L’observatoire, instrument évolutif de connaissance porté par le flot du progrès

Les étoiles ont été une des premières interrogations s’imposant à l’homme du fait de sa prise de conscience du monde. Très tôt il construisit des observatoires pour tenter de voir mieux, réfléchir et comprendre. D’abord il confronta le mystère à l’œil nu et, partout dans le monde, pour mieux se concentrer ou se libérer des obstacles de l’environnement, il choisit de placer ces observatoires au sommet de montagnes ou d’édifices spécialement conçus, de fait les premiers « instruments » d’observations dédiés.

Le progrès technologique avançant, comme toujours sur le bord d’un éventail très ouvert, il advint, vers la fin du 16ème siècle, que l’environnement (travaux de l’opticien Giambattista della Porta) devint prégnant d’un nouveau saut dans l’instrumentation. Dans ce contexte, un amateur de miroirs, le Hollandais Jacob Metius ou peut-être ensemble ses compatriotes Hans Lippershey et Zacharias Jansen, eurent vers 1608 l’idée de regarder au travers de deux verres de forme convexe (objectif) et concave (oculaire) disposés aux extrémités d’un tube. Ils découvrirent ainsi la « lunette d’approche ». Tournée vers le ciel par l’Anglais Thomas Harriot puis par Galilée en 1609, elle devint la « lunette astronomique ». C’était il y a seulement 4 siècles !

L’attention étant portée sur l’objet nouveau et l’esprit scientifique (c’est-à-dire la recherche systématique d’un progrès vérifiable et répétable) se développant, le « télescope » fut théorisé en 1663 par l’Ecossais James Gregory (la lumière n’est plus réfractée par l’optique, elle est réfléchie par des miroirs) et réalisé par Isaac Newton en 1671.

Par la suite, on assiste à un accroissement inouï des capacités des télescopes. On va passer d’une faculté de résolution de 4,5 secondes d’arc à l’époque de Galilée  (un agrandissement de 14 fois par rapport à la capacité de l’œil humain) à 6 millisecondes d’arc aujourd’hui avec l’« E-ELT » de l’ESO, en cours de construction. Et on va aussi passer du recueil des seules ondes lumineuses à celui de la totalité de la gamme des rayonnements électromagnétiques (et même peut-être demain des ondes gravitationnelles).

Ceci résulte des progrès, voulus et fortuits, dans nombre de différents domaines scientifiques et technologiques. Progrès en optique (prisme, spectrographie), progrès dans la connaissance des ondes (travaux d’Hippolyte Fizeau en 1848 conduisant à la compréhension de l’effet « Doppler-Fizeau », lois de Maxwell en 1864 sur l’électromagnétisme), le choix et le travail des matériaux (passage de miroirs en cuivre aux miroirs en verre recouverts d’une couche opaque, d’argent, puis d’aluminium, puis d’autres surfaces, comme le béryllium du télescope JWST), progrès en architecture (permettant la construction de bâtiments gigantesques en matériaux nouveaux), progrès dans les transports (possibilité d’aller rapidement n’importe où dans le monde et notamment dans les montagnes des déserts de l’hémisphère Sud), dans les communications (transmission immédiate des données partout dans le monde), invention puis développement de l’informatique (à laquelle on va confier tout travail répétitif mais aussi tout travail de distinction de différences, de changements, d’anomalies, de déplacements), progrès aussi dans la connaissance même de l’environnement spatiale (avant la construction du télescope du Mont Palomar, Hubble n’aurait sans doute pu concevoir l’existence d’une multitude de galaxies), progrès enfin dans la science des instruments d’observation (on construit des réflecteurs et des instruments de plus en plus grands et on trouve des solutions à la croissance de leur masse).

Parmi les grandes étapes on peut noter en 1789 le télescope de Herschel avec son réflecteur de 122 cm de diamètre ; en 1917, le télescope du Mont Wilson (Etats-Unis) avec son miroir de Hooker de 250 cm ; en 1949, le télescope du Mont Palomar (Etats-Unis) avec son miroir de 500 cm. Quatre ouvertures se produisent alors, (1) l’interférométrie dans les années 1970 (travaux d’Antoine Labeyrie) qui permet d’additionner les lumières reçues par plusieurs télescopes ;  (2) les grands miroirs constitués de segments multiples permettant de dépasser la taille des miroirs monobloc en verre ; (3) l’envoi de télescopes dans l’espace en dehors de l’écran et des perturbations de l’atmosphère ; (4) l’optique active  qui permet la coordination de segments de miroirs pour pallier les déformations des grands miroirs eux-mêmes du fait de leur masse, puis l’optique adaptative pour contrer les effets des perturbations atmosphériques (tout cela n’étant bien sûr possible que grâce à une informatique permettant des calculs de plus en plus nombreux et rapides avec répercussion quasi immédiate sur une forêt d’actionneurs).

Dans ces conditions, la puissance de discernement des télescopes se poursuit en s’accélérant en deux vagues : d’abord en 1993, les télescopes 1 et 2 de Keck au miroir primaire segmentés de 9,8 mètres de diamètre chacun (utilisés en interférométrie) ; en 2005 le télescope SALT (South African Large Telescope) au miroir de 11,1 mètres monobloc ; Hubble et son miroir de 2,4 mètres, opérationnel depuis 1993; le VLT (Very Large Telescope) de l’ESO comprenant 4 miroirs monoblocs de 8,2 mètres (et deux petits) fonctionnant en interférométrie ce qui donne l’équivalent d’un miroir de 130 à 200 mètres (avec son système d’optique adaptive il est deux fois plus précis que Hubble) .

Ensuite le JWST (James Webb Space Telescope) avec son miroir de 6,5 mètres, segmentés, doit remplacer Hubble en 2018 1; l’E-ELT (European – Extremely Large Telescope)2 doit recevoir sa première lumière en 2024, et dans la décennie qui vient l’EHT (Event Horizon Telescope)3 doit lier par « interférométrie à très longue base » de multiples radiotélescopes sur toute la surface de la Terre. Cela lui donnera une taille virtuelle égale au diamètre terrestre et il pourra, on l’espère, « voir » (en ondes millimétriques) le trou noir super-massif, cœur de notre galaxie, derrière la source intense d’ondes radio nommée « Sagitarius A* ».

Les ELT et l’interférométrie (optique et radio) font reculer notre horizon vers des limites totalement inimaginables il y a cinquante ans. Très loin des débuts de l’astronomie, nous sommes arrivés à une époque où les hommes ne regardent plus le ciel de leurs yeux au sommet d’observatoires désertés (sauf par les techniciens) mais sur les écrans de leurs ordinateurs, dans les données recueillies par leurs machines. Nul doute cependant que la grandeur du spectacle maintenant intellectualisé et abstrait ne continue à les émerveiller par sa grandeur et sa puissance.

1NB : Plus de quarante autres télescopes ont été lancés dans l’espace pour observer l’environnement et les sources lointaines dans une très grande variété de longueurs d’ondes.

2NB : A part le LBT (Binoculaire) achevé, il y a trois autres ELT en cours de réalisation, le GMT (Magellan), le TMT (Trente Mètres) et l’E-ELT.

3NB : il y a déjà des interféromètres « à longue base » en service, notamment ALMA, mais ils sont évidemment plus « petits » que l’EHT (qui est dit “à très longue base”).

Image à la Une : Observatoire archaïque de Kokino, en Macédoine, à la frontière de la Serbie. Il date de l’Age du Bronze (2ème millénaire avant notre ère).

Image ci-dessous : vue d’artiste du prochain observatoire « E-ELT » de l’ESO (European Southern Observatory); ce qu’on peut faire de mieux en sophistication et en puissance aujourd’hui (image crédit ESO). Il aura un miroir primaire segmenté de 39 mètres.

Pierre Brisson

Pierre Brisson

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l'Association Planète Mars (France), économiste de formation (Uni.of Virginia), ancien banquier d'entreprises de profession, planétologue depuis toujours.

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