubliée est restée secrète jusqu’au début des années 50. Avec l'invention de filtres à bande étroite adaptés aux raies d'absorption des spectres de l'hydrogène et du calcium, le coronographe est devenu accessible au public et a pu être vendu à n'importe qui.

Les télescopes ultraviolets sont de conception similaire aux réflecteurs conventionnels. L'atmosphère terrestre transmet un rayonnement ultraviolet en champ proche d'une longueur d'onde allant jusqu'à 350 nm, c'est pourquoi des télescopes ultraviolets au sol sont placés dans les zones de haute montagne. Les objets de leurs recherches peuvent être à la fois des étoiles individuelles et des galaxies, qui sont enregistrées par des émissions de rayonnement ultraviolet au cours de processus se produisant dans leur noyau. En raison de leur longueur d’onde plus courte, l’optique des télescopes ultraviolets doit être réalisée avec une plus grande précision que celle des télescopes visibles.

L'élément limitant en termes de transmission de la lumière sont les parties réfractives qui, dans le cas des petites lentilles, sont en quartz fondu. Dans ce cas, le chromatisme résiduel est autorisé. La création de télescopes ultraviolets à grand champ représente un problème technologique sérieux, car les caméras classiques Schmidt et Ritchie-Chrétien utilisent des lentilles correctrices difficiles à fabriquer en quartz. L'une des solutions est ce qu'on appelle. Caméra à miroir Schmidt, dans laquelle l'élément de correction est réalisé sous la forme d'un miroir incliné avec un profil proche du plat. Un tel système est parfois installé sur les satellites, mais est très sensible au désalignement.

Les télescopes infrarouges offrent une occasion unique d’observer les étoiles à travers des nuages ​​de poussière, qui affaiblissent leur luminosité apparente dans le domaine visible de plusieurs centaines de magnitudes. Cela est dû au fait que le rayonnement chauffe les particules de poussière et est réémis par celles-ci dans le domaine infrarouge. Cette méthode d'observation a notamment permis de construire une orbite fermée d'une étoile en orbite proche du centre de notre Galaxie, ce qui a fourni une preuve fiable que l'objet central est un trou noir.

Outre les étoiles, les objets d'observation dans de tels télescopes peuvent être les planètes du système solaire et leurs satellites, ce qui permet d'éclairer la structure de leur surface par la nature de son rayonnement thermique. Le plus grand pouvoir de pénétration permet l'utilisation de télescopes infrarouges pour rechercher des objets transneptuniens et des astéroïdes géocroiseurs.

En raison de la nature du rayonnement thermique, un télescope infrarouge doit toujours être conservé très frais. Un cryostat, un dispositif qui maintient un télescope à une température négative constante, était auparavant fabriqué à base de «neige carbonique» - du dioxyde de carbone solide, puis de l'azote liquide a commencé à être utilisé et, actuellement, de l'hélium liquide. Une matrice infrarouge est un appareil très coûteux, dont le coût atteint des millions de dollars. L'optique des télescopes infrarouges est principalement spéculaire ; en raison de la longueur d'onde du rayonnement thermique plus longue que celle du rayonnement visible, l'optique peut être réalisée avec un degré de précision moindre. Le plus grand télescope infrarouge au sol est installé à l'Observatoire européen austral au Chili et possède un miroir en aluminium à optique adaptative d'une ouverture totale de 12 m.

Dans la plupart des cas, les télescopes à rayons X sont lancés dans l'espace, car l'atmosphère terrestre atténue considérablement les rayons X. Une autre spécificité du rayonnement reçu est la quasi-absence de réfraction par la plupart des matériaux transparents et de réflexion par les métaux uniquement sous un angle très aigu. Cela oblige à utiliser la focalisation des quanta de rayons X à haute énergie, soit à l'aide de miroirs paraboliques hors axe avec un revêtement spécial, soit en utilisant le principe d'une ouverture de codage.

Dans le premier cas, le miroir est placé presque tangentiellement au front d'onde incident et est dans la plupart des cas recouvert d'or ou d'iridium. Parfois, un revêtement diélectrique peut être utilisé, jusqu'à plusieurs centaines de couches. Lors de l'utilisation d'une ouverture de codage, l'image sur le photodétecteur est créée en faisant passer le rayonnement étudié à travers une matrice formée de cellules transparentes et opaques placées dans un certain ordre. L'image résultante est reconstruite par l'ordinateur de bord du vaisseau spatial.

Ainsi, les types de télescopes de l’astronomie moderne représentent de puissants moyens d’observation qui ont conduit ces dernières années à des découvertes véritablement révolutionnaires.

2.Observatoire astronomique

Observatoire astronomique- une institution destinée à procéder à des observations systématiques des corps célestes ; Il est généralement construit sur une zone élevée, à partir de laquelle un large horizon s'ouvrirait dans toutes les directions. Chaque observatoire est équipé de télescopes, à la fois optiques et opérant dans d'autres domaines du spectre (RadioAstronomie).

Le télescope spatial Hubble

Généralement, les astronomes construisaient leurs observatoires au sommet des montagnes, au-dessus des nuages ​​et de l’atmosphère polluée. Mais même alors, l’image était déformée par les courants d’air. L'image la plus claire n'est disponible que depuis un observatoire extra-atmosphérique - l'espace.

Avec un télescope, vous pouvez voir des choses inaccessibles à l’œil humain, car le télescope capte davantage de rayonnement électromagnétique. Contrairement à une longue-vue, qui utilise des lentilles pour collecter et focaliser la lumière, les grands télescopes astronomiques utilisent des miroirs pour remplir cette fonction.

Les télescopes dotés des plus grands miroirs devraient avoir les meilleures images car ce sont eux qui captent le plus de rayonnement.

Le télescope spatial Hubble est un observatoire automatique en orbite autour de la Terre, du nom d'Edwin Hubble, un astronome américain.

Et bien que le miroir de Hubble ne mesure que 2,4 mètres de diamètre – plus petit que les plus grands télescopes de la Terre – il peut voir des objets 100 fois plus nets et des détails dix fois plus fins que les meilleurs télescopes au sol. Et c’est parce qu’il est au-dessus de l’atmosphère déformante.

Le télescope Hubble est un projet conjoint de la NASA et de l'Agence spatiale européenne.

Placer un télescope dans l’espace permet de détecter le rayonnement électromagnétique dans des domaines dans lesquels l’atmosphère terrestre est opaque, principalement dans le domaine infrarouge.

En raison de l'absence d'influence atmosphérique, la résolution du télescope est 7 à 10 fois supérieure à celle d'un télescope similaire situé sur Terre.

Mars

Le télescope spatial Hubble a aidé les scientifiques à en apprendre beaucoup sur la structure de notre galaxie, il est donc très difficile d'évaluer son importance pour l'humanité.

Il suffit de regarder la liste des découvertes les plus importantes de ce dispositif optique pour comprendre à quel point il a été utile et quel outil important il peut encore être dans l'exploration spatiale.

À l'aide du télescope Hubble, la collision de Jupiter avec une comète a été étudiée, une image du relief de Pluton a été obtenue, les données du télescope sont devenues la base d'une hypothèse sur la masse des trous noirs situés au centre d'absolument toutes les galaxies.

Les scientifiques ont pu observer des aurores sur certaines planètes du système solaire, comme Jupiter et Saturne, et de nombreuses observations et découvertes ont été faites.

Jupiter

Le télescope spatial Hubble a scruté un autre système solaire, à 25 années-lumière du nôtre, et a pour la première fois photographié plusieurs de ses planètes.

Le télescope Hubble a capturé des images de nouvelles planètes

Dans l'une des photographies prises en optique, c'est-à-dire en lumière visible, Hubble a capturé la planète Fomalhot en orbite autour de l'étoile brillante Fomalhot, située à 25 années-lumière de nous (environ 250 000 milliards de kilomètres) dans la constellation des Poissons du Sud.

"Les données de Hubble sont incroyablement importantes. La lumière émise par la planète Fomalhot est un milliard de fois plus faible que la lumière émanant de l'étoile", a commenté l'astronome de l'Université de Californie Paul Kalas à propos de l'image de la nouvelle planète. Lui et d'autres scientifiques ont commencé à étudier l'étoile Fomalhot en 2001, alors que l'existence d'une planète proche de l'étoile n'était pas encore connue.

En 2004, Hubble a renvoyé sur Terre les premières images des régions autour de l'étoile.

Dans de nouvelles images du télescope spatial Hubble, l'astronome a reçu une confirmation « documentaire » de ses hypothèses sur l'existence de la planète Fomalhot.

À l’aide de photographies du télescope orbital, les scientifiques ont également « vu » trois autres planètes dans la constellation de Pégase.
Au total, les astronomes ont découvert environ 300 planètes en dehors de notre système solaire.

Mais toutes ces découvertes ont été faites sur la base de preuves indirectes, principalement grâce à l’observation des effets de leurs champs gravitationnels sur les étoiles autour desquelles elles orbitent.

"Chaque planète en dehors de notre système solaire n'était qu'un diagramme", a déclaré Bruce McIntosh, astrophysicien au Laboratoire national de Californie. "Nous essayons de prendre des photos de planètes depuis huit ans sans succès, et maintenant nous en avons plusieurs. planètes à la fois.

En 15 ans de fonctionnement en orbite terrestre basse, Hubble a reçu 700 000 images de 22 000 objets célestes - étoiles, nébuleuses, galaxies, planètes.

Cependant, le prix à payer pour les réalisations de Hubble est très élevé : le coût d'entretien d'un télescope spatial est 100 fois ou plus supérieur à celui d'un réflecteur au sol doté d'un miroir de 4 mètres.

Dès les premières semaines après la mise en service du télescope en 1990, les images obtenues démontraient un grave problème dans le système optique du télescope. Bien que la qualité de l'image soit meilleure que celle des télescopes au sol, Hubble n'a pas pu atteindre la netteté souhaitée et la résolution des images était bien pire que prévu.
L'analyse des images a montré que la source du problème était la forme incorrecte du miroir primaire. Il était trop plat sur les bords. L'écart par rapport à la forme de surface spécifiée n'était que de 2 micromètres, mais le résultat fut catastrophique - un défaut optique dans lequel la lumière réfléchie par les bords du miroir est focalisée en un point différent de celui auquel la lumière réfléchie par le centre du miroir est concentré.
La perte d'une partie importante du flux lumineux a considérablement réduit l'aptitude du télescope à observer des objets sombres et à obtenir des images avec un contraste élevé. Cela signifiait que presque tous les programmes cosmologiques devenaient tout simplement impossibles, car ils nécessitaient l'observation d'objets particulièrement sombres.

Au cours des trois premières années de fonctionnement, avant l'installation des dispositifs correcteurs, le télescope a effectué un grand nombre d'observations. Le défaut n’a pas eu d’effet majeur sur les mesures spectroscopiques. Malgré l’annulation des expériences en raison d’un défaut, de nombreux résultats scientifiques importants ont été obtenus.

Entretien du télescope.

La maintenance du télescope Hubble est effectuée par les astronautes lors des sorties dans l'espace à partir d'engins spatiaux réutilisables tels que la navette spatiale.

Au total, quatre expéditions ont été menées pour entretenir le télescope Hubble.

En raison d'un défaut dans le miroir, la première expédition de maintenance du télescope a dû installer une optique correctrice sur le télescope. L'expédition (du 2 au 13 décembre 1993) a été l'une des plus difficiles ; cinq longues sorties dans l'espace ont été réalisées. De plus, les panneaux solaires ont été remplacés, le système informatique de bord a été mis à jour et l'orbite a été corrigée.

La deuxième maintenance a eu lieu du 11 au 21 février 1997. L'équipement de recherche a été remplacé, l'enregistreur de vol a été remplacé, l'isolation thermique a été réparée et une correction d'orbite a été effectuée.

L'expédition 3A a eu lieu du 19 au 27 décembre 1999. Il a été décidé d'effectuer une partie des travaux plus tôt que prévu. Cela était dû à la défaillance de trois des six gyroscopes du système de guidage. L'expédition a remplacé les six gyroscopes, le capteur de guidage de précision et l'ordinateur de bord.

L'expédition 3B (quatrième mission) s'est déroulée du 1er au 12 mars 2002. Au cours de l'expédition, la caméra à objets sombres a été remplacée par une caméra d'enquête améliorée. Les panneaux solaires ont été remplacés pour la deuxième fois. Les nouveaux panneaux avaient une superficie d'un tiers plus petite, ce qui réduisait considérablement les pertes dues au frottement dans l'atmosphère, mais générait en même temps 30 % d'énergie en plus, permettant un fonctionnement simultané avec tous les instruments installés à bord de l'observatoire.

Les travaux réalisés ont considérablement élargi les capacités du télescope et ont permis d'obtenir des images de l'espace lointain.

Le télescope Hubble devrait rester en orbite au moins jusqu'en 2013.

Observations les plus significatives

*Hubble a fourni des images de haute qualité de la collision de la comète Shoemaker-Levy 9 avec Jupiter en 1994.

* Des cartes de la surface de Pluton et d'Éris ont été obtenues pour la première fois.

* Des aurores ultraviolettes ont été observées pour la première fois sur Saturne, Jupiter et Ganymède.

* Des données supplémentaires sur des planètes situées en dehors du système solaire, notamment des données spectrométriques, ont été obtenues.

* Un grand nombre de disques protoplanétaires ont été découverts autour des étoiles de la nébuleuse d'Orion. Il a été prouvé que le processus de formation des planètes se produit dans la plupart des étoiles de notre Galaxie.

* La théorie des trous noirs supermassifs au centre des galaxies a été partiellement confirmée sur la base d'observations, une hypothèse a été avancée liant la masse des trous noirs et les propriétés de la galaxie.

* l'âge de l'Univers a été actualisé à 13,7 milliards d'années.

Télescopes spatiaux

Observer des planètes, des étoiles, des nébuleuses et des galaxies directement depuis l'espace : les astronomes rêvaient d'une telle opportunité depuis longtemps. Le fait est que l’atmosphère terrestre, qui protège l’humanité de nombreux troubles cosmiques, empêche en même temps l’observation d’objets célestes lointains. La nébulosité et l'instabilité de l'atmosphère elle-même déforment les images obtenues, voire rendent les observations astronomiques impossibles. Par conséquent, dès que des satellites spécialisés ont commencé à être envoyés en orbite, les astronomes ont commencé à insister pour lancer des instruments astronomiques dans l'espace.

Le premier-né de Hubble. Une percée décisive dans cette direction a eu lieu en avril 1990, lorsqu'une des navettes a lancé dans l'espace le télescope Hubble pesant 11 tonnes. Un instrument unique d'une longueur de 13,1 m et d'un diamètre de miroir principal de 2,4 m, qui a coûté aux contribuables américains 1 . 2 milliards de dollars, doit son nom au célèbre astronome américain Edwin Hubble, qui fut le premier à remarquer que les galaxies se dispersent à partir d'un certain centre dans toutes les directions.

Le télescope spatial Hubble et sa photographie des piliers de la création - la naissance de nouvelles étoiles dans la nébuleuse de l'Aigle

Hubble a connu un début difficile. Deux mois après sa mise en orbite à une altitude de 613 km, il est devenu évident que le miroir principal était défectueux. Sa courbure sur les bords différait de celle calculée de plusieurs microns - un cinquantième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Cependant, même cette petite quantité était suffisante pour que Hubble soit myope et l'image qu'il recevait était floue.

Au début, ils ont essayé de corriger les défauts de l'image sur Terre à l'aide de programmes de correction informatiques, mais cela n'a guère aidé. Ensuite, il a été décidé de réaliser une opération unique pour corriger la « myopie » directement dans l'espace, en prescrivant à Hubble des « lunettes » spéciales - un système optique correcteur.

Ainsi, au petit matin du 2 décembre 1993, sept astronautes embarquent à bord de la navette Endeavour pour mener une opération inédite. Ils sont revenus sur Terre après 11 jours, après avoir accompli l'impossible au cours de cinq sorties dans l'espace : le télescope a « reçu la lumière ». Cela est devenu évident après avoir reçu de sa part le prochain lot de photographies. Leur qualité a considérablement augmenté.

Au cours des années de son vol, l'observatoire spatial a effectué plusieurs dizaines de milliers de tours autour de la Terre, « parcourant » des milliards de kilomètres.

Le télescope Hubble a déjà permis d'observer plus de 10 000 objets célestes. Deux mille cinq cents milliards d'octets d'informations collectées par le télescope sont stockés sur 375 disques optiques. Et cela continue de s’accumuler. Le télescope a permis de découvrir l'existence de trous noirs dans l'espace, de révéler la présence d'une atmosphère sur le satellite Europe de Jupiter, de découvrir de nouveaux satellites de Saturne, et de scruter les recoins les plus reculés de l'espace...

Au cours de la deuxième « inspection » en février 1997, le spectrographe à haute résolution, le spectrographe d'objets faibles, le dispositif de pointage d'étoiles, le magnétophone et l'électronique du panneau solaire du télescope ont été remplacés.

Selon le plan, Hubble était censé « prendre sa retraite » en 2005. Cependant, il fonctionne toujours correctement à ce jour. Néanmoins, il prépare déjà une démission honorable. Le vétéran sera remplacé en 2015 par un nouveau télescope spatial unique, du nom de James Webb, l'un des directeurs de la NASA. C'est sous lui que les astronautes ont atterri pour la première fois sur la Lune.

Que nous réserve la journée à venir ? Puisque le nouveau télescope aura un miroir composite d'un diamètre de 6,6 m et d'une superficie totale de 25 mètres carrés. m, on pense que Webb sera 6 fois plus puissant que son prédécesseur. Les astronomes pourront observer des objets qui brillent 10 milliards de fois plus faiblement que les étoiles les plus faiblement visibles à l'œil nu. Ils pourront observer les étoiles et les galaxies qui ont été témoins des débuts de l'Univers, mais aussi déterminer la composition chimique des atmosphères des planètes en orbite autour d'étoiles lointaines.

Plus de 2 000 spécialistes de 14 pays participent à la création du nouvel observatoire orbital infrarouge. Les travaux sur le projet ont commencé en 1989, lorsque la NASA a proposé à la communauté scientifique mondiale le projet de télescope spatial de nouvelle génération. Le diamètre du miroir principal devait être d'au moins 8 m, mais en 2001 les ambitions ont dû être tempérées et arrêtées à 6,6 m - un grand miroir ne rentre pas dans la fusée Ariane 5, et les navettes, comme on le sait, ont déjà arrêté de voler.

"James Webb" volera dans l'espace sous le couvert d'un "parapluie étoilé". Son bouclier en forme de fleur géante protégera le télescope du rayonnement stellaire qui rend difficile la vision des galaxies lointaines. Immense parasol d'une superficie de 150 m². m sera composé de cinq couches de film polyamide, dont chacune n'est pas plus épaisse qu'un cheveu humain. Pendant six ans, la résistance de ce film a été testée, vérifiant s'il pouvait résister au bombardement de micrométéorites. Les trois couches intérieures seront recouvertes d’une couche ultra-fine d’aluminium et les deux extérieures seront traitées avec un alliage de silicium. La crème solaire fonctionnera comme un miroir, réfléchissant le rayonnement du Soleil et d’autres luminaires vers l’espace.

Comme vous le savez, il fait si froid dans l’espace que dans six mois le télescope refroidira à une température inférieure à –225 °C. Mais il est également trop élevé pour MIRI, un dispositif d'observation dans le moyen infrarouge (Mid-Infrared Instrument), composé d'une caméra, d'un coronographe et d'un spectromètre. MIRI devra être refroidi davantage à l'aide d'un équipement de réfrigération à base d'hélium jusqu'à une température de -266 °C, soit seulement 7 °C au-dessus du zéro absolu.

De plus, les astronomes ont tenté de trouver un point dans l’espace où le télescope pourrait rester pendant des années, tournant simultanément le « dos » à la Terre, à la Lune et au Soleil, se protégeant de leur rayonnement avec un écran. En un an, soit une révolution autour du Soleil, le télescope sera capable de sonder tout l'espace céleste.

L'inconvénient de ce point de libration Lagrange L2 est son éloignement de notre planète. Ainsi, si soudainement un dysfonctionnement est découvert avec le télescope, comme ce fut le cas avec Hubble, il est peu probable qu'il soit possible de le corriger dans les années à venir - l'équipe de réparation n'a désormais tout simplement plus rien sur quoi voler ; les navires de nouvelle génération apparaîtront dans cinq ans, pas avant.

Cela oblige les scientifiques, les concepteurs et les testeurs, qui mettent actuellement le Webb en condition, à être extrêmement prudents. Après tout, le télescope Webb fonctionnera à une distance 2 500 fois supérieure à celle à laquelle Hubble fonctionnait, et près de quatre fois la distance entre la Lune et la Terre.

Le miroir principal, d'un diamètre de 6,6 m, une fois assemblé, ne pourra être installé sur aucun des engins spatiaux existants. Il est donc composé de pièces plus petites afin de pouvoir être facilement plié. En conséquence, le télescope se compose de 18 miroirs hexagonaux plus petits, d’une longueur de côté de 1,32 m. Les miroirs sont en métal de béryllium léger et durable. Chacun des 18 miroirs, plus trois miroirs de secours, pèse environ 20 kg. Comme on dit, ressentez la différence entre eux et la tonne que pèse le miroir de Hubble de 2,4 mètres.

Les miroirs sont meulés et polis avec une précision de 20 nanomètres. La lumière des étoiles sera réfléchie par le miroir principal sur un miroir secondaire monté au-dessus, qui peut être automatiquement ajusté si nécessaire. Par le trou au centre du miroir principal, la lumière sera à nouveau réfléchie, cette fois sur les instruments.

Sur Terre, les miroirs nouvellement polis sont placés dans un congélateur géant de la NASA, où des conditions spatiales sont créées : froid intense et vide. En abaissant la température à -250 °C, les spécialistes doivent s'assurer que les miroirs prennent la forme attendue. Sinon, ils seront à nouveau polis, en essayant d'atteindre l'idéal.

Les miroirs finis sont ensuite plaqués or, car l’or reflète mieux les rayons thermiques infrarouges. Ensuite, les miroirs seront à nouveau gelés et subiront les derniers tests. Ensuite, le télescope sera enfin assemblé et testé non seulement pour le bon fonctionnement de tous les composants, mais également pour la résistance aux vibrations et aux surcharges inévitables lors du lancement d'une fusée dans l'espace.

Parce que l’or absorbe la partie bleue du spectre de la lumière visible, le télescope Webb ne pourra pas photographier les objets célestes tels qu’ils apparaissent à l’œil nu. Mais les capteurs ultra-sensibles MIRI, NIRCam, NIRSpec et FGS-TFI peuvent détecter la lumière infrarouge avec des longueurs d'onde de 0,6 à 28 microns, ce qui permettra de photographier les premières étoiles et galaxies formées à la suite du Big Bang.

Les scientifiques suggèrent que les premières étoiles se sont formées plusieurs centaines de millions d'années après le Big Bang, puis que ces géantes, avec un rayonnement des millions de fois plus puissant que celui du soleil, ont explosé sous forme de supernovae. Vous ne pouvez vérifier si c’est vraiment le cas qu’en regardant aux confins de l’Univers.

Cependant, le nouveau télescope spatial n’est pas seulement destiné à observer les objets les plus lointains et donc les plus anciens de l’Univers. Les scientifiques s’intéressent également aux régions poussiéreuses de la galaxie, où naissent encore de nouvelles étoiles. Le rayonnement infrarouge peut pénétrer la poussière et grâce à James Webb, les astronomes pourront comprendre la formation des étoiles et des planètes qui les accompagnent.

Les scientifiques espèrent non seulement capturer les planètes elles-mêmes en orbite autour d’étoiles à des années-lumière sans fin, mais également analyser la lumière des exoplanètes semblables à la Terre pour déterminer la composition de leur atmosphère. Par exemple, la vapeur d’eau et le CO2 envoient des signaux spécifiques grâce auxquels il sera possible de déterminer s’il y a de la vie sur des planètes éloignées de nous.

Radioastron se prépare au travail. Ce télescope spatial a connu un sort difficile. Les travaux ont commencé il y a plus de dix ans, mais il n'a toujours pas été possible de les terminer - il n'y avait pas d'argent, surmonter certaines difficultés techniques exigeait plus de temps qu'on ne le pensait initialement, ou il y avait une nouvelle interruption dans les lancements spatiaux...

Mais finalement, en juillet 2011, le satellite Spektr-R, avec une charge utile d'environ 2 600 kg, dont 1 500 kg pour l'antenne parabolique déroulante, et le reste pour le complexe électronique contenant des récepteurs de rayonnement cosmique, des amplificateurs, des unités de contrôle, des convertisseurs de signaux, un système de transmission de données scientifiques, etc., ont été lancés.

Tout d'abord, le lanceur Zenit-2SB, puis l'étage supérieur Fregat-2SB ont lancé le satellite sur une orbite allongée autour de la Terre à une altitude d'environ 340 000 km.

Il semblerait que les créateurs de l'équipement de l'OBNL Lavochkin, ainsi que le concepteur en chef Vladimir Babyshkin, puissent respirer librement. Pas de chance !..

"Le lanceur a fonctionné sans aucun problème", a déclaré Vladimir Babyshkin lors d'une conférence de presse. «Ensuite, il y a eu deux activations du bloc accélérateur. L'orbite de l'appareil est quelque peu inhabituelle du point de vue du lancement, car il y a pas mal de restrictions que nous avons dû respecter "...

En conséquence, les deux activations de l’étage supérieur ont eu lieu en dehors de la portée de visibilité des stations au sol du territoire russe, ce qui a ajouté de l’enthousiasme à l’équipe au sol. Finalement, la télémétrie a montré : la première et la deuxième activation se sont bien déroulées, tous les systèmes ont fonctionné normalement. Les panneaux solaires se sont ouverts, puis le système de contrôle a maintenu l'appareil dans une position donnée.

Dans un premier temps, l'opération d'ouverture de l'antenne, composée de 27 pétales pliés pendant le transport, était prévue pour le 22 juillet. Le processus d'ouverture des pétales prend environ 30 minutes. Cependant, le processus n’a pas commencé immédiatement et le déploiement de l’antenne parabolique du radiotélescope n’a été achevé que le 23 juillet. À l'automne, le « parapluie » d'un diamètre de 10 m était complètement ouvert. "Cela permettra d'obtenir des images, des coordonnées et des mouvements angulaires de divers objets de l'Univers avec une résolution exceptionnellement élevée", ont résumé les experts dans les résultats de la première étape de l'expérience.

Après avoir ouvert le miroir de l'antenne de réception, le radiotélescope spatial met environ trois mois pour se synchroniser avec les radiotélescopes terrestres. Le fait est qu’il ne doit pas fonctionner seul, mais « en conjonction » avec des instruments basés au sol. Il est prévu que des radiotélescopes de deux cents mètres à Green Bank, en Virginie occidentale, aux États-Unis, et à Effelsberg, en Allemagne, ainsi que le célèbre radioobservatoire d'Arecibo à Porto Rico, soient utilisés comme radiotélescopes synchrones sur Terre.

Dirigés simultanément vers le même objet stellaire, ils fonctionneront en mode interféromètre. Autrement dit, à l'aide de méthodes informatiques de traitement de l'information, les données obtenues seront rassemblées et l'image résultante correspondra à celle qui pourrait être obtenue à partir d'un radiotélescope, dont le diamètre serait de 340 mille kilomètres de plus que le diamètre de la Terre.

Un interféromètre sol-espace doté d'une telle base fournira les conditions permettant d'obtenir des images, des coordonnées et des mouvements angulaires de divers objets de l'Univers avec une résolution exceptionnellement élevée - de 0,5 milliseconde d'arc à plusieurs microsecondes. "Le télescope aura une résolution angulaire exceptionnellement élevée, ce qui permettra d'obtenir des images détaillées des objets spatiaux étudiés jusqu'alors inaccessibles", a souligné l'académicien de l'Académie des sciences Nikolai Kardashev, directeur du Centre spatial académique de l'Institut de physique Lebedev. organisation chef de file pour le complexe d'équipements scientifiques du satellite Radioastron.

À titre de comparaison, la résolution pouvant être obtenue avec RadioAstron sera au moins 250 fois supérieure à celle pouvant être obtenue en utilisant un réseau de radiotélescopes au sol, et plus de 1 000 fois supérieure à celle du télescope spatial Hubble fonctionnant dans la plage optique. .

Tout cela permettra d'étudier l'environnement des trous noirs supermassifs dans les galaxies actives, d'envisager en dynamique la structure des régions de formation des étoiles dans notre Voie Lactée ; étudier les étoiles à neutrons et les trous noirs de notre Galaxie ; étudier la structure et la distribution du plasma interstellaire et interplanétaire ; construire un modèle précis du champ gravitationnel de la Terre et réaliser de nombreuses autres observations et enquêtes.

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