Le télescope spatial Hubble

Le télescope spatial Hubble est un télescope de 11 tonnes qui a été envoyé dans l’espace il y a 32 ans, le 24 avril 1990, à près de 600 km au-dessus de nos têtes. Il est le prédécesseur du télescope James Webb et a permis de nombreuses découvertes, notamment sur l’origine de notre Univers.

Des origines jusqu’au lancement de Hubble

Hubble n’est pas le premier télescope spatial : il s’agit de l’OAO (Orbiting Astronomical Observatory), qui dès les années 1966 a montré toute l’utilité et les avantages d’avoir un télescope dans l’espace.

Cela permet en effet de :

• S’affranchir de la pollution atmosphérique
• S’affranchir de la pollution lumineuse
• S’affranchir de la météo
• De profiter du télescope de jour comme de nuit

Hubble est un projet initié par la NASA dès les années 1970. Suite à des difficultés de financement, elle octroie finalement 15% de l’utilisation du télescope à l’agence spatiale européenne (ESA) en échange d’une participation à l’outillage du télescope.

La construction du télescope spatial Hubble débute en 1977 et le lancement était initialement prévu en 1986 mais ce dernier fut délayé suite à la destruction de la navette Challenger la même année. Finalement, le lancement a eu lieu en 1990.

Le coût total de la construction du télescope atteint les 2 milliards de dollars, en faisant l’outil scientifique le plus coûteux du monde à l’époque, même si depuis, on a atteint des sommes bien plus importantes (10 milliards de dollars par exemple pour le télescope James Webb).

Une des caractéristique du télescope spatial Hubble c’est qu’il est modulable : tout a été pensé pour qu’on puisse remplacer certains instruments et effectuer des maintenances avec des vols spatiaux. L’idée étant à la fois de ne pas se limiter à une durée de vie définie, mais aussi de faire évoluer son matériel (notamment ses caméras) en fonction des avancées technologiques. Tout cela fut bien pensé puisqu’une mission de sauvetage du télescope eut lieu en 1993 (la mission STS-61) comprenant de nombreuses réparations, l’installation de nouveaux matériels et le remplacement d’autres.

Un des nombreux défis rencontrés par le télescope Hubble, c’est la gestion des températures : afin de ne pas abîmer le matériel, il est nécessaire que cette dernière reste relativement stable. Problème : quand le télescope est proche du soleil, il peut atteindre de hautes températures et inversement, à l’ombre de la Terre descendre jusqu’à -100 degrés celsius.

Pour ce faire, des panneaux solaires rotatifs, fournis par l’ESA, ont été installés ainsi qu’une batterie pour ses passages dans des zones d’ombre. Le télescope profite par ailleurs d’un revêtement spécial et d’une résistance électrique pour combattre le froid.

Optique et matériels de Hubble

Hubble utilise une architecture de type Cassegrain : cette dernière voit son miroir primaire percé en son centre faisant parcourir plus d’espace à la lumière avant de la renvoyer à l’arrière de l’appareil où l’image peut se former (contrairement à un télescope Newton qui forme l’image sur le côté du tube). La majorité des grands télescopes sur Terre utilisent pour cette raison un modèle Cassegrain.

Grâce à ce modèle, malgré un tube “court” de 6,4 mètres, la longueur focale du télescope spatial Hubble est de 57,6 mètres (!). Hubble utilise une variante du modèle Cassegrain qui se nomme Ritchey-Chrétien et qui a l’avantage de supprimer le coma et l’aberration sphérique pour une meilleure qualité d’image.

La précision visuelle de Hubble est par ailleurs impressionnante, même aujourd’hui. Pour vous donner une idée de ce que cela représente, imaginez que l’on décompose un degré en 60 minutes d’arc et que chaque minute est elle-même décomposée en 60 secondes d’arc. Et bien la précision du télescope spatial Hubble est de 0,01 seconde d’arc.

Outre son magnifique matériel optique, Hubble possède divers matériels à son bord :

• Caméra grand champ (Wield Field Camera 3) : installée le 14 mai 2009 lors d’une mission spatiale, en remplacement de sa prédécesseur (la WFC2). Cette caméra permet de prendre des images du spectre visible et possède des détecteurs proches infrarouges et ultraviolets.
• COS : spectrographe ultraviolet permet de décomposer la lumière pour en étudier l’origine et la composition de certains objets
• STIS : spectrographe également, sert à trouver des trous noirs ou à observer des événements comme les aurores de Saturne
• Caméra ACS : caméra 3 en 1 qui permet à la fois de faire du grand champ, du visuel proche et de l’ultraviolet (rechange surtout pour STIS)
• Une caméra infrarouge désormais hors service

Que nous a appris Hubble ?

Hubble était une révolution en son temps. L’avènement du télescope James Webb qui s’inscrit comme son remplaçant n’enlève rien à toutes les découvertes qu’a permis Hubble.

Pour en citer quelques unes :

• On sait désormais que l’univers est âgé de 14 milliards d’années, grâce à l’observation des céphéides, ces étoiles géantes qui voient leur luminosité varier selon certaines périodicités.
• Calcul la vitesse d’expansion de l’univers et surtout que cette dernière s’accélère à hauteur de 70 km / seconde pour chaque 3,26 millions d’années lumières plus loin que la Terre (mégaparsec).
• Déduire la présence de trous noirs supermassifs : on imaginait leur existence depuis longtemps mais jamais aucun trou noir n’avait pu être observé auparavant. Hubble a permis d’observer l’attraction gravitationnelle et a ainsi confirmé que des trous noirs supermassifs se trouvent au centre des galaxies.
• Observation d’une galaxie 400 millions d’années seulement après le big bang
• L’impact d’une comète sur Jupiter, événement inopiné qui eut lieu en 1994 (cf l’image ci-dessus)

Le champ profond de Hubble

En 1995, le télescope spatial Hubble a été pointé vers une zone sombre du ciel, au niveau de la Grande Ours, où se situent 4 étoiles à faible intensité qui ont permis de servir de guide à ce dernier. Pendant 8 jours, Hubble a photographié une zone qui équivaut à un ballon de foot situé à 1 km (2,5 minutes d’arc ou 28 millionième de la surface du ciel).

On ne connaissait que très peu d’éléments de cette zone et le résultat fut époustouflant :

Trois ans plus tard, l’expérience fut de nouveau réalisée, dans l’hémisphère sud cette fois et le résultat fut similaire. On parle alors de champs profond sud de Hubble :