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La radioastronomie

Groupe de radiotélescope la nuit

Groupe de radiotélescope la nuit  (loveguli, iStockphoto)

Groupe de radiotélescope la nuit

Groupe de radiotélescope la nuit  (loveguli, iStockphoto)

Parlons sciences
Lisibilité
8.78

Quels sont les liens avec mon programme d'études?

Renseignez-vous sur la radioastronomie, un type d’astronomie qui étudie les objets dans l’espace à l’aide d’ondes radio et de radiotélescopes.

De nos jours, la plupart des travaux liés à l’astronomie sont effectués à l’aide de caméras et d’ordinateurs. Vous ne serez pas surpris d’apprendre que ces caméras sont plus sensibles à la lumière que l’œil humain. En effet, si nos yeux nous permettent à peine de voir qu’une galaxie semble « plus brillante au milieu », les caméras peuvent de leur côté indiquer la luminosité de chaque point de l’image. Ils peuvent même montrer les changements qui se produisent au fil du temps. Les astronomes peuvent en apprendre beaucoup sur l’Univers grâce à des données d’une telle précision.

Astronomical camera and images taken using such a camera
Une caméra astronomique, EN HAUT À DROITE, une image brute prise par la caméra, et EN BAS À DROITE, une version traitée de l’image en question (©2013 Richard Bloch. Avec permission).

Une caméra astronomique peut également être dotée de ce qu’on appelle un Spectromètre (ou spectroscope), qui agit comme un prisme en décomposant la lumière blanche. Le spectromètre permet de discerner de toutes petites variations de couleur. Mis à part le fait que les couleurs rendent les images plus jolies, pourquoi est-ce donc si important de les distinguer? Parce que chaque couleur correspond à une différente longueur d’onde de la lumière.

Imaginez une série de vagues; si vous les étirez, les crêtes seront très graduelles, et si vous les comprimez, les crêtes seront très abruptes. La distance entre chacune de ces crêtes s’appelle la longueur d’onde. Il en est de même pour la couleur. À l’œil nu, un arc-en-ciel passe du rouge au violet (le rouge ayant une longueur d’onde plus grande que le violet). Mais il existe des longueurs d’onde beaucoup plus grandes que celle du rouge, et beaucoup plus petites que celle du violet. Nous ne pouvons voir qu’une partie de l’étendue complète du spectre lumineux, qu’on appelle spectre électromagnétique.

Le spectre électromagnétique
Le spectre électromagnétique (Source : Parlons sciences en utilisant une image de&nbsp;Inductiveload, NASA [CC BY-SA] via <a href="https://commons.wikimedia.org/wiki/File:EM_Spectrum_Properties_edit.svg">Wikimedia Commons</a>).

Nous attribuons des noms aux diverses classes de rayonnement. Des plus grandes aux plus petites longueurs d’onde, elles sont désignées des termes ondes radio, micro-ondes, infrarouges (I.R.), lumière visible, ultraviolets (UV), rayons X et rayons gamma (γ). Bien que la partie visible du spectre soit très petite, c’est la seule que nous connaissons bien. Mais qu’est-ce que les autres parties du spectre ont à voir avec l’astronomie?

Tout! Ce n’est pas parce que les humains ne perçoivent que la lumière visible que tout dans l’Univers en émet! Certains objets et phénomènes ne peuvent être détectés que dans d’autres parties du spectre électromagnétique, et certains détails d’objets visibles, comme le Soleil, ne peuvent être captés qu’à des longueurs d’onde non perceptibles. Mais que doivent donc faire les astronomes pour voir ces choses invisibles? Ils doivent concevoir des télescopes capables de les déceler, bien sûr!

La radioastronomie

La radioastronomie est la branche de l’astronomie qui a pour objet l’étude des corps célestes au moyen de radiofréquences. Cela veut dire qu’au lieu de percevoir la lumière visible des étoiles et des planètes, on capte les ondes radio qu’elles émettent.

Comme bien des découvertes, celle des ondes radio est un fruit du hasard. En 1931, on a demandé à Karl Jansky, ingénieur aux laboratoires de Bell Telephone, d’étudier les parasites susceptibles d’interférer avec les transmissions vocales par radio. Ce qu’il a fait en utilisant une grosse antenne rotative qu’il avait lui-même construite.

Full-scale replica of Karl Jansky’s radio telescope
<p>Réplique grandeur nature du radiotélescope de Karl Jansky au National Radio Astronomy Observatory des États-Unis (Source : domaine public image via <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/File:Janksy_Karl_radio_telescope.jpg">Wikimedia Commons</a>).</p>

Après avoir enregistré des signaux dans toutes les directions pendant plusieurs mois, il a décelé un type de brouillage inconnu qui se répétait toutes les 23 heures et 56 minutes. Parlant de cet étrange phénomène avec un ami astronome, il a réalisé que ce délai correspondait à la durée d’un jour sidéral (le temps que met un corps céleste à revenir au même endroit dans le ciel après une rotation complète de la Terre). Jansky en a donc déduit que les parasites venaient d’ailleurs que sur la planète. Après avoir étudié des cartes astronomiques (cartes montrant où se trouvent ces corps célestes) et les avoir comparées à ses observations, il a pu conclure que l’interférence provenait de la Voie lactée, vers la constellation du Sagittaire. Peu de temps après, un opérateur de radio amateur nommé Grote Reber est devenu un des pionniers de ce qu’on allait appeler la radioastronomie en construisant en 1937 le premier radiotélescope en forme de soucoupe dans la cour de sa maison en Illinois.

Reber et d’autres personnes se sont vite rendu compte que, comme les ondes radio avaient des longueurs d’onde très différentes, variant de 3 à 30 m, il fallait faire des radiotélescopes de formes et de tailles très diverses. Il vous est peut-être déjà arrivé d’en voir d’énormes dans les films (figure A ci-dessous).

Plus récemment, on est arrivé à connecter (mettre en réseau) plusieurs coupoles de façon à ce qu’elles agissent comme un seul radiotélescope. Les antennes paraboliques ainsi regroupées emploient un procédé appelé « interférométrie ». Le Very Large Array (très grand réseau) du Nouveau-Mexique (figure B ci-dessous) en est un bon exemple. Il est constitué de 27 antennes radio d’un diamètre de 25 m chacune, disposées en forme de « Y ».

Lovell Telescope and Very Large Array
<p><strong>A:</strong> Le télescope Lovell de 76 m au Jodrell Bank Radio Observatory; <strong>B:</strong> Le Very Large Array de radiotélescopes au Nouveau-Mexique (Sources: A: Richard Bloch, avec permission; B: <a href="http://apod.nasa.gov/apod/ap020528.html">NASA</a>).</p>

Le fonctionnement des radiotélescopes

Radio telescopes and optical telescopes work differently. However, they do have some features in common with reflecting telescopes, though.

The big bowl-shaped part of a radio telescope is called the dish. The dish is a giant parabolic (concave-shaped) reflector. The dish takes incoming radio waves and brings them to a focus, like a mirror in a reflecting telescope. The telescope in the diagram below has a Cassegrain design. 

Composantes d’un radiotélescope
<p>Composantes d’un radiotélescope (Parlons sciences en utilisant une image de <a href="https://www.istockphoto.com/ca/portfolio/Elena_Mykhailenko?mediatype=illustration">Elena Mykhailenko</a> via <a href="https://www.istockphoto.com/ca/vector/realistic-satellite-antenna-gm1126420142-296543676">iStockphoto</a>).</p>

Il emploie un réflecteur secondaire (comme le miroir secondaire d’un télescope à réflexion), de même qu’un cornet d’alimentation qui focalise encore plus les ondes radio. Ce cornet est en fait une antenne qui transforme les ondes en courant électrique. Ce phénomène se produit grâce au fait que les ondes créent des mouvements chez les électrons. Les composants électroniques du radiotélescope (l’antenne, le syntoniseur et l’amplificateur) sont souvent refroidis à l’aide d’azote ou d’hélium liquide afin de réduire le bruit ou les courants aléatoires. Moins il y aura de parasites, plus il sera facile de détecter des signaux plus faibles.

Les autres principaux composants d’un radiotélescope sont le syntoniseur, l’amplificateur et l’ordinateur. Le syntoniseur agit comme le bouton de réglage des appareils radio. Il permet aux astronomes de sélectionner un signal précis parmi les milliers que l’antenne reçoit. (Les télescopes utilisés par SETI [voir la prochaine section] sont réglés de manière à écouter plus d’un signal à la fois.) L’amplificateur est un dispositif qui augmente la puissance des faibles courants électriques causés par les signaux entrants. Finalement, les radiotélescopes sont liés à un ordinateur utilisé pour commander leurs mouvements, enregistrer et stocker les signaux qu’ils reçoivent et analyser les données obtenues.

Les télescopes pour d’autres longueurs d’onde

Certains instruments sont conçus pour étudier les phénomènes qui se produisent à d’autres longueurs d’onde. Les télescopes à micro-ondes, par exemple, nous ont permis de mieux comprendre le rayonnement cosmologique, un fond diffus qui imprègne l’Univers entier depuis peu après le Big Bang. Les télescopes à infrarouges traversent quant à eux la poussière galactique qui bloque la lumière visible, nous permettant ainsi de voir des choses qui seraient autrement restées cachées. De leur côté, les télescopes à ultraviolets nous en apprennent davantage sur la composition chimique de notre galaxie, ce qui nous aide à appréhender les changements qui s’y produisent au fil du temps. Finalement, les télescopes à rayons X et à rayons gamma peuvent détecter des particules de haute énergie d’objets comme des étoiles à neutrons et des trous noirs, en nous fournissant ainsi beaucoup de renseignements à leur égard.

 

 

Références

Australia Telecope National Facility. (n.d.). How does a radio telescope work?

National Radio Astronomy Observatory. (n.d.). The science of radio astronomy.

National Radio Astronomy Observatory. (n.d.). Welcome to the Very Large Array!