Dans sa politique spatiale le Président Trump a tout faux

Selon Robert Zubrin*, fondateur et président de la Mars Society, l’administration du président Trump perpétue l’erreur des administrations précédentes en n’assignant pas un objectif clair à la politique d’exploration spatiale. Il semble en outre que cette politique soit basée sur une mauvaise compréhension du contexte spatial, dans ses difficultés et ses opportunités. Ce faisant elle risque malheureusement de passer à côté de l’avantage considérable que lui offrent les innovations technologiques de SpaceX. Le résultat c’est que les Américains risquent de dépenser en vain pour n’aller nulle part.

Voici la traduction de ce qu’écrivait le Dr. Zubrin le 2 Mars 2018 dans la National Review, revue très lue et très influente dans les milieux conservateurs américains :

Un programme spatial axé sur un objectif?

Le 12 février, l’administration Trump a dévoilé son projet de budget pour la NASA. Alors que le financement total de 19 milliards de dollars n’est pas très différent des niveaux approuvés par les administrations Obama et Bush, ce projet a réussi à porter l’incohérence de la pensée de l’agence spatiale à des niveaux vraiment remarquables.

Un exemple particulièrement frappant d’illogisme est donné par la décision de l’administration d’annuler le télescope d’exploration infrarouge à grand champ (WFIRST) tout en persévérant vers la réalisation d’une station spatiale en orbite lunaire baptisée « Deep Space Gateway ».

WFIRST* est un télescope spatial de 2,4 mètres de diamètre doté de capacités supérieures à celles de Hubble, qu’on aurait pu mettre en orbite pour un budget exceptionnellement bas de 3 milliards de dollars en raison du don à la NASA par le « National Reconnaissance Office », d’un satellite espion excédentaire. Il permettrait des découvertes révolutionnaires d’exoplanètes et pourrait potentiellement révéler la vérité sur la nature de l’énergie sombre supposée être la cause de l’expansion de l’univers, et sur de nombreuses autres interrogations dans le domaine de l’astrophysique. Il a été approuvé et fortement soutenu en tant que priorité absolue par tous les conseils scientifique entourant le gouvernement.

*NdT: voir aussi mon article précédent “WFIRST pourrait nous éclairer sur le mystère de l’énergie sombre

Deep Space Gateway (récemment rebaptisé « Lunar Orbital Platform-Gateway »), quant à lui est un lamentable gâchis qui coûtera plusieurs dizaines de milliards de dollars et ne servira à rien. Nous n’avons pas besoin d’une station en orbite lunaire pour aller sur la Lune, sur Mars ou sur les astéroïdes proches de la Terre. Nous n’en avons besoin pour aller où que ce soit.

En orbite lunaire il n’y a rien à faire, rien à utiliser, rien à explorer. Il est vrai que l’on pourrait faire fonctionner des rovers à la surface de la Lune depuis son orbite mais l’argument selon lequel installer une telle station serait utile pour éliminer le délai de deux secondes nécessaire pour les contrôler depuis la Terre, est absurde. Nous sommes sur le point d’avoir des voitures autonomes sur Terre qui pourront gérer les conditions de circulation à New York et à Los Angeles et il y a beaucoup moins de trafic sur la Lune !

Pourtant, le problème avec Deep Space Gateway est beaucoup plus grave que le gaspillage de décennies en temps et de dizaines de milliards de dollars en bon argent. Le problème le plus profond est la forme de pensée qu’il représente.

Les programmes d’astronomie et d’exploration planétaire robotiques de la NASA ont réalisé des exploits qu’on peut qualifier d’épiques parce qu’ils sont axés sur des objectifs. En revanche, depuis la fin d’Apollo, le programme de vols spatiaux habités de la NASA n’a visé aucun objectif. En conséquence, ses réalisations ont été négligeables.

Si le but est de construire une base lunaire, elle devrait être construite sur la surface de la Lune. C’est là que se trouve la Science, c’est là que se trouvent les matériaux de protection contre les radiations, et c’est là que se trouvent les ressources nécessaires pour fabriquer les ergols propulseurs et autres choses utiles. Le meilleur endroit pour la construire serait à l’un des pôles car il y a dans ces régions de petites zones où la lumière du soleil est accessible tout le temps ainsi que des cratères dans l’obscurité perpétuelle où la glace s’est accumulée. Une telle glace pourrait être électrolysée pour fabriquer des propulseurs à hydrogène-oxygène, pour alimenter les véhicules de retour sur Terre ainsi que des « hoppers » balistiques qui fourniraient à l’équipage de la base un accès pour exploration à la plus grande partie du reste de la Lune. (Ndt : un hopper est un petit transporteur fonctionnant par réaction de gaz chauffés par panneaux solaires mis au point par Robert Zubrin pour usage sur Mars, à partir du CO2 de l’atmosphère).

L’administration Trump dit qu’elle veut retourner sur la Lune mais ses actions ne sont pas compatibles avec cet objectif. En plus de ce projet farfelu en orbite lunaire, son budget affecte 7,5 milliards de dollars au cours des trois prochaines années à la préparation du premier vol du Space Launch System (SLS) alors que nous avons déjà le Falcon Heavy de SpaceX qui peut emporter en orbite 70% de la charge utile du SLS pour un dixième du coût. Les mêmes fonds, s’ils étaient dépensés pour développer des atterrisseurs et des véhicules ascensionnels, pourraient permettre un retour sur la Lune dans quatre ans et des missions humaines sur Mars dans huit ans.

La situation est vraiment ironique. Avec le succès de Falcon Heavy l’Amérique pourrait dès maintenant être positionné sur une base solide pour une véritable percée dans l’exploration spatiale. L’argent disponible est suffisant. Ce qui manque, c’est une direction intelligente. Nous n’irons jamais sur Mars si nous laissons notre programme de vols spatiaux habités avancer au hasard.

La NASA n’est pas allée sur la Lune en incorporant dans son programmes tout ce que les industriels et leurs représentants mettaient en avant comme éléments qui pourraient éventuellement servir. Elle y est allé en prenant fait et cause pour un objectif clair et en agissant en conséquence.

Au lieu de saboter les efforts scientifiques sains et motivés de la NASA, l’administration Trump devrait se concentrer sur une direction pareillement rationnelle, appliquée à un programme de vols spatiaux habités qui reste scandaleusement à la dérive.

Fin de traduction.

lien vers l’article en Anglais: https://www.nationalreview.com/2018/03/nasa-lunar-space-station-unnecessary-space-flight-plans-lack-purpose/

Commentaire :

Robert Zubrin exprime très clairement l’inanité du projet de station spatiale en orbite lunaire. On dirait que le concept sort de la tête de personnes qui ne connaissent rien au sujet traité. Si le projet est exécuté, le seul résultat sera d’avoir une deuxième Station Spatiale Internationale (ISS), à la différence que cette fois ci les astronautes qui l’occuperont seront beaucoup plus exposés au radiations spatiales puisqu’elle sera située hors de la protection du champs magnétique terrestre. L’administration américaine voudrait dégouter le grand public des missions spatiales habitées qu’elle ne s’y prendrait pas autrement. Par ailleurs ignorer les travaux et le succès d’Elon Musk est incompréhensible puisque, en même temps, SpaceX est un fournisseur apprécié de la NASA pour ses ravitaillements de la Station Spatiale et a prouvé avec son Falcon Heavy sa capacité à placer en orbite terrestre la charge utile que le SLS est incapable de lever alors qu’il est en préparation depuis le double de temps. Cette incohérence tend à confirmer que ce qui préoccupe l’administration américaine c’est avant tout de soutenir l’emploi dans l’industrie spatiale quel que soit l’objet auquel cette industrie applique ses efforts (et notamment la mise au point du SLS). C’est assez lamentable.

*NB : Robert Zubrin détient un MS en Aéronautique et Astronautique et un Ph.D en Ingénierie nucléaire (Uni. de Washington). Il a été membre de l’équipe de la société Lockheed Martin (constructeur des fusées Apollo) chargée de développer ses stratégies d’exploration spatiale. Il a été également “senior engineer” chez Martin Marietta Astronautics (successeur de Lockheed Martin) en charge du développement des concepts avancés de missions interplanétaires. Il a fondé la Mars Society en 1998 et a écrit de nombreux ouvrages sur la faisabilité des missions habitées sur Mars (notamment « The Case for Mars » en 1995). Il est aujourd’hui entrepreneur indépendant : président de Pionneer Astronautics, société de recherche et développement dans les technologies aérospatiales et à ce titre fournisseur de la NASA ; président de Pionneer energy, société de recherche et développement dans le pétrole et les ergols de synthèse. A ce titre il a mis au point une technologie écologique innovante de récupération des gaz non traités lors de l’exploitation des gaz de schistes.

Image à la Une: Projet “Lunar Orbital Platform Gateway”, vue d’artiste, crédit Lockheed Martin.

Image ci-dessous: concept ESA d’une base lunaire avec habitat réalisé en impression 3D avec du régolite lunaire (vue d’artiste, credit ESA):

 

 

WFIRST pourrait nous éclairer sur le mystère de l’énergie sombre

Selon la théorie la plus communément admise en cosmologie, mais pas par « tout le monde », la matière « ordinaire » (baryonique) ne constitue que 4,9% de la masse de l’Univers. Se pose dès lors le lancinant problème de la nature et de la localisation de « tout le reste ». On a déduit, sans pouvoir le confirmer par observation, qu’il se compose d’« énergie sombre » (68,3%) et de « matière noire » (26,8%). Le télescope WFIRST de la NASA a été conçu pour nous aider à élucider ce mystère.

L’origine de cette déduction vient de ce que plusieurs faits observés ne concordent pas avec ce qu’ils devraient être en application des théories de la cosmologie classique. Par exemple l’expansion de l’univers, qui semble accélérer ou encore la vitesse de rotation des galaxies, plus rapide en leur périphérie qu’elle devrait l’être. C’est cela qui a conduit les astrophysiciens et les physiciens dans leur immense majorité*, à adhérer à l’hypothèse de l’énergie sombre** dans le premier cas et de la matière noire** dans le second .

**Energie sombre: supposée en 1998 par Huterer et Terner; présente partout, elle induirait une sorte d’antigravité;

**Matière noire: supposée en 1933 par Fred Zwicky puis en 1970 par Vera Rubin; localisée, elle « alourdirait » les galaxies d’une masse invisible.

*Seules quelques voix discordantes dont celle d’André Maeder (voir ci-dessous) s’élèvent contreElles sont très minoritaires, au moins pour l’instant.

Il n’est pas question de « voir » l’énergie sombre ou la matière noire mais d’en constater les effets, avec autant de précision que possible, et sur des objets différents, afin de la comprendre. Pour en démontrer la réalité et en percevoir la nature, les tenants de cette théorie doivent donc utiliser les moyens dont ils disposent c’est-à-dire les ondes électromagnétiques que l’on reçoit et parmi elles celles qui sont les plus pertinentes c’est-à-dire celles qui mettent le mieux en évidence les « anomalies » qu’ils recherchent.

WFIRST (« Wide Field Infrared Survey Telescope », en français « Télescope d’étude infrarouge grand-champ ») a été conçu principalement pour cela. Il s’agit d’un télescope qui capterait les longueurs d’onde de l’infrarouge proche (juste un peu plus longue que celles du spectre visible) jusqu’à 2 µm et qui étudierait plus finement les variations à travers le temps exprimées par ces rayonnements, du taux d’expansion de l’univers. Les télescopes à infrarouge ont une capacité différente des télescopes à lumière visible ou à rayons X puisqu’ils ne voient pas les sources chaudes, les plus énergétiques, mais les sources froides (on devrait dire « moins chaudes »). Ils peuvent nous donner beaucoup plus d’informations que les autres télescopes à ondes plus courtes puisqu’ils repèrent beaucoup mieux la multitude d’objets lointains « ordinaires » qui s’enfuient à grande vitesse de nous (effet Doppler-Fizeau) du fait de l’expansion de l’univers. Par ailleurs la localisation dans l’espace de WFIRST permettrait de ne pas souffrir de l’absorption de ces rayonnements par les gaz et l’humidité atmosphérique. Le grand-champ (100 fois celui de Hubble !) serait d’autant plus utile que l’on ne recherche pas à voir un astre précisément mais plutôt des environnements au travers de ces astres pour les comparer. Pour étudier les effets de l’énergie sombre via le taux d’expansion, ses promoteurs veulent mesurer les « oscillations acoustiques des baryons »* ou la distance de luminosité des supernovæ de type « ia » (à explosions thermonucléaires ≠  des supernovæ à implosions du fait de l’effondrement de leur cœur) dont la luminosité absolue est connue, et étudier les lentilles gravitationnelles faibles, sur la plus grande profondeur possible de l’espace. Selon la distance, les effets de l’énergie sombre doivent avoir varié pour des masses semblables compte tenu de l’accélération de l’expansion sur la durée.

*avant la période dite « de recombinaison », des ondes acoustiques se propageaient dans le plasma primordial. On retrouve les effets de ces ondes étirées par l’inflation cosmique dans la distribution de la matière au sein des amas de galaxies.

WFIRST pourrait certes ne pas confirmer la tendance à l’accélération mais ce n’est pas le plus probable. Alternativement, la confirmation de l’expansion accélérée mais avec des résultats non concluants en ce qui concerne les effet d’une énergie sombre ou d’une matière noire sur la matière baryonique donnerait toutes ses chances à la théorie sur les propriétés du vide développée par André Maeder, publiée en janvier 2017  dans « The Astrophysical Journal ». André Maeder, professeur émérite à l’Université de Genève, ne nie pas la réalité de l’accélération, bien au contraire, mais considère qu’elle devrait être « simplement » une conséquence du vide à grande échelle (dans le cadre duquel les règles de la relativité générale s’appliquent), en prenant pour hypothèse « l’invariance d’échelle du vide », hypothèse selon laquelle l’espace vide a les mêmes propriétés à quelque échelle qu’on le considère. Et dans ses calculs, cette invariance fait apparaître un terme très petit d’accélération de l’expansion qui s’oppose à la force gravitationnelle…Juste ce que l’on recherche ! Toute énergie sombre ou matière noire deviendraient donc inutiles pour expliquer l’accélération. Les personnes intéressées peuvent lire sa démonstration dans l’étude scientifique vers laquelle je donne le lien ci-dessous.

WFIRST, projet du Goddard Space Center de la NASA depuis la revue décennale de 2010 (« Decadal Survey » du « National Research Council » de la « National Academy of Sciences ») a bénéficié de l’offre d’un miroir gratuit de la NRO (« National Reconnaissance Office ») qui n’en a plus l’usage par suite de l’abandon d’un projet de satellite espion pour qui il avait été construit. Le miroir, de type Richtey-Chrétien comme celui de Hubble, est plus grand que celui prévu à l’origine (2,4 mètres, comme celui de Hubble, contre 1,5 mètres) et gratuit. Cela abaisse évidemment fortement le coût de l’ensemble, ramené à 1,7 milliards de dollars (contre 2 milliards pour Hubble, mais en 1990). Il serait doté d’un imageur grand-champ, d’un spectromètre et d’un coronographe (pour occulter les sources lumineuses trop violentes par rapport aux sources froides recherchées). Il aurait une masse de 7,5 tonnes à laquelle il faudrait ajouter trois tonnes d’ergols nécessaires à la circularisation de l’orbite d’observation et aux ajustements de cette orbite durant les six ans de la mission.

WFIRST serait positionné de préférence au point de Lagrange L2, en opposition au Soleil (dans l’ombre perpétuelle de la Terre), où la température est froide et stable et la pollution lumineuse du soleil absente. Alternativement (antérieurement) il aurait pu être positionné en orbite géostationnaire de la Terre.

WFIRST a des objectifs accessoires (mais importants pour justifier la mission vis-à-vis des décideurs), notamment l’observation des exoplanètes en exploitant l’observation des lentilles gravitationnelles faibles (puisque les planètes sont des sources froides et que le télescope disposerait d’un coronographe très innovant par son adaptabilité à la surface stellaire devant être occultée) ; un passage de planète devant l’étoile en premier-plan entraînant une augmentation de la masse de l’ensemble et donc un accroissement de son effet de lentille. C’est intéressant pour les planètes se situant à plus de 0,5 UA de leur étoile car cela comblerait un manque : on observe généralement, par la méthode du transit ou des oscillations radiales, plus facilement les planètes plus proches de leur étoile et avec les coronographes classiques les planètes beaucoup plus lointaines (40 UA) de leur étoile ; or les planètes « habitables » (celles que l’on recherche en priorité) doivent se situer ni trop loin, ni trop près de leur étoile (la température doit permettre l’eau liquide en surface).

Le projet a été validé en février 2016 et le lancement pourrait avoir lieu mi-2020. Malheureusement le dernier budget de la NASA proposé par la nouvelle administration américaine veut y mettre fin car elle a « d’autres priorités ». En fait le gouvernement américain lance la NASA sur le projet ultra-coûteux et a priori totalement inutile mais spectaculaire, de station spatiale en orbite autour de la Lune (« Deep Space Gateway » devenu « Lunar Orbital Platform-Gateway »). Beaucoup de beaux projets risquent d’être sacrifiés à ce « machin » sans aucun intérêt qui n’est que la continuation de l’ISS dans un environnement plus hostile. Il reste un espoir, le refus du Congrès de suivre la proposition du gouvernement.

Image « à la Une » : représentation artistique du télescope WFIRST (crédit NASA, Goddard)

Liens :

“An alternative to the ΛCDM model: the case of scale invariance”, par André Maeder, dans “The Astrophysical Journal”:

http://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/834/2/194/meta

article paru dans Le Temps sur l’étude d’André Maeder:

https://www.letemps.ch/sciences/un-professeur-genevois-remet-question-matiere-noire

Article de Huterer et Terner sur l’énergie sombre:

https://arxiv.org/pdf/0803.0982.pdf

articles de la NASA sur le projet WFIRST:

https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/nasa-s-next-major-telescope-to-see-the-big-picture-of-the-universe

https://wfirst.gsfc.nasa.gov/

PS : Je salue Stephen Hawking avec respect, admiration et émotion. Il a démontré de la façon la plus brillante la domination de l’esprit sur la matière. Il est un exemple pour tous.

Sur le plateau aride de Chajnantor, les antennes d’ALMA sont en fleurs

Les sources froides de rayonnements électromagnétiques spatiales sont maintenant à notre portée sur Terre, grâce à la forêt de télescopes fonctionnant en interférométrie à 5000 m d’altitude sur le plateau de Chajnantor. On ne sait ce qu’il faut admirer le plus, les technologies employées pour mettre en place le dispositif ou la technologie qu’il utilise pour observer l’univers.

ALMA (pour « Atacama Large Millimeter/submillimeter Array ») capte les ondes de longueurs allant de 0,32 à 3,6 mm. Ces ondes se situent entre les infrarouges et les ondes radio. Elles transmettent de l’information sur les objets les plus froids de l’univers, très faiblement visibles ou souvent cachés par des émissions plus chaudes, donc tout ce qui est nuage de gaz et de poussière intersidéraux, astres en formation, ou objets très lointains (premières galaxies, dont le décalage important vers le rouge est dû à la vitesse d’éloignement résultant de la distance).

Malheureusement ces ondes sont difficiles à observer car leur rayonnement est absorbé par la vapeur d’eau contenue dans l’atmosphère terrestre. On a donc recherché pour installer nos capteurs, l’endroit le plus haut (l’atmosphère la moins épaisse) et le plus sec qui pouvait être aménagé sur Terre* et on a choisi le haut-plateau de Chajnantor dans le désert d’Atacama, qui est effectivement extrêmement aride et élevé. L’endroit est heureusement relativement accessible car proche de la ville principale du Nord du Chili, Antofagasta, et du village de San Pedro de Atacama (50 km). Il est aussi proche du Cerro Paranal où sont implantés les Very Large Telescope (« VLT ») de l’ESO (European Southern Observatory).

NB : Mars de ce point de vue constituerait un emplacement idéal pour un futur interféromètre géant, et ce serait une des justifications pour que des hommes aillent s’y installer.

Pour les capteurs, pas question de miroirs donc de télescope à proprement parler puisque les ondes reçues ne sont pas dans le spectre du visible, mais des antennes. Le problème c’est que plus la longueur d’onde est grande (ce qui est le cas quand on s’éloigne des ondes visibles vers les ondes radios) moins la résolution est bonne et plus grande doit être l’antenne. Il faut donc chercher à combiner la lumière de plusieurs capteurs entre eux et c’est pour cela que l’interférométrie s’est vite imposée pour l’étude de cette partie du spectre des ondes électromagnétiques.

Pour ALMA le dispositif choisi est un ensemble gigantesque constitué de soixante-six antennes, soit cinquante, mobiles, de 12 mètres de diamètre, quatre antennes, en formation compacte, du même diamètre et douze antennes de 7 mètres. C’est le plus grand projet astronomique au sol. Les antennes peuvent être utilisées ensemble comme un seul télescope, selon différentes configurations allant de l’équivalent d’un diamètre de 150 m à celui d’un diamètre de 16 km, ce qui permet de considérer le dispositif comme un zoom. Dans la configuration 16 km il y aura une densité d’antennes très faible et donc même si la résolution sera excellente, l’intensité des images sera faible.  Dans l’arrangement le plus compact des antennes (qui donne l’équivalent d’un diamètre d’environ 150 mètres) les résolutions vont de 0,5 secondes à 4,8 secondes d’arc (selon la fréquence des ondes) ; dans l’arrangement le plus étendu (diamètre de 16 km) la résolution va de 20 millisecondes d’arc (“mas”) à 43 mas. A titre de comparaison la résolution d’un miroir de 8,2 mètres du VLT (ondes visibles) est de 50 mas (mais le VLT fonctionne aussi en interférométrie, dans sa gamme d’ondes électromagnétiques). Les signaux reçus par les antennes sous forme analogique, sont convertis en données numériques puis traitées par un superordinateur (le « corrélateur »), un des plus puissants au monde, cerveau du dispositif, couplé à un oscillateur équipé de deux horloges atomiques qu’on peut comparer au cœur du système.

Lancé il y a une vingtaine d’année, l’observatoire a requis des travaux considérables qui ont commencé sur place en 2008. Il fallait concevoir et construire les antennes, les acheminer (elles sont très lourdes -100 tonnes pour les plus grosses – et volumineuses) dans un endroit sans route et créer, outre les infrastructures nécessaires à leur fonctionnement individuel et en formation (apport en énergie, dispositif de commandes, de combinaison des ondes reçues, traitement de l’information), celles qui sont indispensables à la vie. Compte tenu de l’altitude, les astronomes, astrophysiciens, ingénieurs et le personnel (150 personnes en continu) ne séjournent pas sur le plateau mais à 2000 mètres en dessous (et à 30 km de distance) dans une base-vie ultra-moderne, semi-enterrée (pour faciliter la climatisation). La « Résidence », remise à l’administration de l’observatoire en avril 2017, au cœur d’un ensemble technique nommé l’« ALMA operation support facility » (OSF) est dotée de tout le confort moderne, y compris une piscine pour aider à supporter la sécheresse extrême. Elle sera complétée par un centre sportif couvert et également semi-enterré, dont la construction vient de commencer (2 mars 2018). Malgré tout, la réalisation du projet n’a coûté que 1,4 milliards de dollars (c’est aussi le coût de la première phase de l’ELT, également dirigé par l’ESO, en cours de construction au Sud d’Antofagasta).

Comme toujours maintenant, ces gros projets sont des « joint-venture » multinationales faisant appel à des compétences et des contributions mondiales. Le financement, outre l’ESO, a impliqué la NSF (National Science Foundation) aux États-Unis, le Conseil national de recherches du Canada (CNRC), le National Science Council (NSC) et l’Academia Sinica (AS) à Taïwan, et les National Institutes of Natural Sciences (NINS) au Japon. La construction et la mise en service ont été réalisées par le JAO (Observatoire Commun ALMA) émanation de l’ESO, de l’Observatoire national de radio astronomie aux États-Unis (NRAO) et de l’Observatoire national d’astronomie au Japon (NAOJ). Le JAO reste chargé des opérations. La Suisse, membre de l’ESO est très présente. Un des parrains du projet sur le plan conceptuel, est le professeur Georges Meylan, ancien directeur du laboratoire d’astrophysique à l’EPFL. Plusieurs docteurs de l’EPFL ont travaillé avec lui sur le projet et de nouveaux doctorants suisses l’utilisent aujourd’hui (Le Professeur Meylan était le Délégué scientifique Suisse au conseil de l’ESO jusqu’en 2015 et son successeur, Willy Benz, professeur de physique et d’astrophysique à l’Uni de Berne, a été nommé en décembre 2017 Président du board de l’ESO ; il est à ce titre membre du board de l’ALMA).

L’inauguration de l’observatoire a eu lieu en 2013 car il n’était pas nécessaire d’attendre l’implantation de toutes les antennes pour commencer à travailler (simplement l’intensité des images n’était pas à son maximum). L’exploitation a donc commencé et la demande de temps d’observation étant très forte, les promoteurs ont commencé à amortir leur investissement. Nous en sommes maintenant au cinquième cycle (annuel) de recherche. En Novembre 2017 le board de l’ALMA annonçait qu’on avait atteint ce que les astronomes appellent le « steady level » c’est-à-dire une configuration suffisante pour mener toute la gamme d’observations possibles. C’est une nouvelle phase d’exploration de l’univers qui commence, en parallèle avec celles menées par les autres capteurs travaillant dans d’autres longueurs d’onde, comme les VLT voisins ou l’ELT (qui ne doit être achevé qu’en 2025).

D’ores et déjà ALMA a fourni des résultats spectaculaires : images de disques protoplanétaires qui permettent de mieux comprendre l’évolution de ces disques vers la formation de planètes ; observation d’anneaux d’Einstein (autour de lentilles gravitationnelles) avec une précision inégalée ; détection de molécules organiques complexes jamais détectées dans des disques protoplanétaires lointains.

Avec ALMA la « panoplie » d’instruments permettant de voir toujours plus loin et plus clair, se complète et nos découvertes s’étendent tout en nous posant toujours plus de questions passionnantes.

Lien vers le site ALMA de l’ESOhttp://www.eso.org/sci/facilities/alma.html

Image à la Une : représentation du système ALMA, crédit ESO ;

Image ci-dessous : transporteur d’antennes ALMA. Crédit ESO/NAOJ/NRAO

MUSE affine la perception que nous avons de l’Univers lointain

L’instrument MUSE de l’ESO vient d’observer le champs ultra profond de Hubble (« HUDF ») et il a confirmé sa capacité extraordinaire de discernement ainsi que la rapidité avec laquelle il peut la mettre en œuvre. Il porte notre regard plus précisément que jamais vers les premières galaxies.

Le HUDF (Hubble Ultra Deep Field) qui se trouve dans la constellation du Fourneau et a été photographié (on pourrait dire « découvert ») de septembre 2003 à janvier 2004 par le télescope spatial Hubble, est observable de la Terre à partir de l’hémisphère Sud et notamment par les grands observatoires situés dans le Nord du Chili dont le VLT (Very Large Telescope array) de l’ESO (European Southern Observatory). Ce « coin » de ciel extrêmement petit (il couvre 2,5 minutes d’arc soit 1/30 millionième de la surface du ciel) a été choisi  parce qu’il était particulièrement vide c’est-à-dire qu’il permettait de voir extrêmement loin au travers d’un minimum d’obstacles dans un environnement bien sombre (sans pollution lumineuse). Le HUDF se distingue des deux HDF (Hubble Deep Field), précédemment observés à partir de l’hémisphère Nord (« N ») dans la constellation de la Grande Ourse en 1995 et à partir de l’hémisphère Sud (« S ») dans la constellation du Toucan en 1996. En regardant dans les HDF on n’a pu atteindre « que » 12,7 milliards d’années-lumière d’éloignement. En regardant dans l’HUDF en utilisant la puissance du VLT et les « améliorations » détaillées ci-dessous, on peut atteindre la distance prodigieuse de 13,4 milliards d’années (l’âge de l’univers est estimé à 13,8 milliards) et on parvient à la limite de ce qu’il est possible de voir en lumière visible. En effet plus on regarde loin, plus la lumière nous arrive rougie du fait de l’effet Dopler-Fizeau car les ondes électromagnétiques émises sont distendues par la vitesse d’éloignement du fait de l’expansion de l’Univers. Cette vitesse est d’autant plus grande que la source est lointaine et, à ces distances, la vitesse approche celle de la lumière. Plus éloignées, dans l’infra-rouge, elles ne sont plus à strictement parler « visible » mais on peut les observer par des instruments spécifiques capables de les capter.

MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer) vient d’observer, en Novembre 2017 (voir * communiqué ESO ci-dessous), l’HUDF à partir de la plateforme Nasmyth de l’unité (« UT ») 4 du VLT. En service depuis 2014, il avait déjà été utilisé pour étudier le HDF-S. Ce qu’il apporte c’est une vision différenciée simultanée de chaque point de lumière. On obtient ainsi non seulement une image mais aussi une vitesse d’éloignement, le sens du mouvement et encore un spectre donnant la composition chimique du point observé, en résumé une véritable carte physico-chimique du ciel en 3D. On peut même distinguer plusieurs objets qui apparaissaient fusionnés car leur lumière avait en réalité des sources différentes et ces différences peuvent désormais apparaitre instantanément. MUSE est aussi particulièrement sensible à la longueur d’onde de l’hydrogène (dite ligne « Lyman-alpha ») qui est celle des astres primordiaux (avant « la production » d’éléments plus lourds par l’explosion des plus grosses étoiles, l’Univers ne comprenait que des éléments légers, de l’hydrogène surtout et un peu d’hélium). On voit donc les lumières d’astres qui n’apparaissaient pas sur les photos précédentes (jusqu’à une luminosité 100 fois plus faible). On a pu aussi remarquer que les galaxies les plus anciennes étaient entourées d’un halo de gaz d’hydrogène ce qui ouvre des pistes de recherche sur les flux de gaz vers et hors des galaxies pendant cette période critique de formation. A noter que ce qui est applicable aux galaxies très lointaines l’est aussi pour les astres plus proches dont on peut percevoir davantage de caractéristiques, notamment leur rotation qui est un élément d’analyse très important (on peut en déduire leur masse).

Avant MUSE les observations de chaque source lumineuse devait être faites séparément pour être caractérisées (et on devait choisir de le faire) ; avec MUSE on obtient une vue simultanée des sources lumineuses et de leurs spectres (on parle de « spectroscopie intégrale de champs ») et on peut donc directement voir leurs rapports. Outre les évaluations relatives des objets, l’avantage est la rapidité. Le premier champ profond cartographié (HDF-S) l’a été en 27 heures au lieu des centaines précédemment nécessaires. Dans ce champ MUSE distingue 90.000 pixels et pour chacun d’entre eux, il peut encore distinguer entre 4000 longueurs d’onde (montrant chaque pixel « dans les différentes couleurs » de son spectre).

L’instrument comporte 24 spectrographes fonctionnant simultanément et refroidis à l’azote liquide à -130°C (pour la stabilité de l’image). Il vient récemment (août 2017) de bénéficier d’une amélioration dite « AOF » (pour « Adaptative Optics Facility upgrade ») qui compense l’effet de flou causé par l’atmosphère terrestre, même à l’altitude de 2635 mètres où est situé le VLT, et donne une image beaucoup plus nette. L’AOF calcule 1000 fois par seconde les corrections qui sont immédiatement appliquées pour changer la forme du miroir secondaire (déformable) pour prendre en compte les turbulences atmosphériques perçues jusqu’à 1 km au-dessus du télescope, ce qui couvre la majorité de ces turbulences (d’autres améliorations sont prévues).

MUSE est le fruit d’un consortium piloté par le Centre de recherche en astrophysique de Lyon (CRAL – CNRS/Université Claude Bernard-Lyon 1/ENS-Lyon). Le Consortium, où la Suisse est représentée, est dirigé par l’astrophysicien Roland Bacon du CNRS/CRAL. Il comprend l’ESO, le Leiden Observatory (NOVA – Pays-Bas), l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP – INSU-CNRS/Université Paul Sabatier ; Observatoire Midi-Pyrénées), l’Institut für Astrophysik (Georg-August University of Göttingen – Allemagne), l’Institute for Astronomy à ETH, Zurich et l’Astrophysikalisches Institut Potsdam (Allemagne).

En astronomie, comme en astronautique, nous sommes en pleine phase de progrès technologique et les avancées possibles dans la connaissance de notre Univers sont considérables. Cela devrait passionner et attirer bien des jeunes à la tête bien faite et à la recherche d’aventures.

Liens :

Communiqué ESO du 29 Nov. 2017 (*) : https://www.eso.org/public/news/eso1738/

Numéro spécial d’Astronomy & Astrophysics (dont papier introductif en accès libre): https://www.aanda.org/component/toc/?task=topic&id=868

Contribution ETH Zürich : https://www.phys.ethz.ch/carollo/research/vlt-muse.html

documentaire réalisé par le CNRS sur la conception et la réalisation de MUSE. A voir absolument (et à diffuser largement!) pour bien comprendre l’enthousiasme justifié des chercheurs: http://videotheque.cnrs.fr/visio=6300

Image à la Une :

HUDF dans les longueurs d’onde allant de l’ultra-violet au proche infra-rouge. Crédit: ESO/MUSE équipe HUDF

Images ci-dessous, crédit ESO/MUSE équipe HUDF :

Instrument MUSE, partie “avant”, vers le miroir:

Instrument MUSE, partie “arrière”, vers les opérateurs (NB: vous pouvez remarquer le nom de l’ETF sur le panneau de coordination du haut de l’appareil):