Anniversaire : Hubble a 30 ans

24 avril 1990, le télescope spatial Hubble de la NASA décolle à bord de la Navette Spatiale Discovery.

Voici l’histoire résumée de ce télescope spatial hors du commun.

Une conception longue

La première suggestion d’un télescope spatial date de 1946. Lyman Spitzer, astrophysicien américain, publie un article sur les avantages de l’astronomie spatiale et introduit l’idée d’un grand télescope spatial. À l’époque, aucun satellite n’avait encore été mis en orbite…

Au départ, ce projet s’appelle le Large Space Telescope (Grand télescope spatial). En 1969, l’Académie nationale des sciences américaine publie un rapport intitulé «Utilisations scientifiques d’un grand télescope spatial».

Les premières phases de conception débutent en 1974 et le projet démarre officiellement en 1977. Fin 1978, le polissage du miroir primaire de 2,4 mètres commence. C’est l’une des pièces essentielles du futur télescope, qui va contribuer majoritairement aux performances finales [on en reparle plus bas].

Polissage du miroir primaire de Hubble chez Perkin-Elmer Corporation (crédit NASA)

Le miroir de 2,4 m de diamètre n’est pas un choix au hasard. Les gros satellites espions américains de l’époque du National Reconnaissance Office, les Key Hole modèles KH-11, sont déjà basés sur cette technologie que maîtrise Lockheed Martin en charge de la fabrication de Hubble. Ainsi les coûts pour la réalisation de Hubble seront (un peu) réduits.

Design du KH-11 via globalsecurity.org

Hommage à Edwin Hubble, l’un des père du « Big Bang »

En 1983, le Large Space Telescope est renommé en l’honneur de l’astronome américain Edwin Hubble, qui a prouvé qu’il y avait d’autres galaxies dans notre Univers et qu’elles s’éloignaient de notre galaxie, la Voie Lactée, à une vitesse croissante plus elles étaient éloignées. Sa loi, en co-paternité avec l’astronome belge Georges Lemaître, donne le taux d’expansion actuel de l’univers appelé « la constante de Hubble ». Il est ainsi l’un des pères de la théorie du Big Bang.

Edwin Hubble se tenant près du télescope de 48 pouces de l’Observatoire Palomar (crédit Carnegie Institution of Washington)

Retard au décollage

Au début du projet, la date de lancement était en 1983. Mais face aux nombreuses difficultés rencontrées lors de la fabrication, notamment celle des miroirs, la date devient ensuite septembre 1986.

Hubble Space Telescope in Lockheed clean room
Le Hubble Space Telescope en cours de construction chez Lockheed Missiles Space Corporation (maintenant Lockheed Martin) à Sunnyvale, en Californie (crédit Lockheed Martin).

Le 28 janvier 1986, la Navette Spatiale Challenger explose au décollage. Le programme de Navettes est arrêté pendant 32 mois, retardant encore le décollage de Hubble.

Le 24 avril 1990, le télescope Hubble quitte enfin la Terre à bord de STS-31.

Décollage de STS-31 le 24/04/1990. La navette spatiale Columbia sur le Pad 39A « observe » l’ascension parfaite de sa « jumelle » Discovery. Depuis l’accident de Challenger, une 2e navette se tient prête au décollage (crédit NASA)

5 membres d’équipage à son bord :

Sur le pont intermédiaire de la Navette Spatiale Discovery, l’équipage de STS-31 pose pour un portrait traditionnel en vol le 29 avril 1990. L’astronaute Loren J. Shriver, commandant de mission, se trouve en bas à gauche. L’astronaute Charles F. Bolden, pilote, flotte au-dessus. De gauche à droite, Kathryn D. Sullivan, Bruce McCandless II et Steven A. Hawley, tous spécialistes de mission (crédit NASA)

Le 25 avril, le bras robotique de Discovery, le Canadarm, piloté par les astronautes à l’intérieur de la Navette, déploie le télescope de la soute, le plaçant sur une orbite à 600 km d’altitude.

Hubble s’envole de la soute de l’orbiteur lors de son déploiement le 25 avril 1990 (crédit NASA)

Une fois sur orbite, les premiers réglages du télescope sont effectués.

Hubble a déployé l’un de ses deux panneaux solaires alors qu’il est toujours à la portée du système de manipulateur à distance de Discovery

Une erreur de courbure qui aurait pu être fatale

La première image officielle est publiée le 20 mai 1990.

L’image «première lumière» de Hubble a été prise avec la caméra grand champ et la caméra planétaire pour aider à focaliser le télescope. L’image illustre la résolution améliorée de Hubble par rapport aux observatoires au sol, montrant que ses images sont environ 50% plus nettes que les images au sol (Crédits: (gauche) E. Persson (Las Campanas Observatory, Chile)/Observatories of the Carnegie Institution of Washington; (droite) NASA, ESA and STScI)

Mais très vite, la performance attendue n’est pas au rendez-vous.

Le 27 juin 1990, la NASA annonce que le miroir principal de Hubble a une imperfection appelée aberration de sphéricité : une très légère erreur de courbure du miroir, de 2,2 microns sur les bords du miroir, soit 1/50e de l’épaisseur d’un cheveu humain, rend les images légèrement floues.

La lumière renvoyée depuis les bords du miroir primaire ne se focalise pas au même endroit que celle réfléchie plus près du centre.

Une étoile brillante apparaît floue au lieu d’un point de lumière focalisé dans cette première image de Hubble (crédit NASA)

Les investigations montrent que cela est dû à erreur de calibration d’un nouvel instrument de vérification de la courbure du miroir chez Perkin-Elmer. Les résultats de deux dispositifs plus classiques montrant l’aberration avaient été ignorés.

Le HST est réparable

Dès sa conception, le Hubble Space telescope (HST) a été prévu pour être maintenu et amélioré sur orbite. D’ailleurs dès 1979, des astronautes s’entraînent à la maintenance du télescope.

Premiers entraînements à la maintenance de Hubble (crédit NASA)

Le remplacement du miroir primaire n’était pas possible, mais l’erreur n’étant pas due au polissage [heureusement], elle pouvait être compensée par un jeu de lentilles, comme une « paire de lunettes corrigeant la myopie. »

Une nouvelle caméra, la Wide Field and Planetary Camera 2, fournissant des corrections internes pour l’aberration sphérique dans le miroir principal de Hubble et le Corrective Optics Space Telescope Axial Replacement (COSTAR), qui corrigeait l’aberration sphérique pour les autres instruments existants, ont été installés sur Hubble par des astronautes lors de sorties spatiales en décembre 1993 lors de STS-61, avec la Navette Spatiale Endeavour avec sept astronautes à bord.

Les astronautes F. Story Musgrave (en haut) et Jeffrey A. Hoffman (en bas) travaillent près du télescope spatial Hubble pendant la première des cinq sorties spatiales de STS-61 (crédit NASA)

Après cette première Servicing Mission (Mission de Service), les images n’étaient plus floues 🙂

Cette image de comparaison du cœur de la galaxie M100 montre l’amélioration spectaculaire de la vue du télescope spatial Hubble après la première mission de maintenance en décembre 1993. L’image de gauche de la galaxie spirale M100 est une vue de la caméra WFPC-1 originale de Hubble en mode champ large le 27 novembre 1993, quelques jours seulement avant la mission de maintenance du STS-61. Les effets de l’aberration optique dans le miroir principal brouillent la lumière des étoiles, étalent les détails et limitent la capacité du télescope à voir les structures pâles. L’image de droite, prise le 31 décembre 1993, provenait de la caméra grand champ et planétaire (WFPC-2) installée pendant la mission de maintenance. La nouvelle image a démontré que l’optique corrective compensait entièrement l’aberration dans le miroir primaire de Hubble (crédits: NASA)

Au total, 5 missions de maintenance et d’améliorations du télescope spatial Hubble ont été effectuées par la suite :

  • SMS-2, en février 1997, a permis l’installation de nouveaux instruments étendant ainsi la gamme de longueurs d’onde de Hubble dans le proche infrarouge pour l’imagerie et la spectroscopie
  • SMS-3A en décembre 1999, est une mission d’urgence pour remplacer des gyroscopes en panne, empêchant la mission scientifique du HST qui nécessite au moins 3 gyroscopes en fonctionnement pour son orientation.
  • SMS-3B en mars 2020 voit l’installation d’une nouvelle caméra, l’Advanced Camera for Surveys (ACS), allant du visible aux ultraviolets lointains, et le remplacement de ses panneaux solaires.
  • SMS-4 en mai 2009, deux nouveaux instruments scientifiques ont été installés : le Cosmic Origins Spectrograph (COS, spectrographe pour collecter autant de photons ultraviolets que possible) et la Wide Field Camera (WFC3, caméra grand champ 3). Pour prolonger la vie de Hubble, de nouvelles batteries, de nouveaux gyroscopes, un nouvel ordinateur scientifique sont installés.  De plus, un dispositif a été fixé à la base du télescope pour faciliter sa désorbitation lorsque le télescope sera finalement mis hors service.
Le « ventre » de Hubble ouvert pendant la sortie spatiale du 22/12/1999 par Steve Smith et John Grunsfeld lors de STS- 103 / SMS-3A (crédit NASA)

30 ans d’exploration

Hubble a fortement changé notre compréhension du cosmos grâce à ses clichés. Ayant évolué au fil du temps, il reste à la pointe de la recherche astronomique, même si les télescopes terrestres continuent de s’améliorer eux-aussi.

Hubble a permis d’accomplir des percées scientifiques dans plusieurs domaines de l’astrophysique, que ce soit au niveau des lunes de Jupiter ou de Saturne, l’analyse des atmosphères des exoplanètes, la mesure du taux d’expansion et d’accélération de l’univers, constater que les trous noirs sont courants parmi les galaxies et l’observation de galaxies aux limites de l’Univers observable.

Nébuleuse de la Carène – 2007 – Credit for Hubble Image: NASA, ESA, N. Smith (University of California, Berkeley), and the Hubble Heritage Team (STScI/AURA) – Credit for CTIO Image: N. Smith (University of California, Berkeley) and NOAO/AURA/NSF

Hubble a légué une quantité astronomique d’images et de données sur les amas, les nébuleuses, les galaxies et l’Univers lointain.

NGC 4194 ou une « collision cosmique permanente entre deux galaxies » aussi connue sous le nom de « fusion de la Méduse (crédit: ​ESA/Hubble & NASA, A. Adamo)

Découvrez 30 photos pour 30 ans

A ce jour, Hubble est toujours en fonctionnement. Les ingénieurs de la NASA essayent de le faire durer au maximum car le James Webb Telescope ne viendra qu’en partie remplacer les observations de Hubble. En effet, le JWST n’observera pas dans toutes les longueurs d’onde, et son lancement régulièrement retardé est désormais prévu en mars 2021 sur une Ariane 5.

Comparaison des spectres d’observation de Hubble, du JWST et de Spitzer (source : NASA)

Alors que Hubble regarde en lumière infrarouge, visible et ultraviolette, le futur télescope spatial WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) de la NASA sera réglé pour voir une gamme légèrement plus large de lumière infrarouge que Hubble. 

Donc Hubble restera unique pendant longtemps !


Pour aller plus loin

J’ai réalisé ce résumé court de l’histoire du Télescope Spatial Hubble et de son legs grâce au site de la NASA mais aussi grâce au numéro spécial d’Espace et Exploration sorti pour les 25 ans du HST qui contient de nombreux détails sur les missions de maintenance, des images exceptionnelles et des interviews exclusives. Le numéro est toujours disponible à la vente et reste d’actualité, donc achetez-le en ligne !

Un jour, une image

Hubble explore l’Univers 24 heures sur 24, 7 jours sur 7. Cela signifie qu’il a observé une merveille cosmique fascinante tous les jours de l’année, y compris le jour de votre anniversaire.

Qu’est-ce que Hubble a regardé le jour de votre anniversaire?

Entrez le mois et la date sur cette page pour voir votre image : what-did-hubble-see-on-your-birthday

Voila la mienne 😉

Zoom au cœur d’une vaste région de formation d’étoiles appelée la Nébuleuse du Lagon. Une jeune étoile massive au centre de l’image souffle des radiations et des vents stellaires, sculptant des formes dans le gaz et la poussière environnants (crédit NASA, ESA, et STScI)

La « cocotte » Hubble d’UPS In Space

L’association d’astronomie/spatial de l’Université Paul Sabatier de Toulouse, partenaire de l’événement #Hubble30 avec la Cité de l’espace le 24 avril 2020 a réalisé une « cocotte » Hubble : lien de téléchargement

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2 Comments

  1. NB : Lyman Spitzer, Jr. (1914-1997) fut l’un des plus célèbres astronomes contemporains. En son honneur, un autre télescope spatial, lancé le 25 août 2003 par une fusée Delta II, a été nommé le Spitzer Space Telescope. C’était l’ex-SIRTF (Space Infrared Telescope Facility).

    NB : la société Lockheed Martin a été créée en 1995. Elle est née de la fusion de Lockheed et Martin Marietta. Elle n’existait donc pas encore en 1974 ni en 1977-78 ni même en 1990.

    ***

    Décollage de STS-31 le 24/04/1990. La navette spatiale Columbia sur le Pad 39A « observe » l’ascension parfaite de sa « jumelle » Discovery. Depuis l’accident de Challenger, une 2e navette se tient prête au décollage (crédit NASA)

    En cas d’échec au lancement de Discovery, quel aurait été l’équipage « doublure » à bord de Columbia ?
    Et, de toute manière, suite à ce 2e drame éventuel, un tel lancement aurait-il eu lieu ?

    ***
    Premiers entraînements à la maintenance de Hubble (crédit NASA)

    Est-il possible de savoir quels sont les deux astronautes visibles sur cette photo ?
    Elle date de 1979, soit deux ans après les premiers vols atmosphériques de la navette Enterprise (qui n’est pas allée dans l’espace) (1977), un an après la constitution du groupe 8 (1978) et deux ans avant le premier vol orbital d’une navette, à savoir Columbia (1981).

    ***

    Lire : Hubble a permis d’accomplir des percées scientifiques dans plusieurs domaines de l’astrophysique, que ce soit au niveau des lunes de Jupiter ou de Saturne, l’analyse des atmosphères des exoplanètes, et l’observation de (pas « de de ») galaxies aux limites de l’Univers observable.

    Lire : NGC 4194 ou une « collision cosmique permanente entre deux galaxies » aussi connue sous le nom de « fusion de la Méduse » (crédit: ​ESA/Hubble & NASA, A. Adamo)
    (rajouter un guillemet après Méduse)

    NB : le JWST sera lancé depuis Kourou.

    « numéro spécial d’Espace et Exploration sorti pour les 25 ans du HST » Déjà 5 ans !… Comme le temps passe ! (pour ce n° spécial)

    Happy birthday, Hubble !

    ***

    A l’origine, le lancement de Hubble aurait dû être effectué le 13 août 1986 lors de la mission STS-61J (selon le jargon incompréhensible de la NASA à cette époque) par la navette Atlantis, avec John W. Young, dont ça aurait été le 7e vol spatial (il aurait de ce fait été le premier à en faire 7) en tant que « commander ».

    Seuls deux astronautes ont effectué 7 vols spatiaux – et tous deux en 2002 ! Il s’agit de Jerry L. Ross (STS-110 en avril 2002) et Franklin R. Chang-Diaz (STS-111 en juin 2002).

    Cette mission (STS-61J) fut annulée en 1986 suite au « Challenger disaster » et John Young, affecté à des tâches administratives, remplacé en 1988 par Loren Shriver, les quatre autres membres d’équipage étant inchangés.

    STS-31 (Discovery F-10) fut le 35e vol orbital d’une navette. La numérotation des missions STS ne correspond presque jamais à leur ordre chronologique de lancement. En effet, pourquoi faire simple quand on peut compliquer ? Il aurait été plus logique de leur donner d’abord un numéro provisoire.

    Ne pas oublier qu’au début du programme STS, il était prévu que les 4 navettes (Columbia, Challenger, Discovery et Atlantis – pas Endeavour qui fut la remplaçante de Challenger) effectuent jusqu’à 50 missions par an, soit une mission par semaine, chacune de ces 4 navettes devant donc effectuer un vol par mois !… et que, pour ne pas être en reste et ne pas perdre la face, les Soviétiques en auraient fait tout autant avec leurs navettes (Buran et ses petites soeurs).

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