Hubble (télescope spatial)

Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Hubble.
Hubble
Description de cette image, également commentée ci-après

Photo du télescope durant la mission STS-125 (2009).

Données générales
Organisation NASA et ESA (15 %)
Programme Grands observatoires
Domaine Astronomie
Statut opérationnel
Lancement
Désorbitage entre 2020 et 2030
Identifiant COSPAR 1990-037B
Caractéristiques techniques
Masse au lancement 11 000 kg
Orbite basse
Altitude 590 km
Période 96-97 min
Inclinaison 28,5°
Orbites ~146 500 au 13 mars 2017
Télescope
Type Ritchey-Chrétien
Diamètre 2,4 m
Focale 57,6 m
Longueur d'onde Visible, ultraviolet, proche infrarouge
Site www.hubblesite.org/
Principaux instruments
NICMOS Caméra et spectromètre infrarouge
ACS  (en) Caméra
WFC3  (en) Caméra à large champ
STIS  (en) Spectromètre et caméra
COS  (en) Spectromètre ultraviolet

Le télescope spatial Hubble (en anglais Hubble Space Telescope, en abrégé HST) est un télescope spatial développé par la NASA avec une participation de l' Agence spatiale européenne, opérationnel depuis 1990. Son miroir de grande taille (2,4 mètres de diamètre), qui lui permet de restituer des images avec une résolution angulaire inférieure à 0,1 seconde d'arc ainsi que sa capacité à observer à l'aide d'imageurs et de spectroscopes dans l' infrarouge proche et l' ultraviolet, lui permettent de surclasser, pour de nombreux types d'observation, les instruments au sol les plus puissants, handicapés par la présence de l'atmosphère terrestre. Les données collectées par Hubble ont contribué à des découvertes de grande portée dans le domaine de l' astrophysique, telles que la mesure du taux d'expansion de l'Univers, la confirmation de la présence de trous noirs supermassifs au centre des galaxies ou l'existence de la matière noire et de l' énergie noire.

Le développement du télescope Hubble, qui tient son nom de l' astronome Edwin Hubble, démarre au début des années 1970 mais des problèmes de financement, de mise au point technique et la destruction de la navette spatiale Challenger repoussent son lancement jusqu'en 1990. Une aberration optique particulièrement grave est découverte peu après qu'il a été placé sur son orbite terrestre basse à 600 km d'altitude. Dès le départ le télescope spatial avait été conçu pour permettre des opérations de maintenance par des missions des navettes spatiales. La première de ces missions en 1993 est mise à profit pour corriger l'anomalie de sa partie optique. Quatre autres missions, en 1997, 1999, 2002 et 2009, permettent de moderniser les cinq instruments scientifiques et remplacer certains équipements défaillants ou devenus obsolètes. La dernière mission de maintenance, réalisée en 2009, immédiatement avant le retrait définitif des navettes spatiales, doit permettre au télescope Hubble de fonctionner jusqu'à la fin de la décennie 2010, sauf imprévu. Pour les observations dans l'infrarouge il doit être remplacé vers 2018 par le télescope spatial James-Webb, aux capacités supérieures.

Historique

Contexte : des prémices à la décision de réalisation

Lyman Spitzer a joué un rôle majeur dans la naissance du projet de télescope spatial Hubble.

La première mention d'un télescope spatial remonte à 1923 : Hermann Oberth, un des pionniers de l' astronautique, indique dans son ouvrage Die Rakete zu den Planetenräumen (La fusée dans l'espace interplanétaire) qu'une fusée pourrait être utilisée pour placer un télescope en orbite [1]. On peut retracer à 1946 l'origine du projet du télescope spatial Hubble. Cette année-là l' astronome Lyman Spitzer publie un article intitulé Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory exposant les avantages présentés par un télescope situé dans l'espace par rapport à un télescope situé sur Terre [2]. Deux arguments sont mis en avant. D'une part la résolution angulaire n'est plus limitée par les turbulences atmosphériques mais uniquement par la diffraction : à l'époque la résolution d'un télescope de 2,5 mètres ne dépasse pas 0,5 à 1 seconde d'arc à cause de ce phénomène alors que théoriquement elle devrait pouvoir atteindre 0,05 seconde d'arc. Le deuxième avantage d'un télescope spatial est qu'il permet d'observer les rayonnements infrarouge et ultraviolet qui sont pratiquement complètement interceptés par l'atmosphère. Spitzer plaide durant toute sa carrière en faveur d'un projet de télescope spatial. En 1962, soit cinq ans après la mise en orbite du premier satellite artificiel, l' Académie Nationale des Sciences américaine identifie parmi les objectifs scientifiques à mener dans le cadre du programme spatial la réalisation d'un télescope spatial. En 1965 Spitzer est placé à la tête d'une commission chargée de définir les objectifs scientifiques d'un télescope spatial de grande taille [3].

En réalité, l'astronomie spatiale débute à une très petite échelle immédiatement après la fin de la Seconde Guerre mondiale : des instruments embarqués sur les premières fusées-sondes parviennent à obtenir un spectre électromagnétique du Soleil dans l' ultraviolet [4]. À compter de 1962 l'agence spatiale américaine NASA lance la première série de satellites dédiés à l'astronomie : les observatoires solaires Orbiting Solar Observatory (OSO) sont capables d'obtenir des spectres électromagnétiques dans les domaines de l'ultraviolet, des rayons X et des rayons gamma [5]. Le Royaume-Uni place en orbite la même année son propre observatoire solaire, le satellite Ariel 1. Enfin en 1966 la NASA lance le premier télescope spatial de la série des Orbiting Astronomical Observatory (OAO). OAO-1 est victime d'une défaillance d'une batterie après trois jours mais OAO-2, qui a pour mission d'observer les étoiles et les galaxies dans l'ultraviolet, fonctionne de 1968 à 1972, bien au-delà de la durée d'une année pour lequel il avait été prévu [6].

Le projet

Les résultats scientifiques obtenus par la série des télescopes spatiaux de la NASA OAO convainquent la communauté des astronomes de se mobiliser pour lancer un projet de grand télescope spatial. En 1970 la NASA crée deux comités pour définir d'une part les caractéristiques techniques d'autre part les objectifs scientifiques de l'instrument. Mais l'agence spatiale américaine peine à obtenir un budget alors que le coût envisagé dépasse de manière importante celui d'un télescope terrestre de taille équivalente. En 1974 les fonds alloués à l'étude du télescope spatial sont entièrement annulés par le comité  (en) chargé de préparer le budget national. Malgré la pression de la communauté scientifique appuyée par un rapport de l' Académie des sciences américaines, le Congrès et le Sénat américain ne rétablissent que la moitié du montant demandé par la NASA pour réaliser les premières études détaillées des instruments susceptibles d'être embarqués et pour développer les premiers composants de la partie optique. Confronté à ces difficultés de financement, la NASA choisit de revoir les caractéristiques à la baisse avec une taille du miroir primaire ramenée de 3 à 2,4 mètres [Note 1] et l' Agence spatiale européenne est invitée dans le projet en échange d'une allocation de 15 % du temps d'observation : l'ESA doit fournir un des cinq instruments (Faint Object Camera), les panneaux solaires et participer au support opérationnel du télescope. Finalement, en 1977 le Congrès accorde les fonds nécessaires aux premiers travaux de construction du Large Space Telescope (LST), premier nom de l'instrument [7].

Le rôle de la navette spatiale américaine

Le télescope spatial est conçu dès le départ pour être réparé et amélioré périodiquement, une fois placé en orbite par des astronautes embarqués sur la navette spatiale américaine. Cette dernière est en cours de développement à l'époque et les futures missions de maintenance du télescope constituent progressivement une des raisons majeures de son existence, d'autant que la station spatiale qu'elle devait desservir ne trouve pas de financement. Pour permettre sa maintenance par les astronautes de nombreuses mains courantes peintes en jaune vif sont installées à la surface du télescope. Tous les instruments et de nombreux équipements sont conçus pour pouvoir être remplacés par un astronaute malgré le handicap de la combinaison spatiale rigide et des gants épais : ils sont accessibles derrière des panneaux qui peuvent être démontés avec un seul outil et ils se présentent sous la forme de boîtes aux interconnexions peu nombreuses et faciles à manipuler. Les panneaux solaires peuvent être enroulés et démontés pour être remplacés. La longue phase de développement a permis de mettre au point les outils et les procédures permettant les opérations de maintenance dans l'espace. L'astronaute Bruce McCandless en particulier y a consacré pratiquement 20 années de sa carrière en réalisant des répétitions sur une maquette du télescope spatial placée dans la piscine du Neutral Buoyancy Simulator  (en) simulant l' apesanteur [8].

La construction du télescope Hubble

Dernière phase d'assemblage du télescope Hubble chez le constructeur Lockheed.
Le télescope spatial peu avant son expédition au centre spatial Kennedy pour son lancement.

Plusieurs centres de la NASA et industriels sont impliqués dans la réalisation du télescope spatial. Le centre de vol spatial Marshall, qui souffre de la baisse de son plan de charge depuis l'arrêt du programme Apollo est un ardent promoteur du projet et parvient à convaincre la direction de la NASA d'être désigné comme responsable de la conception, du développement et de la construction du télescope. Au lancement du projet le Centre de vol spatial Goddard dispose d'une grande expérience dans le domaine de l'astronomie spatiale mais ses ressources humaines relativement limitées sont accaparées par d'autres objectifs. Lorsque le projet se concrétise la direction de la NASA lui confie la réalisation des instruments ainsi que l'hébergement du centre de contrôle du télescope. Cette division des tâches suscite de nombreux conflits entre les deux centres spatiaux [Note 2], [9]. Les principaux industriels impliqués sont Perkin-Elmer qui réalise la partie optique et Lockheed chargé de la fabrication du télescope dans sa globalité et de l'intégration de l'optique. Les deux sociétés disposent dans le domaine d'une grande expérience qui a été acquise en développant les satellites de reconnaissance optique KH-9 [10].

Mais la réalisation de la partie optique du télescope spatial rencontre de graves difficultés. Le cahier des charges prévoit que le miroir primaire soit poli avec une précision inégalée de 10 nanomètres. Son polissage débute en 1979 à partir d'une lentille de verre brut réalisée par Corning. En 1981 les surcoûts et les retards s'accumulent et la NASA décide pour limiter les dépenses d'arrêter le développement du miroir primaire de rechange confié aux sociétés Kodak et Itek  (en). Le polissage s'achève fin 1981 mais Perkin-Elmer continue d'accumuler les retards dans la réalisation des autres composants optiques. Les développements confiés à Lockheed ainsi que la fabrication des instruments se heurtent aux mêmes problèmes de dépassement en charge et en délai. En 1983, après une série d'audits poussés qui met en évidence la sous-évaluation initiale du projet, la direction de la NASA, augmente fortement les effectifs du centre Marshall affectés au télescope spatial. Le Congrès de son côté accepte de porter les fonds totaux consacrés au projet à 1,175 milliards US$ contre 475 millions US$ en 1977. L'injection de fonds est utilisée notamment pour limiter les risques : le nombre de composants qui peuvent être remplacés en orbite (Orbital replacement unit ou ORU) qui de 120 avait chuté à 20 pour faire face aux surcoûts repasse à 49 ; des pièces de rechange sont systématiquement réalisées et les phases de test sont allongées. En octobre 1983 le télescope spatial est renommé Edwin P. Hubble Space Telescope, en l'honneur d'un des astronomes américains les plus célèbres [11]. Le développement du télescope rencontre encore d'importantes difficultés durant l'intégration finale de tous les composants par Lockheed. La destruction de la navette Challenger en janvier 1986, qui cloue les navettes au sol, donne un répit salutaire aux équipes travaillant sur le télescope, qui devait être lancé en juin de la même année. De nombreuses mises au point et corrections mineures sont effectuées dans les locaux de Lockheed à Sunnyvale ( Californie), jusqu'au lancement qui a lieu finalement en 1990. Entre temps, le coût du projet atteint 2 milliards US$, faisant du télescope Hubble l'instrument scientifique le plus coûteux de tous les temps, [Note 3], [12].

Other Languages
azərbaycanca: Habbl teleskopu
Basa Jawa: Teleskop Hubble
ქართული: ჰაბლი
Lëtzebuergesch: Hubble-Weltraumteleskop
монгол: Хаббл
norsk nynorsk: Romteleskopet Hubble
srpskohrvatski / српскохрватски: Hubbleov svemirski teleskop
Simple English: Hubble Space Telescope
српски / srpski: Teleskop Habl
українська: Габбл (телескоп)