vignette|Le télescope spatial Hubble en orbite autour de la Terre (1997). Un télescope spatial est un télescope placé au-delà de l'atmosphère. Le télescope spatial présente l'avantage, par rapport à son homologue terrestre, de ne pas être perturbé par l'atmosphère terrestre. Celle-ci déforme le rayonnement lumineux (infrarouge, visible, ultraviolet…) et en absorbe une grande partie (surtout infrarouge et ultraviolet).
Depuis les années 1960, les progrès de l'astronautique ont permis d'envoyer dans l'espace des télescopes spatiaux de différents types, dont le plus connu est le télescope spatial Hubble. Ces instruments jouent désormais un rôle important dans la collecte d'informations sur les planètes éloignées, les étoiles, les galaxies et les autres objets célestes.
Caractéristiques d'un télescope spatial vignette|Spitzer, Hubble, XMM-Newton et leurs principaux composants
Un télescope spatial est un télescope installé dans l'espace pour observer les planètes éloignées, les galaxies et d'autres objets célestes.
On peut ranger les télescopes spatiaux en deux grandes catégories : les télescopes qui observent l'ensemble de la voûte céleste et ceux qui font des observations sur des portions choisies du ciel.
Orbite Dans l'idéal, le satellite d'observation astronomique est placé sur une orbite la plus éloignée possible des perturbations lumineuses ou électromagnétiques. La Terre et la Lune peuvent être une grande source de perturbations. Pour y échapper, certains satellites astronomiques sont placés sur des orbites qui les maintiennent éloignés en permanence de ces deux astres : de l'ensemble Terre-Soleil (par exemple Planck et Herschel), orbite héliocentrique dans le sillage de la Terre avec quelques semaines de décalage (par exemple Kepler). Par le passé, les satellites en orbite basse ont toutefois été largement majoritaires. Certains satellites astronomiques décrivent des orbites terrestres à forte excentricité (Integral, Granat, XMM-Newton) pour permettre des observations à l'extérieur des ceintures de Van Allen (les particules à l'intérieur des ceintures perturbent les mesures) et disposer de longues durées d'observation ininterrompues (une périodicité longue limite le nombre d'interruptions liées au passage derrière la Terre).
Instrumentation
Résolution La résolution des télescopes dans le visible est aujourd'hui meilleure que celle des télescopes terrestres. Elle n'est limitée que par la charge utile des lanceurs existants et le coût de construction d'un gros télescope spatial. La réalisation du lanceur lourd SLS pourrait permettre le lancement d'un télescope spatial doté d'un miroir de (projet ).
Durée de vie Le satellite d'observation astronomique, comme les autres satellites, doit se maintenir sur une orbite et être pointé vers l'objet observé pour accomplir sa mission, ce qui nécessite de disposer d'ergols. Sa durée de vie est donc conditionnée par la quantité d'ergols emportée, car les opérations de maintenance d'un satellite, comme celles réalisées pour le télescope Hubble, sont trop coûteuses pour être envisagées dans un cas normal. Certains satellites d'observation astronomique, comme les télescopes infrarouge, utilisent des capteurs qui nécessitent en outre un liquide de refroidissement (hélium liquide). Celui-ci s'épuise progressivement, ce qui limite la durée durant laquelle ils peuvent réaliser leurs meilleures mesures.
Avantages du télescope spatial vignette|Les longueurs d'onde absorbées par l'atmosphère en part filtrée (de 0 à 100 %) Plusieurs phénomènes constituent des freins à l'observation astronomique depuis le sol : la turbulence naturelle de l'air, qui perturbe le cheminement des photons et réduit la qualité de l'image, limite la résolution aux environs d'une seconde d'arc même si certains télescopes terrestres (tels que le ) peuvent contrebalancer les turbulences grâce à leur optique adaptative. Dans le domaine du rayonnement visible, un télescope spatial peut observer un objet cent fois moins lumineux que ce qui peut être techniquement observable depuis le sol. En outre, une grande partie du spectre électromagnétique est complètement (gamma, X) ou partiellement (infrarouge et ultraviolet) absorbée par l'atmosphère terrestre et ne peut donc être observée que depuis l'espace. L'observation lumineuse depuis le sol est également de plus en plus handicapée par la pollution lumineuse due aux nombreuses sources de lumière artificiellesAstronomie, CNES Sciences..
Seuls le rayonnement visible et les fréquences radios ne sont pas atténués par l’atmosphère terrestre. L'astronomie spatiale joue un rôle essentiel pour les autres longueurs d'onde. Elle a pris aujourd'hui une grande importance grâce à des télescopes comme Chandra ou XMM-Newton.
Historique vignette|Les principaux télescopes spatiaux et la partie du spectre électromagnétique qu'ils observentIllustration inspirée du schéma figurant ici : ..
Aux États-Unis, la création d’un télescope spatial est évoquée pour la première fois en 1946 par Lyman Spitzer, un professeur et chercheur de l’université Yale, qui démontre dans son article intitulé « Les avantages d’un observatoire extra-terrestre dans le domaine de l’astronomie » qu’un télescope placé dans l’espace offre un grand nombre d’avantages car, explique-t-il, l’atmosphère terrestre filtre et déforme la lumière venue des étoiles. Même le télescope le plus perfectionné ne peut pas échapper à ce phénomène alors qu’un télescope situé en orbite le peut. Par ailleurs, l’atmosphère bloque une grande partie du spectre électromagnétique, comme le rayonnement X émis par des phénomènes de haute température dans les étoiles et dans d’autres objets. Un télescope spatial pourrait permettre aux scientifiques de mesurer également ce type d’émission NASA : ""A Brief History of the Hubble Space Telescope"".
Les premiers observatoires astronomiques ne sont que des projectiles lancés par une fusée-sonde pour sortir brièvement de l'atmosphère ; aujourd'hui, les télescopes sont mis en orbite pour des périodes qui peuvent aller de quelques semaines (missions embarquées sur la navette spatiale américaine) à quelques années. Un grand nombre d’observatoires spatiaux ont été mis en orbite et la plupart d’entre eux ont amélioré de manière importante nos connaissances cosmologiques. Certains de ces observatoires ont achevé leurs missions, tandis que d'autres sont toujours en opération. Les télescopes spatiaux sont lancés et maintenus par les agences spatiales : la National Aeronautics and Space Administration (NASA) américaine, l'Agence spatiale européenne, l'agence spatiale japonaise (JAXA) et Roscosmos pour la Russie.
Satellites astronomiques vignette|Comparaison entre télescopes spatiaux par diamètre. On peut classer les satellites astronomiques spatiaux en fonction des longueurs d'onde qu'ils observent : rayonnement gamma, rayonnement X, ultraviolet, lumière visible, infrarouge, radio millimétrique et radio. . Certains satellites peuvent observer plusieurs plages (ils apparaissent plusieurs fois dans le tableau ci-dessous). On intègre dans la catégorie des satellites astronomiques les instruments qui étudient les noyaux et/ou les électrons du rayonnement cosmique ainsi que ceux qui détectent les ondes gravitationnelles.
Observatoires de rayonnement gamma
Les télescopes gamma collectent et mesurent le rayonnement gamma à haute énergie émis par les sources célestes. Ce rayonnement est absorbé par l'atmosphère et doit être observé depuis des ballons à haute altitude () ou depuis l'espace. Le rayonnement gamma peut être généré par les supernovae, les étoiles à neutrons, les pulsars et les trous noirs. Les éruptions gamma, qui dégagent des énergies élevées, ont été également détectées sans qu'on en identifie la provenance.
Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission EmplacementRef(s) (HEAO 3) NASA 1979-09-20 1981-05-29 eo00486.4Orbite terrestre (486,4–) (AGILE) ASI 2007-04-23 — eo00524Orbite terrestre (524–) (CGRO) NASA 1991-04-05 2000-06-04 eo00362Orbite terrestre (362–) COS-B ESA 1975-08-09 1982-04-25 eo00339Orbite terrestre (339,6–) Gamma RSA 1990-07-01 1992-00-001992 eo00375Orbite terrestre () NASA 2008-05-14 — eo00550Orbite terrestre () Granat CNRS et IKI 1989-12-01 1999-05-25 eo02000Orbite terrestre () (HETE 2) NASA 2000-10-09 — eo00590Orbite terrestre () (INTEGRAL) ESA 2002-10-17 — eo00639Orbite terrestre () (LEGRI) INTA 1997-05-19 2002-02-00 eo00600Orbite terrestre () (SAS 2) NASA 1972-11-15 1973-06-08 eo00443Orbite terrestre () (SWIFT) NASA 2004-11-20 — eo00585Orbite terrestre ()
Observatoires spatiaux de rayonnement X
Les télescopes à rayons X mesurent le rayonnement X émis par les photons à haute énergie. Ceux-ci ne peuvent pas traverser l'atmosphère et doivent donc être observés soit depuis la haute atmosphère soit depuis l'espace. Plusieurs types d'objets célestes émettent des rayons X depuis les amas de galaxie en passant par les trous noirs ou les noyaux galactiques actifs jusqu'aux objets galactiques tels que les restes de supernovas ou les étoiles et les étoiles doubles comportant une naine blanche... Certains corps du système solaire émettent des rayons X, le plus notable étant la Lune, bien que la majorité du rayonnement X de la Lune provienne de la réflexion de rayons X du Soleil. On considère que la combinaison de nombreuses sources de rayonnement X non identifiées est à l'origine du rayonnement X de fond.
Nom Agence spatiale Date de lancement Fin de mission EmplacementRef(s) (ABRIXAS) DLR 1999-04-28 1999-07-01 eo00549Orbite terrestre () (ASCA) NASA & ISAS 1993-02-20 2001-03-2 eo00523.6Orbite terrestre () AGILE ASI 2007-04-23 — eo00524Orbite terrestre (524–) Science and Engineering Research Council et NASA 1974-10-15 1980-03-14 eo00520Orbite terrestre () (Alexis) LANL 1993-03-25 2005-00-002005 eo00749Orbite terrestre (749–) Aryabhata ISRO 1975-04-19 1975-04-23 eo00563Orbite terrestre (563–) Astron IKI 1983-03-23 1989-06-00 eo02000Orbite terrestre (—) (ANS) SRON 1974-08-30 1976-06-00 eo00266Orbite terrestre (266–) Astrosat ISRO 2015-09-28 — eo00650Orbite terrestre () BeppoSAX ASI 1996-04-30 2002-04-30 eo00575Orbite terrestre (575–) (Astro 1) NASA 1990-12-2 1990-12-11 eo00500Orbite terrestre () Chandra NASA 1999-06-23 — eo09942Orbite terrestre (–) NASA TBA — — COS-B ESA 1975-08-09 1982-04-25 eo00339.6Orbite terrestre (339,6–) (CORSA) ISAS 1976-02-06 1976-02-06 Échec au lancement NASA TBA — eo00600Orbite terrestre () (HEAO 2) NASA 1978-11-13 1981-04-26 eo00465Orbite terrestre (465–) EXOSAT ESA 1983-05-26 1986-04-08 eo00347Orbite terrestre (347–) Ginga (Astro-C) ISAS 1987-02-05 1991-11-01 eo00517Orbite terrestre (517–) Granat CNRS et IKI 1989-12-01 1999-05-25 eo02000Orbite terrestre () Hakucho ISAS 1979-02-21 1985-04-16 eo00421Orbite terrestre (421–) (HEAO 1) NASA 1977-08-12 1979-01-09 eo00445Orbite terrestre () (HEAO 3) NASA 1979-09-20 1981-05-29 eo00486.4Orbite terrestre (486,4–) High Energy Transient Explorer 2 (HETE 2) NASA 2000-10-09 — eo00590Orbite terrestre (590–) (INTEGRAL) ESA 2002-10-17 — eo00639Orbite terrestre (639–) (NuSTAR) NASA 2012-06-13 — eo00525Orbite terrestre () Rosat NASA] et DLR 1990-06-01 1999-02-12 eo00580Orbite terrestre () NASA 1995-12-30 eo00409Orbite terrestre () Spectrum-X-Gamma IKI et NASA 2010-00-002010 — — Suzaku (ASTRO-E2) JAXA et NASA 2005-06-10 — eo00550Orbite terrestre () NASA 2004-11-20 — eo00585Orbite terrestre (585–) Tenma ISAS 1983-02-20 1989-01-19 eo00489Orbite terrestre (489–) ... (SAS-C) NASA 1975-05-07 1979-04-00 eo00509Orbite terrestre (509–) ... Uhuru NASA 1970-12-12 1973-03-00 eo00531Orbite terrestre (531–) ... (XEUS) ESA annuléAnnulé — — . XMM-Newton ESA 1999-12-10 — eo07365Orbite terrestre () ..
Télescopes ultraviolet