Nous vivons sur une petite planète près d'une petite étoile dans une galaxie géante, qui pourtant elle-même se perd dans l'incroyable immensité de l'Univers. Presque tout ce qui est dans l'espace est très loin de nous, et certains objets sont séparés de nous par une distance inimaginable.
Mais nous sommes très curieux et voulons savoir ce qui nous entoure. Nous avons de la chance - l'univers n'est pas silencieux. Tous les processus se produisant dans l'espace s'accompagnent de phénomènes dont les conséquences sous diverses formes, et principalement sous forme d'ondes électromagnétiques, nous parviennent. En les capturant, nous apprenons à connaître l'essence des événements qui se déroulent dans l'Univers, apprenons de nouvelles choses sur les mondes dans lesquels nous ne pourrons jamais entrer. Et des outils que l'on appelle simplement des télescopes nous y aident.
Aujourd'hui, nous allons vous parler de certaines d'entre elles qui nous ont semblé intéressantes, et de celles que vous ne connaissez peut-être pas. Et sur leur exemple, nous montrerons en quoi les télescopes de différents types diffèrent les uns des autres. Vous découvrirez également les objectifs que les scientifiques leur ont fixés.
Télescopes visibles
Depuis les temps anciens, les gens regardent le ciel. Même avant l'avènement des télescopes, les premières cartes stellaires ont été compilées, toutes les étoiles fixes ont été combinées en constellations, et celles qui ont changé de position par rapport aux autres étoiles ont été marquées comme "errantes" - c'est ainsi que les anciens astronomes ont découvert les planètes.
La première planète découverte avec un télescope était Uranus. Il a été découvert par l'astronome anglais William Herschel en 1781. Bien que la planète soit parfois visible à l'œil nu, les premiers observateurs l'ont prise pour une étoile sombre. Mais Herschel n'était pas le premier à pointer le télescope vers le ciel. Pour la première fois, l'astronome italien Galileo Galilei a utilisé un télescope pour observer des objets spatiaux au début du XVIIe siècle. La découverte des quatre lunes de Jupiter en 1610 fut l'un des événements les plus importants de cette époque.
Depuis, l'astronomie a changé. La Voie lactée s'est désintégrée en étoiles séparées. Un grand nombre de nouvelles étoiles ont été découvertes dans le ciel. Il y a des montagnes et des cratères sur la lune, et des taches sur le soleil. Et tout cela grâce à un télescope optique, ou un télescope optique. Mais plus précisément, le télescope dans le domaine visible, puisque pendant la majeure partie de l'histoire de l'astronomie, seule la lumière visible a été observée avec ces appareils. La détection des ondes dans les gammes infrarouge et ultraviolette n'était pas encore disponible à cette époque.
Dans de tels télescopes, une image agrandie d'un corps céleste est observée avec l'œil, notre détecteur naturel d'ondes électromagnétiques, ou photographiée. Nous utilisons encore des télescopes optiques partout.
L'un des plus grands télescopes de la planète est le Very Large Telescope. Son nom est traduit par "Très grand télescope". En effet, ce n'est même pas un télescope, mais tout un complexe de quatre télescopes principaux et le même nombre d'auxiliaires. Ces télescopes sont situés dans l'observatoire de Paranal - l'un des observatoires astronomiques les plus célèbres au monde. Il a été construit à la toute fin du siècle dernier et est exploité par l'Observatoire européen austral (ESO). Malgré le fait que l'observatoire soit européen, il est situé en Amérique du Sud - au Chili. Ici, au sommet du mont Cerro Paranal, dans le désert d'Atacama, il y a d'excellentes conditions pour observer le ciel, une grande transparence de l'atmosphère et un grand nombre de jours clairs.
Très grand télescope
En plus de la «famille» VLT, il existe également des télescopes d'arpentage VISTA et VLT Survey Telescope. Et à proximité, sur le mont Armasones, la construction de l'European Extremely Large Telescope (EELT) a commencé en 2017. Le diamètre de son miroir segmenté sera de 39,3 mètres.
Le premier des quatre principaux télescopes du VLT est entré en service en 1998, et est devenu le plus grand miroir monolithique du monde en diamètre, devant le télescope russe BTA (Large Azimuth Telescope) situé dans le village de Nijni Arkhyz. Le diamètre du miroir du plus grand télescope russe et du plus grand d'Eurasie est de 6 m.
Les trois télescopes restants ont été achevés en 2000. Ils ont tous les mêmes miroirs d'un diamètre de 8,2 mètres. En janvier 2012, pour la première fois, il a été possible de les combiner dans un mode interféromètre - le VLTI. Cela a permis d'obtenir un télescope équivalent en surface à un télescope avec un seul miroir de 16,4 m de diamètre.
Quatre autres télescopes auxiliaires ont un diamètre de miroir de 1,8 mètre. Ils peuvent voyager sur des rails autour des principaux télescopes et sont conçus pour des observations interférométriques. Le VLT permet l'observation dans une large gamme d'ondes électromagnétiques: à la fois dans le domaine visible et proche ultraviolet, ainsi que dans le proche et moyen infrarouge. À certains égards, le Very Large Telescope surpasse même le Hubble - peut-être l'un des télescopes les plus célèbres de notre époque.
Le télescope Hubble est un projet conjoint américano-européen. Il s'agit du premier des quatre grands observatoires spatiaux de la NASA, chacun dédié à l'exploration spatiale dans sa propre région du spectre électromagnétique. Hubble "voit" le ciel dans les spectres ultraviolet, visible et proche infrarouge.
télescope Hubble
Il a été lancé en orbite terrestre basse (569 km) en 1990 par la navette Discovery. En 27 ans d'exploitation, les astronautes de la NASA ont visité l'observatoire à cinq reprises pour la maintenance. En fait, Hubble est déjà arrivé en orbite avec un défaut dans le miroir principal. Ce n'est que lors de la première mission de maintenance, en 1993, que le système de correction d'aberration sphérique COSTAR a été installé sur le télescope pour corriger l'absence de miroir. Pour cela, le photomètre à grande vitesse précédemment installé a dû être sacrifié. Le diamètre du miroir principal de Hubble est de 2,4 m, la distance focale du télescope est de 57,6 m. Le télescope lui-même est un réflecteur du système Ritchie-Chretien.
Notre pays ne construit pas encore de télescopes géants et ne lance pas d'observatoires optiques dans l'espace. La Russie d'aujourd'hui prend un chemin légèrement différent. Depuis le début de 2002, l'Université d'État Lomonossov de Moscou développe un réseau mondial de télescopes robotiques MASTER (Mobile Astronomical System of Robotic Telescopes). Huit télescopes de ce réseau fonctionnent déjà en Russie, en Argentine, en Afrique du Sud et en Espagne (aux Canaries). Leurs tâches incluent un relevé continu du ciel en mode automatique. Ils révèlent de nouveaux objets, dont beaucoup sont ensuite observés plus en détail dans d'autres observatoires astronomiques dans le monde.
Chaque observatoire est équipé de puissants serveurs de traitement de données et de logiciels spécifiques. Toutes les actions, depuis l'ouverture du dôme, qui est effectuée par des capteurs cloud, jusqu'au traitement des informations reçues, sont effectuées en mode automatique. Les robots eux-mêmes déterminent la direction du relevé du ciel. Les informations sont transmises via le réseau au centre de données MSU.
Réseau mondial de surveillance spatiale MASTER MSU
Les télescopes sont équipés de dispositifs de pointage ultra-rapides et sont connectés à un système d'alerte. Ils peuvent tourner en quelques dizaines de secondes vers un point donné du ciel après avoir reçu la désignation de cible (alerte).
Le réseau, dispersé sur différents continents, se compose de petits télescopes-robots doubles du système Hamilton avec un diamètre de miroir de 0,4 mètre, une distance focale de 1 mètre et un champ de vision de 4 degrés carrés. Le réseau mondial MASTER est le leader des premières observations d'émission optique de sursauts gamma. Parmi ses découvertes figurent des astéroïdes potentiellement dangereux, des comètes et des supernovae de divers types.
Portée infrarouge
Plus de deux cents ans se sont écoulés depuis le moment où l'astronome anglais William Herschel a découvert en 1800 un rayonnement invisible à l'œil, qu'il a appelé calorifique, c'est-à-dire thermique (rebaptisé plus tard infrarouge). Après avoir décomposé la lumière du soleil en un spectre, Herschel a découvert que la zone éclairée par la lumière violette était la moins chauffée de l'arc-en-ciel, et surtout - rouge. Mais la zone sombre près de la zone rouge s'est réchauffée encore plus.
Cependant, une véritable astronomie infrarouge a commencé à se développer dans les années 50 du siècle dernier, lorsque, après les premiers progrès de la radioastronomie, les scientifiques ont réalisé qu'il existe une grande quantité d'informations en dehors de la gamme de longueurs d'onde visibles.
Mais les observations depuis la Terre dans l'infrarouge présentent un certain nombre de difficultés. L'atmosphère de la planète n'est pas propice à une réception de haute qualité du rayonnement infrarouge. L'azote et l'oxygène le dissipent, et le dioxyde de carbone, l'ozone et, tout d'abord, la vapeur d'eau l'absorbent. Par conséquent, les observatoires infrarouges sont situés dans des régions de haute altitude ou sont placés dans la stratosphère et en orbite.
Le télescope d'observation infrarouge le plus puissant au monde, situé à une altitude de 2518 m au-dessus du niveau de la mer, se trouve dans le désert chilien d'Atacama dans l'observatoire de Paranal que nous connaissons déjà. Ce télescope est VISTA (Visible and Infrared Survey Telescope for Astronomy). Il fonctionne dans la région proche infrarouge du spectre.
Caméra infrarouge Vista
Son miroir principal a un diamètre de 4,1 mètres. Et il a été fabriqué en Russie, dans la région de Moscou, dans l'usine de verre optique de Lytkarino. Il a fallu 2 ans pour le polir. La distance focale du télescope est de 12,1 m, la résolution angulaire est de 0,34 seconde d'arc.
Le télescope n'a qu'un seul instrument de détection - VIRCAM (Vista InfraRed CAMera), une caméra de trois tonnes contenant 16 détecteurs spéciaux sensibles à la lumière infrarouge, avec une résolution totale de 67 millions de pixels. Ce télescope, comme le VLT, est exploité par l'Observatoire européen austral. Son siège social est situé à l'écart des télescopes, dans la petite ville scientifique allemande de Garching, à 16 kilomètres au nord de Munich.
Le télescope a été mis en service en décembre 2009. Son but est la cartographie systématique de l'hémisphère sud du ciel. VISTA génère 300 gigaoctets d'informations chaque nuit. Sa tâche principale est de rechercher des objets intéressants pour leur étude plus approfondie et plus détaillée à l'aide d'autres télescopes. Par exemple, en utilisant le VLT à proximité.
La vapeur d'eau dans l'atmosphère absorbe la plupart des ondes infrarouges sur leur chemin vers la surface de la Terre. Pour voir le ciel non seulement dans le proche infrarouge, vous devez aller plus haut. Dans les années 50 et 70 du siècle dernier aux USA, pour de telles observations, ils utilisaient les télescopes Stratoscope-1 et Stratoscope-2 placés sur des ballons et contrôlés par radio. S'élevant à une hauteur de 24 kilomètres, ils ont permis d'étudier le spectre infrarouge des planètes et des étoiles. Maintenant, de tels télescopes sont placés sur des avions.
L'Observatoire stratosphérique américain SOFIA (Observatoire stratosphérique d'astronomie infrarouge) est situé à bord d'un gros-porteur Boeing 747SP. Les vols ont lieu à des altitudes de 12 à 14 km. Environ 85% de l'ensemble du spectre infrarouge est déjà disponible ici. Cela permet de rapprocher la qualité de l'« image » résultante du niveau des observatoires spatiaux. Le télescope réflecteur est situé à l'arrière du fuselage de l'avion. Son miroir principal a un diamètre effectif de 2,5 mètres. Les scientifiques ont à leur disposition sept instruments scientifiques, qui comprennent des caméras, des spectromètres et des photomètres fonctionnant dans les gammes infrarouge proche, moyen et lointain. Certains d'entre eux sont conçus pour observer des phénomènes spécifiques, d'autres - pour un large éventail de tâches. Le projet est un partenariat entre la NASA et le Centre aérospatial allemand (DLR). L'observatoire aérien est basé au Armstrong Research Center de Palmdale, en Californie (États-Unis). Le télescope SOFIA a vu sa première lumière le 26 mai 2010.
Observatoire stratosphérique américain SOFIA
L'avantage incontestable de l'observatoire aérien est que l'avion peut voler vers presque n'importe quel point de la planète, permettant ainsi d'effectuer des observations dans les hémisphères nord et sud du ciel. L'objet des dernières observations de cet avion était l'astéroïde de la ceinture de Kuiper 2014 MU69. Comme vous le savez, il s'agit d'une nouvelle cible choisie par la NASA pour les recherches de la sonde spatiale New Horizons. La sonde doit le survoler le 1er janvier 2019. Par conséquent, l'agence a entrepris de vérifier la proximité de l'astéroïde afin de rendre le vol de la sonde au-delà de l'objet plus sûr. Cette année s'est avérée être une opportunité. Un éventuel candidat aux planètes naines doit traverser le disque d'une étoile lointaine. Les observations ont montré que 2014 MU69 est très probablement un objet double unique, et non un seul, comme on le supposait auparavant. Afin d'observer ce phénomène, SOFIA s'est envolé au-dessus de l'océan Pacifique.
Encore plus haut, déjà en orbite, et en aucun cas proche de la Terre, mais héliocentrique, le télescope Herschel a fructueusement travaillé ses 4 ans. Il est devenu le premier observatoire spatial à étudier pleinement le rayonnement infrarouge en orbite. Et, en plus, le plus grand observatoire infrarouge à ce jour, prenant la palme du quatrième grand observatoire de la NASA - le télescope Spitzer avec un diamètre de miroir de 0,85 mètre et une distance focale de 10,2 mètres.
Les paramètres similaires de "Herschel" sont beaucoup plus grands. Son miroir, "collé" de 12 éléments, a un diamètre de 3,5 mètres. La distance focale du télescope est de 28,5 mètres. Il surpasse également son prédécesseur dans la largeur du spectre disponible, sa gamme de longueurs d'onde allant de 60 à 670 µm contre 3 à 180 µm pour Spitzer.
Télescope "Herschel"
Herschel a officiellement achevé sa mission scientifique en juin 2013. Pendant quatre ans de fonctionnement, l'observatoire spatial était situé à 1,5 million de kilomètres de notre planète, à proximité du deuxième point de Lagrange (L2) du système Terre-Soleil.
L'observatoire embarque trois instruments scientifiques: une caméra avec un spectromètre basse résolution (PACS), un récepteur d'images spectrales et photométriques (SPIRE) et un capteur hétérodyne de détection des rayonnements infrarouges lointains (HIFI).
L'objectif du télescope Herschel était d'étudier la partie infrarouge du rayonnement des objets du système solaire et de la Voie lactée, ainsi que des objets extérieurs à notre Galaxie, jusqu'à ceux qui se trouvent à des milliards d'années-lumière.
Le télescope spatial James Webb devrait être mis en orbite en octobre prochain. Il est considéré comme un remplaçant du télescope Hubble, mais contrairement à lui, Webb est avant tout un observatoire spatial infrarouge. Le diamètre du miroir principal du nouvel observatoire est de 6,5 mètres. C'est la plus petite taille de miroir qui vous permet de voir la lumière des galaxies les plus éloignées.
Télescope spatial James Webb
Gamme ultraviolette
Comme vous le savez, un excès de rayonnement ultraviolet est nocif pour les organismes vivants. Les lampes ultraviolettes sont utilisées pour désinfecter l'eau, l'air et diverses surfaces. Mais l'atmosphère terrestre nous protège également du rayonnement ultraviolet cosmique. Et cela empêche également les astronomes d'observer dans cette plage. Tout cela est principalement dû à la couche d'ozone située à des altitudes de 20 à 70 km. Par conséquent, les observations dans le domaine ultraviolet doivent être effectuées depuis la haute atmosphère ou depuis l'espace.
Le rayonnement ultraviolet au-delà du bord violet de l'arc-en-ciel a été découvert par le physicien allemand Johann Ritter en 1801. Et l'histoire de l'astronomie ultraviolette a commencé en 1947. Aux États-Unis, les premières observations ont été faites à l'aide de missiles allemands FAU-2 capturés. Les recherches se sont poursuivies à l'aide de fusées géophysiques à haute altitude.
Depuis la fin des années 60, des satellites terrestres artificiels spécialisés sont utilisés. En 1972, les États-Unis ont lancé l'Observatoire spatial Copernicus (OJSC-3), et en 1983, l'Astron domestique a volé avec un télescope ultraviolet de 80 centimètres à bord. Des dispositifs de prise de vue et d'étude d'objets dans le domaine ultraviolet sont également installés sur le télescope Hubble. Grâce à ce dernier, il a été possible pour la première fois d'observer des aurores ultraviolettes sur Saturne, Jupiter et sa lune Ganymède. Un petit télescope dans l'ultraviolet lointain (Far Ultraviolet Camera / Spectrograph, UVC) a également été emmené sur la Lune par des astronautes de la NASA.
Observatoire d'Astrophysique "Astron"
Le vaisseau spatial Swift est l'un des observatoires modernes sur lequel est installé un télescope ultraviolet UVOT (UltraViolet / Optical Telescope), conçu pour des observations dans la gamme de longueurs d'onde de 170 à 650 nm et ayant un diamètre de miroir de 0,3 m. C'est la norme pour l'espace observatoires de ce type de télescope du système Ritchie – Chrétien.
Vaisseau spatial rapide
Cependant, l'observatoire orbital Swift, lancé dans l'espace en 2004, a un objectif particulier. Equipé de trois instruments scientifiques, l'observatoire spatial multi-longueurs d'onde est conçu pour étudier les sursauts gamma. L'UVOT n'est que l'un de ses trois outils nécessaires pour détecter la rémanence optique (ultraviolette) des sursauts gamma.
Les sursauts gamma cosmiques sont des sursauts d'énergie à grande échelle et à court terme qui sont observés dans des galaxies lointaines. Le sursaut gamma initial est généralement suivi d'une « rémanence » de longue durée émise à des longueurs d'onde plus longues, y compris les UV. La plupart des GRB observés sont émis lors d'explosions de supernova. Grâce aux outils Swift, il a été possible pour la première fois d'observer un tel flash dès le début. La supernova SN 2008D, qui a éclaté le 9 février 2008, est située à environ 88 millions d'années-lumière dans la galaxie NGC 2770 (la constellation du Lynx).
L'un des projets les plus réussis dans le domaine de l'astronomie ultraviolette a été le télescope spatial ultraviolet en orbite GALEX (Galaxy Evolution Explorer), lancé en orbite en 2003 depuis l'avion spatial L-1011 Stargazer à l'aide d'un lanceur Pegasus-XL.
Vaisseau spatial Galex
Initialement, on supposait que l'observatoire fonctionnerait en orbite pendant deux ans et demi, mais en fait la mission s'est étalée sur neuf ans. Le vaisseau spatial était en orbite proche de la Terre à une altitude de 697 km. Un télescope Ritchie-Chretien d'un diamètre de miroir de 0,5 mètre et d'une focale de 3 mètres a été installé à bord. Le champ de vision du télescope est de 1,2 degrés.
L'une des découvertes les plus surprenantes du télescope GALEX est une gigantesque queue de poussière et de gaz découverte près de l'étoile Mira dans la constellation de Cetus. Cette double étoile, située à une distance de 417 sv. années, l'attention des astronomes a attiré dès 1596, mais jusqu'en 2007, elle n'a jamais été observée dans le domaine ultraviolet. La queue en forme de comète mesure 13 années-lumière, soit trois fois la distance du Soleil à l'étoile la plus proche, Proxima Centauri.
L'étoile du monde dans la constellation de Cetus, image du télescope GALEX
Gamme de rayons X
Les sources de rayons X - quasars, étoiles à neutrons, trous noirs - sont également inaccessibles à l'observation depuis la Terre. Ces derniers n'émettent pas de rayons X eux-mêmes, mais forcent à émettre la matière qui y tombe. La source lumineuse la plus proche de nous de rayonnement X cosmique est le Soleil.
Et comme l'atmosphère terrestre est opaque aux rayons X, pour les premières observations dans cette gamme, des détecteurs de rayons X ont été placés sur des fusées et des ballons à haute altitude. Ensuite, il a été possible de découvrir que le Soleil est également une source de rayonnement X. Certes, il n'émet qu'un millionième de son énergie dans le domaine des rayons X.
Le premier vaisseau spatial avec un détecteur de rayons X à bord était le satellite Uhuru, lancé par les États-Unis en 1970. Le nom inhabituel est dû au fait que le lancement a été effectué le 12 décembre, à l'occasion du 7e anniversaire de l'indépendance du Kenya. Et le centre spatial maritime italien "San Marco", à partir duquel le satellite a été envoyé en orbite, était situé au large des côtes de ce pays. En swahili, la langue officielle du Kenya, le nom du satellite signifie « liberté ». Son nom de conception est le vaisseau spatial X-Ray Explorer. Mais dès qu'il fut en orbite, il fut immédiatement renommé.
Satellite Uhuru
Le résultat des travaux du satellite a été toute une série de découvertes fondamentales en astrophysique. Grâce à l'observatoire, des pulsars à rayons X, sources de rayons X variables, ont été découverts. Pour la première fois, ils ont compilé une carte de l'ensemble du ciel dans la gamme des rayons X. Le catalogue créé sur la base des résultats du travail d'Uhuru comprend 339 sources de rayons X.
Mais Uhuru n'est guère un télescope. Le vaisseau spatial n'avait pas de système optique conçu pour collecter et focaliser le rayonnement passant à travers l'ouverture. Ici, vous devez comprendre que les quanta de rayons X ont une énergie très élevée. Cela signifie qu'ils ne se réfractent pratiquement pas dans la matière et sont presque toujours absorbés par celle-ci. Il est très difficile de créer un miroir à rayons X, en particulier des lentilles.
L'observatoire spatial Chandra est l'un des télescopes à rayons X les plus célèbres. Le troisième des quatre grands observatoires de la NASA. Avec l'étage supérieur de l'IUS, l'observatoire a été mis en orbite dans la soute de la navette Columbia en 1999.
Observatoire spatial "Chandra"
Le télescope est l'un des satellites les plus éloignés de la Terre. L'étage supérieur a placé l'observatoire sur une orbite hautement elliptique avec un apogée de 134 527,6 km et un périgée de 14 307,9 km. Une telle orbite permet des observations continues pendant 55 heures sur la période de 65 heures de l'orbite de l'engin spatial. A l'apogée, l'orbite dépasse les orbites des satellites géostationnaires et des ceintures de radiation. L'observatoire a été nommé en l'honneur du scientifique américain d'origine indienne Subrahmanyan Chandrasekhar, l'un des plus grands astrophysiciens du XXe siècle.
Les miroirs conventionnels, et plus encore les lentilles, ne sont pas adaptés à l'astronomie aux rayons X. Par conséquent, dans les télescopes à rayons X, des systèmes optiques sont utilisés qui utilisent uniquement des miroirs à incidence oblique. Dans ceux-ci, le faisceau de rayons X "glisse" le long de la surface du miroir (système de Voltaire). Le diamètre maximal du miroir à rayons X multicouche Chandra est de 1,2 m. La résolution angulaire est de 0,5 seconde d'arc. La distance focale est de 10 mètres.
L'instrument à rayons X est également installé à bord de l'observatoire spatial Swift. Le XRT (X-ray Telescope) permet de mesurer les courbes de flux, de spectre et de luminosité des sursauts gamma, ainsi que leur persistance dans une large gamme dynamique. Son diamètre est de 0,51 mètre et la distance focale est de 3,5 mètres. Comme le télescope Chandra, XRT est un télescope de Voltaire.
Gamme gamma
Le rayonnement gamma est adjacent aux rayons X, mais les rayons gamma ont encore plus d'énergie. C'est la forme de rayonnement électromagnétique la plus énergétique avec des énergies de photons supérieures à 100 keV. Le rayonnement inférieur à 100 keV est considéré comme un rayon X et fait l'objet de l'astronomie aux rayons X. L'émission de rayons gamma nécessite une énergie colossale, donc, comme en astronomie aux rayons X, des objets plutôt « exotiques » deviennent des objets d'étude: pulsars, restes de supernova, noyaux galactiques actifs, etc.
La plupart des rayons gamma émanant de l'espace sont absorbés par l'atmosphère terrestre, de sorte que l'astronomie gamma n'a pas pu se développer tant qu'il n'a pas été possible d'élever des détecteurs gamma sur toute ou au moins la majeure partie de l'atmosphère à l'aide de ballons et d'engins spatiaux.
L'observatoire spatial de Compton a été mis en orbite par la navette Atlantis le 5 avril 1991 et a fonctionné jusqu'au 4 juin 2000. Après cela, le satellite a été désorbité de manière contrôlée et ses restes, qui n'avaient pas été brûlés dans l'atmosphère, sont tombés dans l'océan Pacifique.
Observatoire spatial "Compton"
Contrairement à l'observatoire de Chandra, Compton, afin d'éviter l'influence des ceintures de radiation, a été placé sur une orbite proche de la Terre à une altitude de 450 km. C'est-à-dire sous les ceintures. L'observatoire de Compton faisait également partie de la série Grand Observatory, la deuxième après le télescope spatial Hubble. Nommé d'après Arthur Holly Compton, scientifique américain, lauréat du prix Nobel de physique pour ses travaux liés à la physique des rayonnements gamma.
Les quatre principaux instruments de l'observatoire couvraient ensemble la gamme d'énergie de 20 keV à 30 GeV.
L'un des résultats les plus significatifs de la mission Compton est la compilation d'une carte du ciel de haute qualité en rayons gamma avec des énergies supérieures à 100 MeV. Au cours de son fonctionnement, le télescope a enregistré plus de 3000 sursauts gamma. Trouvé de courts sursauts de rayons gamma provenant de nuages orageux dans l'atmosphère terrestre.
Le télescope spatial à rayons gamma Fermi est considéré comme l'un des successeurs de Compton. L'observatoire a été mis en orbite le 11 juin 2008 à bord d'une fusée Delta II 7920-H. Il s'agit d'un projet conjoint des États-Unis, de la France, de l'Allemagne, de l'Italie, du Japon et de la Suède. L'altitude orbitale du satellite est de 550 km. Jusqu'au 26 août 2008, l'appareil s'appelait GLAST (Gamma-ray Large Area Space Telescope) et était renommé en l'honneur du physicien italien Enrico Fermi, pionnier de la physique des hautes énergies, lauréat du prix Nobel de physique en 1938 et l'un des " pères" de la bombe atomique.
Télescope Fermi
Son instrument principal est le Large Area Telescope (LAT), un télescope à rayons gamma conçu pour des observations dans la gamme d'énergie de plusieurs dizaines de MeV à plusieurs centaines de GeV. Dans son champ de vision se trouve environ un cinquième du ciel. Un autre instrument, le Fermi GBM, est un détecteur de sursauts gamma qu'il peut détecter dans tout le ciel, à l'exception de la partie que notre planète lui a cachée.
L'une des découvertes les plus intéressantes faites par le télescope a été la découverte en 2010 de bulles de Fermi - des formations géantes s'étendant dans les deux sens depuis le plan du disque de la Voie lactée sur une distance d'environ 25 000 années-lumière dans chaque direction. Les deux bulles sont une source de rayonnement de haute énergie.
Bulles de Fermi
Une autre découverte importante est intervenue peu de temps après la première détection d'ondes gravitationnelles par l'observatoire LIGO. Les astrophysiciens travaillant avec le télescope Fermi ont déclaré avoir pu identifier approximativement la zone du ciel où se trouvaient deux trous noirs, dont la fusion a généré des ondes gravitationnelles récemment découvertes. Le détecteur Fermi GBM a enregistré un sursaut de haute énergie coïncidant avec le moment de l'enregistrement des ondes gravitationnelles. La zone approximative couvre les constellations Cetus et Poissons.
Un instrument d'astronomie gamma est également installé à bord de l'observatoire Swift. Le moniteur de sursauts gamma BAT (Burst Alert Telescope) est son troisième instrument et est conçu pour détecter et déterminer les coordonnées des sursauts gamma. Il fonctionne dans la gamme 15-150 keV.
Portée radio
Presque tous les objets spatiaux sont des objets d'étude de la radioastronomie. Pour la première fois, des ondes radio d'origine astronomique ont été découvertes par le physicien et ingénieur radio américain Karl Jansky en 1932. En étudiant les interférences radio atmosphériques dans la gamme de longueurs d'onde du mètre, le scientifique a enregistré un bruit radio constant d'origine inconnue. Le bruit était corrélé aux jours sidéraux et, par conséquent, sa source était sans ambiguïté dans l'espace. Le "bruit stellaire" était le plus intense lorsque l'antenne radio était dirigée vers la partie centrale de notre Galaxie. Depuis lors, de nombreux radiotélescopes, grands et petits, sont apparus sur Terre et dans l'espace.
En 2016, la Chine a achevé la construction du télescope, appelé le plus grand radiotélescope du monde. FAST (Five cent meter Aperture Spherical Telescope), comme son nom l'indique, a une surface réfléchissante (réflecteur) de 500 mètres de diamètre. Il convient seulement de noter que les radiotélescopes sont différents. Le russe RATAN-600, situé à Karachay-Cherkessia, près du village de Zelenchukskaya, a un diamètre de 576 m mais, contrairement à son homologue chinois, il s'agit d'un radiotélescope à ouverture vide. En termes simples, son antenne est un anneau. RATAN-600 est le plus grand radiotélescope annulaire avec une antenne à profil variable. Il a été mis en service en 1974.
télescope RAPIDE
La zone de rassemblement du télescope FAST est de 70 000 m2, et la distance focale est de 140 m. Il a pris la palme parmi les radiotélescopes à ouverture pleine du radiotélescope américain installé à Arecibo (diamètre 304, 8 m). FAST est situé dans le sud de la Chine dans la province du Guizhou. Il a été construit dans une dépression naturelle. Et lors de sa construction, environ 9 000 personnes ont dû être réinstallées des zones environnantes.
La gamme de fréquences de fonctionnement du radiotélescope est de 70 MHz à 3,0 GHz, ce qui correspond au rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde de 0,1 à –4,3 m et à l'évolution des galaxies et résout de nombreux autres problèmes scientifiques.
Actuellement en construction, le radiotélescope SKA (Square Kilometer Array) est l'un des projets de radioastronomie les plus ambitieux de ce siècle. Le nom peut être traduit par « kilomètre carré de surface collectrice ». Mais cela, bien sûr, ne signifie pas qu'il aura un miroir d'un tel domaine et qu'il sera en avance sur FAST à cet égard. Non, ce télescope sera conçu différemment.
Radiotélescope SKA
SKA est un interféromètre, c'est-à-dire qu'il sera constitué de plusieurs radiotélescopes situés à distance les uns des autres. Plus précisément, à partir de milliers de petits radiotélescopes-antennes situés à une distance de quelques dizaines de mètres à des milliers de kilomètres. De plus, celui-ci, l'un des plus grands interféromètres radio au monde, sera situé sur deux continents à la fois: en Afrique (Afrique du Sud) et en Australie. Dans le même temps, la partie australienne sera partiellement localisée en Nouvelle-Zélande voisine. Le siège du projet est basé à l'observatoire de Jodrell Bank au Royaume-Uni. Le choix de l'hémisphère sud et, en particulier, des pays indiqués pour l'emplacement des antennes du télescope n'est pas accidentel, puisque c'est dans cette partie de la planète que la meilleure vue de la Galaxie est fournie, et le niveau d'interférence radio est moins.
Les premières observations sont prévues pour 2020, et l'achèvement de la construction d'ici 2030. SKA permettra des observations en continu de 50 MHz à 30 GHz. Pour fournir une telle gamme de fréquences radio reçues, divers types d'éléments d'antenne sont utilisés dans le télescope. Sa sensibilité devrait être plus de 50 fois supérieure à celle de tout autre radiotélescope existant aujourd'hui.
Les capacités du SKA seront conçues pour traiter un large éventail de problèmes en astrophysique, cosmologie et astrophysique des particules. Le télescope élargira la portée de l'univers observable. Avec son aide, suppose-t-on, il sera possible d'explorer son passé ancien et d'obtenir des données à son sujet à l'âge de quelques millions d'années seulement après le Big Bang, c'est-à-dire au moment où les premières étoiles et galaxies vient de commencer à se former.
Il y a aussi des radiotélescopes en orbite. Le premier radiotélescope spatial au monde a été installé en juillet 1978 à la station orbitale soviétique Salyut-6. Il s'agissait du "KRT-10" (Space Radio Telescope avec miroir d'antenne de 10 mètres de diamètre). Il a été livré à la station par le vaisseau cargo Progress-7 et a fonctionné pendant deux mois.
Aujourd'hui, son successeur actuel, l'observatoire spatial Spektr-R, également connu sous le nom de Radioastron, est en orbite. Le vaisseau spatial a été lancé en orbite terrestre basse le 18 juillet 2011 par la fusée Zenit. Il orbite sur une orbite elliptique avec un périgée de 10 651,6 km et un apogée de 338 541,5 km. A son apogée, il atteint pratiquement l'orbite de la Lune et utilise sa gravité pour faire tourner le plan de son orbite.
Observatoire spatial "Spectrum-R"
Le diamètre de l'antenne Spectra-R est de 10 mètres, la distance focale est de 4,22 m. Quant à la résolution, le projet Radioastron permet d'obtenir la résolution angulaire la plus élevée de toute l'histoire des observations de l'Univers. Une résolution angulaire très élevée est obtenue en utilisant un radiotélescope en orbite en conjonction avec des méthodes au sol et en utilisant des méthodes interférométriques. Ces près de 340 000 kilomètres sont le diamètre maximum de la "parabole" conventionnelle du radiotélescope, ou, comme disent les scientifiques, la base. Base extra longue. Bon nombre des plus grands radiotélescopes de la planète fonctionnent déjà en tandem avec l'observatoire spatial russe. La principale tâche scientifique du projet est d'étudier des objets astronomiques avec une résolution angulaire allant jusqu'à plusieurs millionièmes de seconde. Quatre gammes de fréquences sont disponibles pour les observations astronomiques: 92 cm, 18 cm, 6, 2 cm et 1, 19-1, 63 cm.
Le télescope est destiné aux observations radioastrophysiques d'objets extragalactiques à ultra-haute résolution, ainsi qu'à l'étude des caractéristiques des plasmas géocroiseurs et interplanétaires.
Observatoires de neutrinos
Il est possible d'obtenir des informations sur les processus se produisant dans l'Univers en enregistrant non seulement les ondes électromagnétiques. Il y a une autre façon. Les flux de neutrinos traversent tout l'Univers sans rencontrer pratiquement aucun obstacle sur leur chemin. Le neutrino est une particule subatomique, il est électriquement neutre et sa masse est si petite que ce n'est que récemment qu'il a été possible d'établir que la particule existe. Les flux de neutrinos naissent au cours des réactions nucléaires et transportent des informations uniques sur les processus physiques à l'intérieur des étoiles. Le neutrino interagit extrêmement faiblement avec la matière et est très difficile à détecter. Mais néanmoins il réussit.
Situé au pôle Sud, IceCube est le plus grand observatoire de neutrinos au monde. Il est situé à la station antarctique américaine Amundsen-Scott. IceCube est un détecteur de neutrinos géant placé profondément sous la surface. Des trous profonds ont été creusés dans l'épaisseur de la glace antarctique, où des guirlandes verticales de câbles solides avec des détecteurs optiques (photomultiplicateurs) fixés dessus ont été abaissées à une profondeur de 1450 à 2450 mètres. Chacune de ces guirlandes se compose de 60 détecteurs.
Observatoire IceCube
Des milliers de capteurs sont répartis sur un kilomètre cube de glace antarctique claire. Et la glace joue un rôle primordial dans la détection des neutrinos.
Une particule qui n'interagit pratiquement pas avec la matière ne peut être détectée qu'en piégeant des muons - des particules secondaires qui naissent lorsque des neutrinos entrent en collision avec des atomes d'oxygène dans une molécule d'eau (dans ce cas, de l'eau gelée). À leur tour, les muons, se déplaçant dans un milieu suffisamment dense, donnent naissance à des photons de rayonnement Cherenkov visible - des éclairs de lumière bleue. C'est dans l'épaisseur de la glace arctique transparente que les détecteurs optiques IceCube les enregistrent. Bien qu'IceCube soit situé au pôle Sud, sa tâche est d'enregistrer les neutrinos astrophysiques qui ont traversé la Terre depuis l'hémisphère nord du ciel.
Et bien que l'on pense que l'astronomie des neutrinos n'en est qu'au début de son voyage, on ne peut pas dire que personne n'a fait de telles recherches auparavant. Le nom du plus ancien observatoire de neutrinos du monde est l'observatoire de neutrinos de Baksan situé en Kabardino-Balkarie sous le versant du mont Andyrchi. Il fonctionne depuis les années 1970 et est sous la juridiction de l'Académie des sciences de Russie. Mais ici, au lieu d'eau et de glace, environ 50 tonnes de gallium métallique en fusion, qui se trouve dans 7 réacteurs chimiques, sont utilisées comme cible.
La présence d'un grand observatoire dans l'hémisphère sud a nécessité la création d'un observatoire de neutrinos de puissance similaire dans l'hémisphère nord. Cela permettra l'observation de sources de neutrinos de haute énergie dans toute la sphère céleste. Et un tel observatoire sera construit dans notre pays. Et l'endroit le plus approprié pour cela est le lac Baïkal, connu pour son eau claire et sa profondeur.
Depuis 2015, le télescope à neutrinos en eaux profondes de Dubna à l'échelle de plusieurs mégatonnes a déjà commencé à fonctionner au fond du lac Baïkal. Il s'agit du premier groupe du télescope à neutrinos Baikal-GVD (Gigaton Volume Detector) en cours de construction.
"Dubna" contient 192 capteurs optiques immergés dans l'eau transparente du lac Baïkal à une profondeur de 1300 mètres. Aujourd'hui, ce télescope est déjà l'un des trois plus grands détecteurs de neutrinos de la planète. La prochaine étape du développement du projet sera une augmentation progressive du volume du télescope par l'ajout de nouveaux clusters. En conséquence, d'ici 2020, il est prévu de créer une installation composée de 10 à 12 grappes d'un volume total d'environ 0,5 mètre cube. km.
Observatoires des ondes gravitationnelles
Au début de cet été, la collaboration internationale LIGO-Virgo a de nouveau annoncé l'enregistrement d'un sursaut d'onde gravitationnelle. Et c'est la troisième fois dans l'histoire que nous parvenons à capter un tel signal. Il est né il y a environ trois milliards d'années à la suite de l'approche en spirale et de la fusion ultérieure de deux trous noirs, d'environ 19 et 31 masses solaires. Ils ont fusionné dans un grand trou noir, perdant environ deux masses solaires dans le processus. Une telle fusion est une explosion de puissance immense. Mais seule toute son énergie ne va pas dans le rayonnement électromagnétique, pas dans les particules, mais dans les oscillations de l'espace et du temps - les ondes gravitationnelles. Le processus de fusion a pris moins d'une seconde, et au moment de la fusion, la vitesse des trous noirs a atteint 60% de la vitesse de la lumière.
L'astronomie des ondes gravitationnelles est une branche croissante de l'astronomie d'observation. Et pour le moment, nous n'avons que deux laboratoires dans le monde conçus pour détecter les ondes gravitationnelles.
Le projet américain LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) comprend deux détecteurs identiques. L'un se trouve dans le sud-est des États-Unis à Livingston, en Louisiane, et l'autre dans le nord-ouest à Hanford, dans l'État de Washington. La distance entre les détecteurs est de 3002 kilomètres. De ce fait, deux détecteurs enregistrent le signal avec un petit intervalle. Et cela vous permet de déterminer la direction approximative d'où vient ce signal.
Détecteur LIGO (Livingston)
Chaque unité est un système en forme de L, composé de deux tuyaux à vide poussé de quatre kilomètres à l'intérieur. Un interféromètre de Michelson modifié est installé à l'intérieur d'un tel système.
Il y a une autre raison pour laquelle il est important d'avoir deux détecteurs. Ce n'est que si le signal est enregistré par tous les détecteurs qu'il sera considéré qu'il l'était vraiment, et la rafale visible sur le moniteur n'est pas une erreur des appareils. Mais lorsque le détecteur franco-italien Virgo entrera enfin en service, alors il y aura encore moins de raisons de douter, et la précision de détection augmentera sensiblement.
Le détecteur Virgo est situé à l'Observatoire européen de la gravité (EGO) dans la commune de Cashina près de la ville italienne de Pise. Il est légèrement plus petit que les détecteurs LIGO: chacun de ses bras mesure 3 kilomètres de long.
Détecteur Vierge
La Vierge est sensible aux ondes gravitationnelles sur une large gamme de fréquences de 10 à 10 000 Hz. Cela devrait permettre de détecter les ondes gravitationnelles provoquées par la fusion de systèmes binaires (étoiles, trous noirs, pulsars), ainsi que les ondes qui accompagnent les explosions de supernova. De plus, à la fois dans la Voie lactée et dans d'autres galaxies, par exemple dans les galaxies de l'amas de la Vierge le plus proche. D'où le nom du projet.
L'astronomie des ondes gravitationnelles n'en est qu'à ses débuts. Plusieurs autres observatoires similaires apparaîtront bientôt sur la planète. L'un d'eux est déjà en construction au Japon (KAGRA), et en Inde, ils prévoient de lancer le détecteur LIGO-India d'ici 2022.
Et, naturellement, tôt ou tard, des instruments à ondes gravitationnelles apparaîtront dans l'espace. Le 18 juillet dernier, la mission du satellite LISA Pathfinder s'est terminée. Lancé par l'ESA en 2015, le vaisseau spatial a testé les technologies nécessaires à la construction de l'observatoire d'ondes gravitationnelles de l'antenne spatiale à interféromètre laser évolué (eLISA). Son Agence spatiale européenne prévoit de le lancer d'ici 2034.
Observatoire ELISA
Le projet consiste à envoyer trois engins spatiaux dans l'espace, qui seront situés au sommet d'un triangle équilatéral avec des côtés de 2,5 millions de kilomètres de long chacun. Comme les observatoires d'ondes gravitationnelles au sol, eLISA utilise l'interférométrie laser. Ses trois satellites forment un interféromètre de Michelson géant, dans lequel deux satellites dépendants agissent comme réflecteurs, et un, le satellite principal, agit comme source d'un faisceau laser et d'un détecteur. Au fur et à mesure que l'onde gravitationnelle traverse l'interféromètre, les longueurs des deux bras eLISA changent en raison de la distorsion spatio-temporelle.
Conclusion
L'astronomie est en constante évolution. Dans quelques décennies, les télescopes d'aujourd'hui seront complétés par des instruments d'observation encore plus sophistiqués.
L'astronomie a déjà connu plusieurs révolutions au cours de son existence. Au début du XVIIe siècle, grâce à Galilée, un homme a d'abord regardé le ciel d'un œil armé. Au siècle dernier, le "monopole optique" a été éliminé et l'astronomie est devenue universelle - le ciel "illuminé" dans tout le spectre du rayonnement électromagnétique. Aujourd'hui, nous sommes à la veille d'une nouvelle révolution impliquant les neutrinos et les ondes gravitationnelles. Et cette percée ne sera pas la dernière.
L'avenir de l'astronomie s'annonce intéressant. Nous trouverons des réponses à de nombreuses énigmes de l'Univers et, en bons élèves, nous en recevrons une partie de nouvelles. Et nous chercherons déjà des réponses à l'aide de nouveaux télescopes, dont nous ne pouvons peut-être même pas imaginer le principe de fonctionnement aujourd'hui.