Le télescope spatial Hubble (du nom d'Edwin Hubble) est un observatoire autonome en orbite terrestre, un projet conjoint de la NASA et de l'Agence spatiale européenne. Dans l'espace, des télescopes sont placés pour détecter le rayonnement électromagnétique dans des plages que l'atmosphère terrestre ne transmet pas. Hubble fonctionne depuis près de 15 ans (depuis 1990) et continue de fonctionner (bien que la mission principale soit terminée et continue par les collègues de Hubble - Spitzer et Kepler, lancés respectivement en 2003 et 2009). Un projet d'une importance colossale, à l'aide duquel d'innombrables théories ont été testées et un grand nombre de découvertes ont été faites. Cartes de Pluton et d'Éris, images de haute qualité des comètes, confirmation de l'hypothèse de l'isotropie de l'Univers, découverte d'un nouveau satellite de Neptune - Hubble a apporté tellement de données que leur étude se poursuit et se poursuit.

Fin 2018, la sonde spatiale OSIRIS-Rex est entrée en orbite autour de l'astéroïde Bennu et a révélé des caractéristiques intéressantes sur sa structure. Il semblerait qu'avec une telle proximité de l'appareil, toutes les nouvelles découvertes devraient être faites uniquement à l'aide de son équipement embarqué, mais non. Les chercheurs ont découvert que la vitesse de rotation de l'astéroïde augmente constamment - cette caractéristique n'a pas été enregistrée par une sonde, mais par des télescopes au sol et l'observatoire Hubble. Après cette découverte, les chercheurs se sont posés de nouvelles questions et hypothèses.

Télescope spatial Hubble

Généralement, les astronomes construisaient leurs observatoires au sommet des montagnes, au-dessus des nuages ​​et de l’atmosphère polluée. Mais même alors, l’image était déformée par les courants d’air. L'image la plus claire n'est disponible que depuis un observatoire extra-atmosphérique - l'espace.

Avec un télescope, vous pouvez voir des choses inaccessibles à l’œil humain, car le télescope capte davantage de rayonnement électromagnétique. Contrairement à une longue-vue, qui utilise des lentilles pour collecter et focaliser la lumière, les grands télescopes astronomiques utilisent des miroirs pour remplir cette fonction.

Les télescopes dotés des plus grands miroirs devraient avoir les meilleures images car ce sont eux qui captent le plus de rayonnement.

Le télescope spatial Hubble est un observatoire automatique en orbite autour de la Terre, du nom d'Edwin Hubble, un astronome américain.

Et bien que le miroir de Hubble ne mesure que 2,4 mètres de diamètre – plus petit que les plus grands télescopes de la Terre – il peut voir des objets 100 fois plus nets et des détails dix fois plus fins que les meilleurs télescopes au sol. Et c’est parce qu’il est au-dessus de l’atmosphère déformante.

Le télescope Hubble est un projet conjoint de la NASA et de l'Agence spatiale européenne.

Placer un télescope dans l’espace permet de détecter le rayonnement électromagnétique dans des domaines dans lesquels l’atmosphère terrestre est opaque, principalement dans le domaine infrarouge.

En raison de l'absence d'influence atmosphérique, la résolution du télescope est 7 à 10 fois supérieure à celle d'un télescope similaire situé sur Terre.

Mars

Le télescope spatial Hubble a aidé les scientifiques à en apprendre beaucoup sur la structure de notre galaxie, il est donc très difficile d'évaluer son importance pour l'humanité.

Il suffit de regarder la liste des découvertes les plus importantes de ce dispositif optique pour comprendre à quel point il a été utile et quel outil important il peut encore être dans l'exploration spatiale.

À l'aide du télescope Hubble, la collision de Jupiter avec une comète a été étudiée, une image du relief de Pluton a été obtenue, les données du télescope sont devenues la base d'une hypothèse sur la masse des trous noirs situés au centre d'absolument toutes les galaxies.

Les scientifiques ont pu observer des aurores sur certaines planètes du système solaire, comme Jupiter et Saturne, et de nombreuses observations et découvertes ont été faites.

Jupiter

Le télescope spatial Hubble a scruté un autre système solaire, situé à 25 années-lumière du nôtre, et a pour la première fois photographié plusieurs de ses planètes.

Le télescope Hubble a capturé des images de nouvelles planètes

Dans l'une des photographies prises en optique, c'est-à-dire en lumière visible, Hubble a capturé la planète Fomalhot en orbite autour de l'étoile brillante Fomalhot, située à 25 années-lumière de nous (environ 250 000 milliards de kilomètres) dans la constellation des Poissons du Sud.

"Les données de Hubble sont incroyablement importantes. La lumière émise par la planète Fomalhot est un milliard de fois plus faible que la lumière émanant de l'étoile", a commenté l'astronome de l'Université de Californie Paul Kalas à propos de l'image de la nouvelle planète. Lui et d'autres scientifiques ont commencé à étudier l'étoile Fomalhot en 2001, alors que l'existence d'une planète proche de l'étoile n'était pas encore connue.

En 2004, Hubble a renvoyé sur Terre les premières images des régions autour de l'étoile.

Dans de nouvelles images du télescope spatial Hubble, l'astronome a reçu une confirmation « documentaire » de ses hypothèses sur l'existence de la planète Fomalhot.

À l’aide de photographies du télescope orbital, les scientifiques ont également « vu » trois autres planètes dans la constellation de Pégase.
Au total, les astronomes ont découvert environ 300 planètes en dehors de notre système solaire.

Mais toutes ces découvertes ont été faites sur la base de signes indirects, principalement grâce à l'observation des effets de leurs champs gravitationnels sur les étoiles autour desquelles elles orbitent.

"Chaque planète en dehors de notre système solaire n'était qu'un diagramme", a déclaré Bruce McIntosh, astrophysicien au Laboratoire national de Californie. "Nous essayons de prendre des photos de planètes depuis huit ans sans succès, et maintenant nous en avons plusieurs. planètes à la fois.

En 15 ans de fonctionnement en orbite terrestre basse, Hubble a reçu 700 000 images de 22 000 objets célestes - étoiles, nébuleuses, galaxies, planètes.

Cependant, le prix à payer pour les réalisations de Hubble est très élevé : le coût d'entretien d'un télescope spatial est 100 fois ou plus supérieur à celui d'un réflecteur au sol doté d'un miroir de 4 mètres.

Dès les premières semaines après la mise en service du télescope en 1990, les images obtenues démontraient un grave problème dans le système optique du télescope. Bien que la qualité de l'image soit meilleure que celle des télescopes au sol, Hubble n'a pas pu atteindre la netteté souhaitée et la résolution des images était bien pire que prévu.
L'analyse des images a montré que la source du problème était la forme incorrecte du miroir primaire. Les bords étaient trop plats. L'écart par rapport à la forme de surface spécifiée n'était que de 2 micromètres, mais le résultat fut catastrophique - un défaut optique dans lequel la lumière réfléchie par les bords du miroir est focalisée en un point différent de celui auquel la lumière réfléchie par le centre du miroir est concentré.
La perte d'une partie importante du flux lumineux a considérablement réduit l'aptitude du télescope à observer des objets sombres et à obtenir des images avec un contraste élevé. Cela signifiait que presque tous les programmes cosmologiques devenaient tout simplement impossibles, car ils nécessitaient l'observation d'objets particulièrement sombres.

Au cours des trois premières années de fonctionnement, avant l'installation des dispositifs correcteurs, le télescope a effectué un grand nombre d'observations. Le défaut n’a pas eu d’effet majeur sur les mesures spectroscopiques. Malgré l’annulation des expériences en raison d’un défaut, de nombreux résultats scientifiques importants ont été obtenus.

Entretien du télescope.

La maintenance du télescope Hubble est effectuée par les astronautes lors des sorties dans l'espace à partir d'engins spatiaux réutilisables tels que la navette spatiale.

Au total, quatre expéditions ont été menées pour entretenir le télescope Hubble.

En raison d'un défaut dans le miroir, la première expédition de maintenance du télescope a dû installer une optique correctrice sur le télescope. L'expédition (du 2 au 13 décembre 1993) a été l'une des plus difficiles ; cinq longues sorties dans l'espace ont été réalisées. De plus, les panneaux solaires ont été remplacés, le système informatique de bord a été mis à jour et l'orbite a été corrigée.

La deuxième maintenance a eu lieu du 11 au 21 février 1997. L'équipement de recherche a été remplacé, l'enregistreur de vol a été remplacé, l'isolation thermique a été réparée et une correction d'orbite a été effectuée.

L'expédition 3A a eu lieu du 19 au 27 décembre 1999. Il a été décidé d'effectuer une partie des travaux plus tôt que prévu. Cela était dû à la défaillance de trois des six gyroscopes du système de guidage. L'expédition a remplacé les six gyroscopes, le capteur de guidage de précision et l'ordinateur de bord.

L'expédition 3B (quatrième mission) s'est déroulée du 1er au 12 mars 2002. Au cours de l'expédition, la caméra à objets sombres a été remplacée par une caméra d'enquête améliorée. Les panneaux solaires ont été remplacés pour la deuxième fois. Les nouveaux panneaux avaient une superficie d'un tiers plus petite, ce qui réduisait considérablement les pertes dues au frottement dans l'atmosphère, mais générait en même temps 30 % d'énergie en plus, permettant un fonctionnement simultané avec tous les instruments installés à bord de l'observatoire.

Les travaux réalisés ont considérablement élargi les capacités du télescope et ont permis d'obtenir des images de l'espace lointain.

Le télescope Hubble devrait rester en orbite au moins jusqu'en 2013.

Observations les plus significatives

*Hubble a fourni des images de haute qualité de la collision de la comète Shoemaker-Levy 9 avec Jupiter en 1994.

* Des cartes de la surface de Pluton et d'Éris ont été obtenues pour la première fois.

* Des aurores ultraviolettes ont été observées pour la première fois sur Saturne, Jupiter et Ganymède.

* Des données supplémentaires sur des planètes situées en dehors du système solaire, notamment des données spectrométriques, ont été obtenues.

* Un grand nombre de disques protoplanétaires ont été découverts autour des étoiles de la nébuleuse d'Orion. Il a été prouvé que le processus de formation des planètes se produit dans la plupart des étoiles de notre Galaxie.

* La théorie des trous noirs supermassifs au centre des galaxies a été partiellement confirmée sur la base d'observations, une hypothèse a été avancée liant la masse des trous noirs et les propriétés de la galaxie.

* l'âge de l'Univers a été actualisé à 13,7 milliards d'années.

Contexte, concepts, premiers projets

La première mention du concept de télescope orbital se trouve dans le livre « Rocket in Interplanetary Space » d'Hermann Oberth (allemand). "Le Rakete zu den Planetenraumen" ).

En 1946, l’astrophysicien américain Lyman Spitzer a publié l’article « Les avantages astronomiques d’un observatoire extraterrestre ». Avantages astronomiques d'un observatoire extraterrestre ). L’article met en évidence deux avantages principaux d’un tel télescope. Premièrement, sa résolution angulaire sera limitée uniquement par la diffraction, et non par les écoulements turbulents dans l'atmosphère ; à l'époque, la résolution des télescopes au sol était de 0,5 à 1,0 seconde d'arc, tandis que la limite théorique de résolution de diffraction pour un télescope doté d'un miroir de 2,5 mètres est d'environ 0,1 seconde. Deuxièmement, le télescope spatial pourrait observer dans les domaines infrarouge et ultraviolet, dans lesquels l'absorption du rayonnement par l'atmosphère terrestre est très importante.

Spitzer a consacré une partie importante de sa carrière scientifique à l'avancement du projet. En 1962, un rapport publié par l'Académie nationale des sciences des États-Unis recommandait que le développement d'un télescope en orbite soit inclus dans le programme spatial et, en 1965, Spitzer fut nommé chef d'un comité chargé de définir les objectifs scientifiques d'un grand télescope spatial.

L'astronomie spatiale a commencé à se développer après la fin de la Seconde Guerre mondiale. En 1946, le spectre ultraviolet du Soleil fut obtenu pour la première fois. Un télescope orbital pour la recherche solaire a été lancé par le Royaume-Uni en 1962 dans le cadre du programme Ariel, et en 1966 la NASA a lancé le premier observatoire orbital OAO-1 dans l'espace. Observatoire astronomique en orbite ). La mission a échoué en raison d'une panne de batterie trois jours après le lancement. En 1968, OAO-2 a été lancé, qui a permis d'observer le rayonnement ultraviolet des étoiles et des galaxies jusqu'en 1972, dépassant largement sa durée de vie nominale d'un an.

Les missions OAO ont clairement démontré le rôle que les télescopes en orbite pouvaient jouer et, en 1968, la NASA a approuvé le projet de construire un télescope réfléchissant doté d'un miroir de 3 m de diamètre. Le projet a été baptisé LST. Grand télescope spatial). Le lancement était prévu pour 1972. Le programme a souligné la nécessité d'expéditions régulières pour entretenir le télescope afin d'assurer le fonctionnement à long terme de cet instrument coûteux. Le programme de la navette spatiale, qui se développait parallèlement, laissait espérer des opportunités correspondantes.

La lutte pour financer le projet

En raison du succès du programme JSC, il existe un consensus au sein de la communauté astronomique selon lequel la construction d'un grand télescope en orbite devrait être une priorité. En 1970, la NASA a créé deux comités, l'un pour étudier et planifier les aspects techniques, le second pour développer un programme de recherche scientifique. Le prochain obstacle majeur était le financement du projet, dont les coûts devaient dépasser ceux de n'importe quel télescope au sol. Le Congrès américain a remis en question bon nombre des estimations proposées et a réduit considérablement les crédits, qui impliquaient initialement des recherches à grande échelle sur les instruments et la conception de l'observatoire. En 1974, dans le cadre d'un programme de coupes budgétaires lancé par le président Ford, le Congrès a complètement supprimé le financement du projet.

En réponse, les astronomes ont lancé une vaste campagne de lobbying. De nombreux scientifiques ont rencontré personnellement des sénateurs et des membres du Congrès, et plusieurs envois massifs de lettres ont également été effectués pour soutenir le projet. L'Académie nationale des sciences a publié un rapport soulignant l'importance de construire un grand télescope en orbite et, en conséquence, le Sénat a accepté d'allouer la moitié du budget initialement approuvé par le Congrès.

Des problèmes financiers ont conduit à des réductions, notamment la décision de réduire le diamètre du miroir de 3 à 2,4 mètres pour réduire les coûts et obtenir un design plus compact. Le projet d'un télescope doté d'un miroir d'un mètre et demi, censé être lancé dans le but de tester et de tester les systèmes, a également été annulé et il a été décidé de coopérer avec l'Agence spatiale européenne. L'ESA a accepté de contribuer au financement et de fournir un certain nombre d'instruments et de panneaux solaires pour l'observatoire, en échange de la réservation par les astronomes européens d'au moins 15 % du temps d'observation. En 1978, le Congrès a approuvé un financement de 36 millions de dollars et les travaux de conception à grande échelle ont commencé immédiatement après. La date de lancement était prévue pour 1983. Au début des années 1980, le télescope porte le nom d'Edwin Hubble.

Organisation de la conception et de la construction

Le travail de création du télescope spatial a été réparti entre de nombreuses entreprises et institutions. Le Marshall Space Center était responsable du développement, de la conception et de la construction du télescope, le Goddard Space Flight Center était responsable de la gestion globale du développement des instruments scientifiques et a été choisi comme centre de contrôle au sol. Le Marshall Center a engagé Perkin-Elmer pour concevoir et fabriquer le système optique du télescope. Ensemble de télescope optique, OTA ) et des capteurs de guidage de précision. Lockheed Corporation a reçu un contrat pour construire le vaisseau spatial destiné au télescope.

Fabrication du système optique

Polissage du miroir primaire du télescope, Laboratoire Perkin-Elmer, mai 1979.

Le miroir et le système optique dans son ensemble constituaient les éléments les plus importants de la conception du télescope et des exigences particulièrement strictes leur étaient imposées. Généralement, les miroirs des télescopes sont fabriqués avec une tolérance d'environ un dixième de la longueur d'onde de la lumière visible, mais comme le télescope spatial était destiné à observer de l'ultraviolet au proche infrarouge, et que la résolution devait être dix fois supérieure à celle du sol. instruments basés sur la tolérance pour sa fabrication. Le miroir principal a été réglé sur 1/20 de la longueur d'onde de la lumière visible, soit environ 30 nm.

La société Perkin-Elmer avait l'intention d'utiliser de nouvelles machines à commande numérique pour produire un miroir d'une forme donnée. Kodak a été engagé pour fabriquer un miroir de remplacement en utilisant des méthodes de polissage traditionnelles en cas de problèmes imprévus avec des technologies non éprouvées (le miroir fabriqué par Kodak est actuellement exposé au musée). Les travaux sur le miroir principal ont commencé en 1979, en utilisant du verre à très faible coefficient de dilatation. Pour réduire le poids, le miroir se composait de deux surfaces - inférieure et supérieure, reliées par une structure en treillis en nid d'abeille.

Miroir de secours du télescope, Smithsonian Air and Space Museum, Washington.

Les travaux de polissage du miroir se sont poursuivis jusqu'en mai 1981, mais les délais initiaux n'ont pas été respectés et le budget a été largement dépassé. Les rapports de la NASA de l'époque exprimaient des doutes quant à la compétence de la direction de Perkin-Elmer et à sa capacité à mener à bien un projet d'une telle importance et d'une telle complexité. Pour économiser de l'argent, la NASA a annulé la commande du miroir de sauvegarde et a déplacé la date de lancement à octobre 1984. Les travaux furent finalement achevés fin 1981 après l'application d'un revêtement réfléchissant d'aluminium de 75 nm d'épaisseur et d'un revêtement protecteur de fluorure de magnésium de 25 nm d'épaisseur.

Malgré cela, des doutes sur la compétence de Perkin-Elmer subsistaient car la date d'achèvement des composants restants du système optique était constamment repoussée et le budget du projet augmentait. La NASA a décrit le calendrier de l'entreprise comme « incertain et changeant quotidiennement » et a retardé le lancement du télescope jusqu'en avril 1985. Cependant, les délais ont continué à être respectés, le retard a augmenté en moyenne d'un mois chaque trimestre et, au stade final, il a augmenté d'un jour chaque jour. La NASA a été contrainte de reporter le lancement à deux reprises, d'abord en mars puis en septembre 1986. À cette époque, le budget total du projet atteignait 1,175 milliard de dollars.

Vaisseau spatial

Les premières étapes des travaux sur le vaisseau spatial, 1980.

Un autre problème technique difficile consistait à créer un vaisseau spatial pour le télescope et d’autres instruments. Les principales exigences étaient la protection de l'équipement contre les changements constants de température lors du chauffage par la lumière directe du soleil et du refroidissement à l'ombre de la Terre, ainsi qu'une orientation particulièrement précise du télescope. Le télescope est monté à l’intérieur d’une capsule légère en aluminium recouverte d’une isolation thermique multicouche pour garantir une température stable. La rigidité de la capsule et le montage des instruments sont assurés par un cadre spatial interne en fibre de carbone.

Bien que le vaisseau spatial ait eu plus de succès que le système optique, Lockheed a également pris un léger retard et dépassé son budget. En mai 1985, les dépassements de coûts s'élevaient à environ 30 % du volume initial et le retard par rapport au plan était de 3 mois. Un rapport préparé par le Marshall Space Center a noté que l'entreprise n'avait pas fait preuve d'initiative dans la réalisation des travaux, préférant s'appuyer sur les instructions de la NASA.

Coordination de la recherche et contrôle des vols

En 1983, après une confrontation entre la NASA et la communauté scientifique, elle a été créée. L'institut est géré par l'Association des universités pour la recherche astronomique. Association des universités pour la recherche en astronomie ) (Anglais) AURA) et est situé sur le campus de l'Université Johns Hopkins à Baltimore, Maryland. L'Université Hopkins est l'une des 32 universités américaines et institutions étrangères membres de l'association. Le Space Telescope Science Institute est chargé d'organiser le travail scientifique et de mettre les données à la disposition des astronomes, fonctions que la NASA souhaitait garder sous son propre contrôle mais que les scientifiques ont choisi de sous-traiter à des institutions universitaires.

Le Centre européen de coordination des télescopes spatiaux a été fondé en 1984 à Garching, en Allemagne, pour fournir des installations similaires aux astronomes européens.

Le contrôle du vol a été confié au Goddard Space Flight Center. Centre de vol spatial Goddard), situé à Greenbelt, dans le Maryland, à 48 kilomètres du Space Telescope Science Institute. Le fonctionnement du télescope est surveillé 24 heures sur 24 par quatre groupes de spécialistes.

Le support technique est fourni par la NASA et les entreprises contractantes via le Goddard Center.

Lancement et mise en route

Le lancement de la navette Discovery avec à son bord le télescope Hubble.

Le lancement du télescope était initialement prévu pour octobre 1986, mais la catastrophe du Challenger du 28 janvier a interrompu le programme de la navette spatiale pendant plusieurs années et le lancement a dû être reporté.

Le retard forcé a permis d'apporter un certain nombre d'améliorations : les panneaux solaires ont été remplacés par des panneaux plus efficaces, le complexe informatique de bord et les systèmes de communication ont été modernisés et la conception du boîtier de protection arrière a été modifiée afin de faciliter l'entretien du télescope. en orbite.

Pendant tout ce temps, des parties du télescope étaient stockées dans des pièces dotées d'une atmosphère artificiellement purifiée, ce qui augmentait encore les coûts du projet.

Après la reprise des vols des navettes en 1988, le lancement est finalement prévu pour 1990. Avant le lancement, la poussière accumulée sur le miroir a été éliminée à l'aide d'azote comprimé et tous les systèmes ont été minutieusement testés.

Appareils installés au moment du lancement

Au moment du lancement, cinq instruments scientifiques étaient installés à bord :

• Caméra grand angle et planétaire Caméra grand champ et planétaire ) (Anglais) Caméra grand champ et planétaire, WFPC ). La caméra a été construite au Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Il était équipé d’un ensemble de 48 filtres lumineux permettant de mettre en évidence les zones du spectre présentant un intérêt particulier pour les observations astrophysiques. L'appareil disposait de 8 matrices CCD, réparties entre deux caméras, chacune utilisant 4 matrices. La caméra grand angle avait un champ de vision plus large, tandis que la caméra planétaire avait une distance focale plus longue et offrait donc un plus grand grossissement.

• Appareil photo pour photographier des objets sombres Caméra pour objets faibles) (Anglais) Caméra pour objets faibles, FOC). L'instrument a été développé par l'ESA. L'appareil photo était destiné à photographier des objets dans la plage ultraviolette avec une haute résolution allant jusqu'à 0,05 seconde.

• Spectrographe d'objets sombres Spectrographe d'objets faibles) (Anglais) Spectrographe d'objets faibles, FOS ). Destiné à l'étude d'objets particulièrement sombres dans la gamme ultraviolette.

• Photomètre haute vitesse Photomètre haute vitesse) (Anglais) Photomètre haute vitesse, HSP). Développé à l’Université du Wisconsin, il était destiné à l’observation d’étoiles variables et d’autres objets de luminosité variable. Cela pourrait prendre jusqu'à 10 000 mesures par seconde avec une erreur d'environ 2 %.

Défaut du miroir principal

Dès les premières semaines après le début des travaux, les images obtenues ont démontré un grave problème dans le système optique du télescope. Bien que la qualité de l'image soit meilleure que celle des télescopes au sol, Hubble n'a pas pu atteindre la netteté souhaitée et la résolution des images était bien pire que prévu. Les images avaient un rayon de plus d'une seconde solide au lieu de se concentrer sur un cercle de 0,1 seconde de diamètre, selon les spécifications.

L'analyse des images a montré que la source du problème était la forme incorrecte du miroir primaire. Même s’il s’agissait peut-être du miroir calculé le plus précisément jamais fabriqué, avec une tolérance ne dépassant pas 1/20ème de la longueur d’onde de la lumière visible, il était trop plat sur les bords. L'écart par rapport à la forme de surface spécifiée n'était que de 2 microns, mais le résultat fut catastrophique : une forte aberration sphérique, un défaut optique dans lequel la lumière réfléchie par les bords du miroir est focalisée en un point différent de celui auquel la lumière réfléchie par le miroir est focalisée. le centre du miroir est focalisé.

L'effet du défaut sur la recherche astronomique dépendait du type spécifique d'observation : les caractéristiques de diffusion étaient suffisantes pour obtenir des observations uniques à haute résolution d'objets brillants, et la spectroscopie n'était pas non plus largement affectée. Cependant, la perte d'une partie importante du flux lumineux due à la défocalisation a considérablement réduit l'aptitude du télescope à observer des objets sombres et à obtenir des images à contraste élevé. Cela signifiait que presque tous les programmes cosmologiques devenaient tout simplement impossibles, car ils nécessitaient l'observation d'objets particulièrement sombres.

Causes du défaut

En analysant les images de sources lumineuses ponctuelles, les astronomes ont découvert que la constante conique du miroir était de −1,0139, au lieu de la valeur requise de −1,00229. Le même nombre a été obtenu en testant les correcteurs nuls (instruments permettant une mesure de haute précision de la courbure d'une surface polie) utilisés par Perkin-Elmer, ainsi qu'en analysant les interférogrammes obtenus lors des tests au sol du miroir.

La commission dirigée par Liu Allen Lew Allen), directeur du Jet Propulsion Laboratory, a constaté que le défaut résultait d'une erreur lors de l'installation du correcteur nul principal, dont la lentille de champ était décalée de 1,3 mm par rapport à la position correcte. Le changement s'est produit en raison de la faute du technicien qui a assemblé l'appareil. Il a commis une erreur en travaillant avec un compteur laser, utilisé pour placer avec précision les éléments optiques de l'appareil, et lorsque, une fois l'installation terminée, il a remarqué un écart inattendu entre la lentille et la structure qui la supporte, il a simplement inséré une rondelle métallique ordinaire.

Lors du polissage du miroir, sa surface a été vérifiée à l'aide de deux autres correcteurs nuls, chacun indiquant correctement la présence d'aberration sphérique. Ces contrôles ont été spécifiquement conçus pour exclure les défauts optiques graves. Malgré des instructions claires de contrôle de qualité, l'entreprise a ignoré les résultats des mesures, préférant croire que les deux correcteurs nuls étaient moins précis que le principal, dont les lectures indiquaient la forme parfaite du miroir.

La commission a imputé principalement la responsabilité de ce qui s'est passé à l'artiste interprète ou exécutant. Les relations entre l'entreprise d'optique et la NASA se sont considérablement détériorées pendant les travaux sur le télescope en raison de retards constants dans le calendrier et de dépassements de coûts. La NASA a déterminé que l'entreprise ne considérait pas les travaux de miroir comme une partie essentielle de son activité et estimait que la commande ne pouvait pas être transférée à un autre entrepreneur une fois les travaux commencés. Bien que la commission ait sévèrement critiqué l'entreprise, la NASA a également porté une certaine responsabilité, principalement pour son incapacité à détecter de graves problèmes de contrôle de qualité et des violations des procédures de la part du sous-traitant.

À la recherche d'une solution

Étant donné que la conception du télescope prévoyait initialement un entretien en orbite, les scientifiques ont immédiatement commencé à rechercher une solution potentielle qui pourrait être appliquée lors de la première mission technique, prévue pour 1993. Bien que Kodak ait achevé un miroir de remplacement pour le télescope, son remplacement dans l'espace n'était pas possible, et retirer le télescope de l'orbite pour remplacer le miroir sur Terre aurait été trop long et coûteux. Le fait que le miroir ait été poli avec précision pour lui donner une forme irrégulière a conduit à l'idée de développer un nouveau composant optique qui effectuerait une transformation équivalente à l'erreur, mais de signe opposé. Le nouvel appareil fonctionnerait comme des lunettes de télescope, corrigeant l’aberration sphérique.

En raison de la différence dans la conception des instruments, il a été nécessaire de développer deux dispositifs de correction différents. L'un d'entre eux était destiné à la caméra grand format et planétaire, dotée de miroirs spéciaux qui redirigeaient la lumière vers ses capteurs, et la correction pouvait être effectuée grâce à l'utilisation de miroirs de forme spéciale qui compenseraient complètement l'aberration. Un changement correspondant a été inclus dans la conception de la nouvelle Chambre Planétaire. D'autres instruments n'avaient pas de surfaces réfléchissantes intermédiaires et nécessitaient donc un dispositif de correction externe.

Système de correction optique (COSTAR)

Le système conçu pour corriger l'aberration sphérique s'appelle COSTAR. COSTAR) et se composait de deux miroirs, dont l'un compensait le défaut. Pour installer COSTAR sur le télescope, il a fallu démonter l'un des instruments, et les scientifiques ont décidé de sacrifier un photomètre à grande vitesse.

Au cours des trois premières années de fonctionnement, avant l'installation des dispositifs correcteurs, le télescope a effectué un grand nombre d'observations. En particulier, le défaut n’a pas eu d’effet important sur les mesures spectroscopiques. Malgré l’annulation des expériences en raison du défaut, de nombreux résultats scientifiques importants ont été obtenus, notamment de nouveaux algorithmes permettant d’améliorer la qualité des images grâce à la déconvolution.

Entretien du télescope

Hubble est entretenu lors des sorties dans l'espace à partir de vaisseaux spatiaux réutilisables tels que la navette spatiale.

Au total, quatre expéditions ont été menées pour entretenir le télescope Hubble :

Première expédition

Travail sur le télescope lors de la première expédition.

En raison de la découverte d'un défaut dans le miroir, l'importance de la première expédition de maintenance était particulièrement grande, puisqu'elle devait installer des optiques correctrices sur le télescope. Le vol Endeavour STS-61 a eu lieu du 2 au 13 décembre 1993 et ​​les travaux sur le télescope se sont poursuivis pendant dix jours. L'expédition fut l'une des plus difficiles de l'histoire ; elle comprenait cinq longues sorties dans l'espace.

Le photomètre haute vitesse a été remplacé par un système de correction optique, les caméras grand angle et planétaire ont été remplacées par un nouveau modèle (WFPC2). Caméra grand champ et planétaire 2 )) avec un système de correction optique interne. La caméra avait trois CCD carrés connectés dans un coin et un capteur « planétaire » plus petit et de plus haute résolution au quatrième coin. Par conséquent, les images des caméras ont la forme caractéristique d’un carré ébréché.

STIS a une plage de travail de 115 à 1 000 nm et permet une spectrographie bidimensionnelle, c'est-à-dire l'obtention du spectre de plusieurs objets simultanément dans le champ de vision.

L'enregistreur de vol a également été remplacé, l'isolation thermique a été réparée et l'orbite a été corrigée.

Troisième expédition (A)

L'expédition 3A (« Discovery » STS-103) a eu lieu du 19 au 27 décembre 1999, après qu'il a été décidé d'effectuer une partie du troisième programme d'entretien plus tôt que prévu. Cela était dû à la défaillance de trois des six gyroscopes du système de guidage. Le quatrième gyroscope est tombé en panne plusieurs semaines avant le vol, rendant le télescope impropre aux observations. L'expédition a remplacé les six gyroscopes, le capteur de guidage de précision et l'ordinateur de bord. Le nouvel ordinateur utilisait une version spéciale du processeur Intel 80486, avec une résistance accrue aux radiations. Cela a permis de réaliser certains des calculs précédemment effectués au sol grâce au complexe embarqué.

Troisième expédition (B)

Hubble dans la soute de la navette avant de retourner en orbite, avec la Terre s'élevant en arrière-plan. Expédition STS-109.

Expédition 3B (quatrième mission) réalisée du 1er au 12 mars 2002, vol Columbia STS-109. Au cours de l'expédition, la caméra pour objets faibles a été remplacée par la caméra d'enquête avancée. Caméra avancée pour les enquêtes) (Anglais) Caméra avancée pour les enquêtes, ACS ) et le fonctionnement de la caméra et du spectromètre proche infrarouge, dont le système de refroidissement est tombé en panne d'azote liquide en 1999, a été rétabli.

ACS se compose de trois caméras, dont l’une fonctionne dans l’ultraviolet lointain, et les autres dupliquent et améliorent les capacités de WFPC2. Partiellement inopérant depuis le 29 janvier 2007.

Les panneaux solaires ont été remplacés pour la deuxième fois. Les nouveaux panneaux avaient une superficie d'un tiers plus petite, ce qui réduisait considérablement les pertes dues au frottement dans l'atmosphère, mais générait en même temps 30 % d'énergie en plus, permettant de fonctionner simultanément avec tous les instruments installés à bord de l'observatoire. L'unité de distribution d'énergie a également été remplacée, ce qui a nécessité une coupure complète de l'alimentation électrique à bord pour la première fois depuis le lancement.

Les travaux effectués ont considérablement élargi les capacités du télescope. Deux instruments commandés lors des travaux - ACS et NICMOS - ont permis d'obtenir des images de l'espace lointain.

Quatrième expédition

La prochaine mission de maintenance visant à remplacer les batteries et les gyroscopes, ainsi qu'à installer des instruments nouveaux et améliorés, était prévue pour février 2005, mais après la catastrophe de la navette spatiale Columbia le 1er mars 2003, elle a été reportée sine die, ce qui a compromis la poursuite des travaux. Hubble". Même après la reprise des vols de la navette, la mission a été annulée car il a été décidé que chaque navette envoyée dans l'espace devrait pouvoir atteindre l'ISS si des dysfonctionnements étaient détectés, et en raison de la grande différence d'inclinaison et d'altitude des orbites, la navette pourrait ne pas accoster à la station après les visites au télescope.

Après cette mission, le télescope Hubble devra continuer à fonctionner en orbite au moins jusqu'en 2014.

Réalisations

En 15 ans de fonctionnement en orbite terrestre basse, Hubble a reçu 700 000 images de 22 000 objets célestes - étoiles, nébuleuses, galaxies, planètes. Le flux de données qu’il génère quotidiennement pendant le processus d’observation est d’environ 15 Go. Leur volume total, accumulé sur tout le fonctionnement du télescope, dépasse les 20 téraoctets. Plus de 3 900 astronomes ont eu l’occasion de l’utiliser pour des observations et environ 4 000 articles ont été publiés dans des revues scientifiques. Il a été constaté qu'en moyenne, l'indice de citation des articles astronomiques basés sur des données de télescope est deux fois plus élevé que celui des articles basés sur d'autres données. Chaque année, dans la liste des 200 articles les plus cités, au moins 10 % sont des ouvrages basés sur les matériaux Hubble. Environ 30 % des ouvrages sur l’astronomie en général ont un indice de citation nul, et seulement 2 % des ouvrages réalisés à l’aide d’un télescope spatial.

Cependant, le prix à payer pour les réalisations de Hubble est très élevé : une étude spéciale consacrée à l'étude de l'impact de différents types de télescopes sur le développement de l'astronomie a révélé que bien que les travaux réalisés à l'aide du télescope orbital aient un indice de citation total de 15 fois plus élevé qu'un réflecteur au sol doté d'un miroir de 4 mètres, le coût d'entretien d'un télescope spatial est 100 fois ou plus.

Observations les plus significatives

Accès au télescope

Toute personne ou organisation peut postuler pour travailler avec le télescope ; il n'y a aucune restriction nationale ou académique. La concurrence pour le temps d'observation est très forte ; le temps total demandé est généralement 6 à 9 fois supérieur au temps réellement disponible.

Un appel à candidatures pour l’observation est annoncé environ une fois par an. Les candidatures sont divisées en plusieurs catégories :

• Observations générales Observateur général). La plupart des applications qui nécessitent une procédure de routine et une durée d'observation entrent dans cette catégorie.
• Observations éclair Observations instantanées), des observations ne nécessitant pas plus de 45 minutes, temps de pointage compris du télescope, permettent de combler les écarts entre les observations générales.
• Observations urgentes Cible d'opportunité), pour étudier des phénomènes observables sur une période de temps limitée et préalablement connue.

De plus, 10 % du temps d'observation reste dans ce que l'on appelle la « réserve du directeur ». Les astronomes peuvent demander à utiliser la réserve à tout moment, et elle est généralement utilisée pour l'observation d'événements imprévus à court terme tels que les explosions de supernova. Le tournage de l'espace lointain dans le cadre des programmes Hubble Deep Field et Hubble Ultra Deep Field a également été réalisé aux dépens de la réserve du réalisateur.

Les premières années, une partie du temps de réserve était réservée aux astronomes amateurs. Leurs candidatures ont été examinées par un comité composé également des astronomes profanes les plus éminents. Les principales exigences pour la candidature étaient l'originalité de la recherche et la divergence entre le sujet et les demandes soumises par les astronomes professionnels. Au total, entre 1997 et 1997, 13 observations ont été réalisées grâce à des programmes proposés par des astronomes amateurs. Par la suite, en raison de coupes budgétaires à l'institut, l'offre de temps aux non-professionnels a été interrompue.

Observations de planification

La planification des observations est une tâche extrêmement complexe, car il faut prendre en compte l'influence de nombreux facteurs :

• Étant donné que le télescope est en orbite basse, ce qui est nécessaire pour fournir des services, une partie importante des objets astronomiques est obscurcie par la Terre pendant un peu moins de la moitié du temps orbital. Il existe une « longue zone de visibilité » à environ 90° du plan orbital, mais en raison de la précession orbitale, la direction exacte change sur une période de huit semaines.
• En raison de l'augmentation des niveaux de rayonnement, les observations ne sont pas possibles lorsque le télescope survole l'anomalie de l'Atlantique Sud.
• L'écart minimum par rapport au Soleil est de 45° pour empêcher la lumière directe du soleil de pénétrer dans le système optique, ce qui rend notamment impossible l'observation de Mercure, et les observations directes de la Lune et de la Terre sont autorisées avec les capteurs de guidage de précision désactivés.
• Étant donné que le télescope orbite dans la haute atmosphère, dont la densité varie avec le temps, il est impossible de prédire avec précision l’emplacement du télescope. L'erreur d'une prédiction sur six semaines peut aller jusqu'à 4 000 km. A cet égard, des plannings d'observation précis sont établis quelques jours à l'avance afin d'éviter que l'objet choisi pour l'observation ne soit visible à l'heure convenue.

Transmission, stockage et traitement des données du télescope

Transmission à la Terre

Les données de Hubble sont d'abord stockées dans des périphériques de stockage embarqués ; au moment du lancement, des magnétophones à bobine ont été utilisés à ce titre ; lors des expéditions 2 et 3A, ils ont été remplacés par des disques SSD. Ensuite, via le système de communication par satellite (TDRSS). TDRSS)), situé en orbite basse, les données sont transmises au Goddard Center.

Archivage et accès aux données

Au cours de la première année à compter de la date de réception, les données sont fournies uniquement à l'enquêteur principal (candidat à l'observation), puis placées dans une archive librement accessible. Le chercheur peut présenter une demande au directeur de l'institut pour réduire ou augmenter ce délai.

Les observations faites en utilisant le temps de la réserve du directeur deviennent immédiatement du domaine public, tout comme les données techniques et complémentaires.

Les données des archives sont stockées au format instrument et doivent subir un certain nombre de transformations avant de pouvoir être analysées. Le Space Telescope Institute a développé un progiciel pour la conversion et l’étalonnage automatiques des données. Les conversions sont effectuées automatiquement lorsque les données sont demandées. En raison de la grande quantité d’informations et de la complexité des algorithmes, le traitement peut prendre un jour ou plus.

Les astronomes peuvent également récupérer les données brutes et effectuer eux-mêmes cette procédure, ce qui est utile lorsque le processus de conversion diffère du processus standard.

Les données peuvent être traitées à l'aide de divers programmes, mais le Telescope Institute propose un package STSDAS(Système d'analyse des données scientifiques du télescope spatial, anglais. Système d'analyse des données scientifiques du télescope spatial ). Le package contient tous les programmes nécessaires au traitement des données, optimisés pour travailler avec les informations de Hubble. Le package fonctionne comme un module du programme d'astronomie populaire IRAF.

Relations publiques

Il a toujours été important que le projet de télescope spatial capte l’attention et l’imagination du grand public, et en particulier du contribuable américain, qui a apporté la contribution la plus significative au financement de Hubble.

L'un des projets les plus importants en matière de relations publiques est le projet Hubble Legacy. L'héritage de Hubble). Sa mission est de publier les images les plus impressionnantes visuellement et esthétiquement obtenues par le télescope. Les galeries de projets contiennent non seulement des photographies originales, mais également des collages et des dessins créés à partir de celles-ci. Le projet s'est vu attribuer une petite quantité de temps d'observation pour obtenir des images en couleur d'objets dont la photographie dans la partie visible du spectre n'était pas nécessaire pour la recherche.

En outre, le Space Telescope Institute gère plusieurs sites Web contenant des images et des informations complètes sur le télescope.

En 2000, un Bureau des relations publiques a été créé pour coordonner les efforts des différents départements. Bureau de sensibilisation du public).

En Europe, depuis 1999, le Centre européen d'information s'occupe des relations publiques. Centre d'information de l'Agence spatiale européenne Hubble ) (Anglais) Centre d'information de l'Agence spatiale européenne Hubble, HEIC ), établi au Centre européen de coordination des télescopes spatiaux. Le centre est également responsable des programmes éducatifs de l'ESA liés au télescope.

L'avenir de Hubble

Il est prévu qu'après les travaux de réparation effectués par la quatrième expédition, Hubble fonctionnera en orbite jusqu'en 2014, date à laquelle il sera remplacé par le télescope spatial James Webb.

Données techniques

Vue générale du télescope.

Paramètres d'orbite

• Inclinaison : 28,469°.
• Apogée : 571 km.
• Périgée : 565 km.
• Période orbitale : 96,2 min.

Vaisseau spatial

• La longueur du vaisseau spatial est de 13,3 m, le diamètre est de 4,3 m, la portée des panneaux solaires est de 12,0 m et la masse est de 11 000 kg (avec les instruments installés environ 12 500 kg).
• Le télescope est un réflecteur Ritchie-Chrétien d'un diamètre de miroir de 2,4 m, permettant une résolution optique de l'ordre de 0,1 seconde d'arc.

Appareils

Le télescope a une structure modulaire et contient cinq compartiments pour les instruments optiques. L'un des compartiments a longtemps été occupé par un système optique correcteur (1993-2009). Remplacement axial du télescope spatial à optique corrective ) (COSTAR), installé lors de la première mission de maintenance en 1993 pour compenser les imprécisions de fabrication du miroir primaire. Étant donné que tous les instruments installés après le lancement du télescope disposent de systèmes de correction de défauts intégrés, lors de la dernière expédition, il est devenu possible de démonter le système COSTAR et d'utiliser le compartiment pour installer un spectrographe ultraviolet.

Chronologie d'installation des instruments à bord du télescope spatial (les instruments nouvellement installés sont en italique) :

Comme indiqué ci-dessus, le système de guidage est également utilisé à des fins scientifiques.

Remarques

1. Revue historique sur le site officiel, partie 2 (anglais)
2. Lyman S. Spitzer. (1979) Histoire du télescope spatial // Journal trimestriel de la Royal Astronomical Society. V. 20. P. 29
3. Chapitre 12. Télescope spatial Hubble // Dunar A. J., Waring S. P. (1999) Power To Explore-History of Marshall Space Flight Center 1960-1990. NOUS. Imprimerie gouvernementale, ISBN 0-16-058992-4
4. Informations sur le site de la NASA (anglais)
5. Revue historique sur le site officiel, partie 3 (anglais)
6. La page d'accueil européenne du télescope spatial NASA/ESA Hubble - Foire aux questions. Récupéré le 10 janvier 2007.
7. Brandt J.C. et al (1994). Le spectrographe Goddard haute résolution : instrument, objectifs et résultats scientifiques // Publications de la Société astronomique du Pacifique. V. 106., p. 890-908
8. G. Fritz Benedict, Barbara E. McArthur. (2005) Parallaxes stellaires de haute précision provenant des capteurs de guidage fin du télescope spatial Hubble. Transits de Vénus : nouvelles vues du système solaire et de la galaxie. Actes du colloque de l'AIU n° 196, éd. D.W. Kurtz. La Presse de l'Universite de Cambridge. P. 333-346
9. Burrows C. J. et al. (1991) Les performances d'imagerie du télescope spatial Hubble // Astrophysical Journal. V. 369. P. 21
10. Comparaison de graphiques réels et calculés pour l'affichage d'objets ponctuels (anglais)
11. Rapport de la Commission Allen (anglais) Rapport sur les défaillances des systèmes optiques du télescope spatial Hubble, 1990, Lew Allen, président, rapport technique de la NASA NASA-TM-103443
12. Documents sélectionnés dans l'histoire des États-Unis Programme spatial civil Volume V : Exploration du cosmos / John M. Logsdon, éditeur. 2001
13. Jedrzejewski R. I., Hartig G., Jakobsen P., Crocker J. H., Ford H. C. (1994) Performances en orbite de la caméra à objets faibles corrigée par COSTAR // Astrophysical Journal Letters. V. 435. P. L7-L10
14. Globules de Thackeray dans IC 2944. Héritage de Hubble. Récupéré le 25 janvier 2009.
15. Trauger J. T., Ballester G. E., Burrows C. J., Casertano S., Clarke J. T., Crisp D. (1994) Les performances en orbite de WFPC2 // Astrophysical Journal Letters. V. 435. P. L3-L6
16. Pages STSci NICMOS
17. Guy Gugliotta. Le candidat soutient une révision de la décision Hubble de la NASA, Washington Post(12 avril 2005). Récupéré le 10 janvier 2007. (en langue)
18. La NASA approuve la mission et nomme l'équipage pour le retour à Hubble (anglais) NASA, 31 octobre 2006

Depuis les tout débuts de l’astronomie, depuis l’époque de Galilée, les astronomes poursuivent un objectif commun : voir plus, voir plus loin, voir plus profondément.

Ces découvertes ont changé la façon dont les astronomes regardaient l’Univers. La capacité de voir dans les moindres détails a permis de transformer certaines hypothèses astronomiques en faits.

De nombreuses théories ont été abandonnées pour aller dans la bonne direction.

Parmi les réalisations de Hubble, l'une des principales est la détermination de l'âge de l'Univers, que les scientifiques estiment aujourd'hui entre 13 et 14 milliards d'années. C’est sans aucun doute plus précis que les données précédentes datant de 10 à 20 milliards d’années. Hubble a également joué un rôle clé dans la découverte de l’énergie noire, la force mystérieuse qui provoque l’expansion de l’univers à un rythme toujours plus rapide. Grâce à Hubble, les astronomes ont pu observer les galaxies à tous les stades de leur développement, à partir de la formation qui a eu lieu dans le jeune Univers, ce qui a aidé les scientifiques à comprendre comment leur naissance s'est produite. Grâce au télescope, des disques protoplanétaires, des accumulations de gaz et de poussière autour de jeunes étoiles ont été découverts, autour desquels de nouveaux systèmes planétaires apparaîtront bientôt (selon les normes astronomiques, bien sûr). Il a pu trouver les sources des sursauts gamma - des sursauts d'énergie étranges et incroyablement puissants - dans des galaxies lointaines lors de l'effondrement d'étoiles supermassives. Et ce n'est qu'une partie des découvertes d'un instrument astronomique unique, mais elles prouvent déjà que les 2,5 milliards de dollars dépensés pour la création, la mise en orbite et la maintenance constituent l'investissement le plus rentable à l'échelle de toute l'humanité.

Pourquoi a-t-il été nécessaire de lancer le télescope dans l’espace proche de la Terre et pourquoi l’appareil est-il si demandé par les astronomes ? Le fait est que le télescope Hubble a pu résoudre deux problèmes des télescopes au sol à la fois. Premièrement, le flou du signal provenant de l’atmosphère terrestre limite les capacités des télescopes au sol, quelle que soit leur sophistication technique. Le flou atmosphérique nous permet de voir les étoiles scintiller lorsque nous regardons le ciel. Deuxièmement, l’atmosphère absorbe les rayonnements d’une certaine longueur d’onde, en particulier les rayons ultraviolets, les rayons X et les rayons gamma. Et c'est un problème sérieux, car l'étude des objets spatiaux est d'autant plus efficace que la plage d'énergie est large.
Et c'est précisément pour éviter l'influence négative de l'atmosphère sur la qualité des images obtenues que le télescope est situé au-dessus de celle-ci, à une distance de 569 kilomètres au-dessus de la surface. Dans le même temps, le télescope fait un tour autour de la Terre en 97 minutes, se déplaçant à une vitesse de 8 kilomètres par seconde.

Système optique du télescope Hubble

Le télescope Hubble est un système Ritchie-Chrétien, ou une version améliorée du système Cassegrain, dans lequel la lumière frappe initialement un miroir primaire, est réfléchie et frappe un miroir secondaire, qui concentre la lumière et la dirige vers le système d'instruments scientifiques du télescope. à travers un petit trou dans le miroir primaire. On croit souvent à tort qu’un télescope agrandit l’image.
En fait, il ne collecte que le maximum de lumière de l’objet.

En conséquence, plus le miroir principal est grand, plus il collectera de lumière et plus l'image sera claire. Le deuxième miroir focalise uniquement le rayonnement.

Caméra proche infrarouge et spectromètre multi-objets (NICMOS). Un capteur infrarouge qui détecte la chaleur lorsque des objets sont cachés par de la poussière ou du gaz interstellaire, comme dans les régions de formation active d'étoiles.

Caméra proche infrarouge et spectromètre multi-objets (Space Telescope Imaging Spectrograph - STIS). Agit comme un prisme, décomposant la lumière. À partir du spectre obtenu, on peut obtenir des informations sur la température, la composition chimique, la densité et le mouvement des objets étudiés. STIS a cessé ses activités le 3 août 2004 en raison de problèmes techniques, mais le télescope sera remis à neuf lors d'une maintenance programmée en 2008.

Caméra grand champ et planétaire 2 (WFPC2). Un outil universel avec lequel ont été prises la plupart des photographies connues de tous. Grâce à 48 filtres, il permet de voir des objets dans une gamme de longueurs d'onde assez large.

Capteurs de guidage fin (FGS). Ils sont non seulement responsables du contrôle et de l'orientation du télescope dans l'espace - ils orientent le télescope par rapport aux étoiles et ne lui permettent pas de s'écarter de sa trajectoire, mais ils effectuent également des mesures précises des distances entre les étoiles et enregistrent les distances relatives. mouvement.
Comme de nombreux vaisseaux spatiaux en orbite autour de la Terre, la source d'énergie du télescope Hubble est le rayonnement solaire, capturé par deux panneaux solaires de douze mètres et stocké pour un fonctionnement ininterrompu tout en traversant la partie obscure de la Terre. La conception du système de guidage pour la cible souhaitée - un objet dans l'Univers - est également très intéressante - après tout, photographier avec succès une galaxie ou un quasar lointain à une vitesse de 8 kilomètres par seconde est une tâche très difficile. Le système d'orientation du télescope comprend les composants suivants : les capteurs de guidage de précision déjà mentionnés, qui marquent la position de l'appareil par rapport aux deux étoiles « principales » ; les capteurs de position par rapport au Soleil ne sont pas seulement des outils auxiliaires pour orienter le télescope, mais aussi des outils nécessaires pour déterminer la nécessité de fermer/ouvrir la porte de l'ouverture, ce qui empêche l'équipement de « s'éteindre » lorsque la lumière solaire focalisée le frappe ; des capteurs magnétiques qui orientent le vaisseau spatial par rapport au champ magnétique terrestre ;

un système de gyroscopes qui suivent le mouvement du télescope ; et un détecteur électro-optique qui surveille la position du télescope par rapport à l'étoile sélectionnée.

Tout cela offre non seulement la possibilité de contrôler le télescope et de « viser » l'objet spatial souhaité, mais évite également la panne d'équipements précieux qui ne peuvent pas être rapidement remplacés par des équipements fonctionnels.

Les données de l'équipe de recherche au sol sont transmises au Goddard Space Flight Center, puis au Space Telescope Science Institute, où un groupe de spécialistes traite les données et les enregistre sur un support magnéto-optique. Chaque semaine, le télescope renvoie à la Terre suffisamment d'informations pour remplir plus de vingt DVD, et l'accès à cette énorme quantité d'informations précieuses est ouvert à tous. La majeure partie des données est stockée au format numérique FITS, très pratique pour l'analyse, mais extrêmement impropre à la publication dans les médias. C'est pourquoi les images les plus intéressantes pour le grand public sont publiées dans les formats d'images les plus courants : TIFF et JPEG. Ainsi, le télescope Hubble est devenu non seulement un instrument scientifique unique, mais aussi l'une des rares occasions permettant à quiconque d'observer la beauté du Cosmos - un professionnel, un amateur et même une personne peu familiarisée avec l'astronomie. Malheureusement, il faut dire que l'accès au télescope pour les astronomes amateurs est désormais fermé en raison d'une diminution du financement du projet.

Télescope orbital Hubble

Le passé du télescope Hubble n'est pas moins intéressant que son présent. L'idée de créer une telle installation est venue pour la première fois en 1923 avec Hermann Oberth, le fondateur des fusées allemandes. C'est lui qui a parlé pour la première fois de la possibilité de placer un télescope en orbite terrestre basse à l'aide d'une fusée, même si les fusées elles-mêmes n'existaient pas encore.

Cette idée a été développée en 1946 dans ses publications sur la nécessité de créer un observatoire spatial par l'astrophysicien américain Lyman Spitzer. Il a prédit la possibilité d'obtenir des photographies uniques, tout simplement impossibles à prendre sur le terrain. Au cours des cinquante années suivantes, l'astrophysicien a activement promu cette idée jusqu'au début de son application réelle.

En 1974, il a été proposé de fabriquer des instruments interchangeables avec une résolution de 0,1 seconde d'arc et fonctionnant dans des longueurs d'onde allant de l'ultraviolet au visible et à l'infrarouge. La navette était censée mettre le télescope en orbite et le ramener sur Terre pour un entretien et des réparations également possibles dans l'espace.

En 1975, la NASA et l’Agence spatiale européenne (ESA) ont commencé à travailler sur le télescope Hubble. En 1977, le Congrès a approuvé le financement du télescope.

Après cette décision, une liste d'instruments scientifiques pour le télescope a commencé à être dressée et cinq lauréats du concours pour la création d'équipements ont été sélectionnés.

Il y avait énormément de travail à faire. Ils ont décidé de nommer le télescope en l'honneur de l'astronome qui a montré que les petits « débris » visibles à travers le télescope sont des galaxies lointaines et ont prouvé que l'Univers est en expansion.

Après divers retards, le lancement était prévu pour octobre 1986, mais le 28 janvier 1986, la navette spatiale Challenger explosait une minute après le décollage. Les tests des navettes se sont poursuivis pendant plus de deux ans, ce qui signifie que la mise en orbite du télescope Hubble a été reportée de quatre ans. Pendant ce temps, le télescope a été amélioré et le 24 avril 1990, l'appareil unique s'est mis en orbite.

Lancement de la navette avec le télescope Hubble à son bord

En décembre 1993, la navette spatiale Endeavour, avec un équipage de sept personnes, a été mise en orbite pour effectuer la maintenance du télescope. Deux caméras ont été remplacées, ainsi que des panneaux solaires. En 1994, les premières photographies ont été prises avec le télescope, dont la qualité a choqué les astronomes. Hubble s'est complètement justifié.

L'entretien, la modernisation et le remplacement des caméras, des panneaux solaires, l'inspection des revêtements de protection thermique et l'entretien ont été réalisés à trois reprises : en 1997, 1999 et 2002.

Mise à niveau du télescope Hubble, 2002
Aujourd'hui, le télescope fonctionne normalement, transmettant 120 Go d'informations par semaine. Le successeur de Hubble, le télescope spatial Webb, est également en cours de développement et permettra d'explorer les objets à fort redshift dans l'Univers primitif. Il se fera à une altitude de 1,5 million de kilomètres, le lancement est prévu pour 2013.

Bien entendu, Hubble ne dure pas éternellement. La prochaine réparation est prévue pour 2008, mais le télescope s'use progressivement et devient inutilisable.

Cela se produira vers 2013. Lorsque cela se produit, le télescope restera en orbite jusqu’à ce qu’il se dégrade. Ensuite, dans une spirale, Hubble commencera à tomber sur Terre et suivra la station Mir, ou sera livré en toute sécurité sur Terre et deviendra une exposition de musée avec une histoire unique. Mais l'héritage du télescope Hubble : ses découvertes, son exemple de travail presque parfait et ses photographies connues de tous - restera.

Nous pouvons être sûrs que ses réalisations continueront à contribuer à percer les mystères de l’Univers pendant encore longtemps, comme un triomphe de la vie incroyablement riche du télescope Hubble.

Fin septembre 2008 au télescope qui porte son nom. L'unité Hubble chargée de transmettre les informations vers la Terre est tombée en panne. La mission de réparation du télescope a été reportée à février 2009.
Caractéristiques techniques du télescope nommé d'après. Hubble :
Lancement : 24 avril 1990 12h33 TU
Dimensions : 13,1 x 4,3 m
Poids : 11 110 kg
Conception optique : Ritchie-Chrétien
Vignettage : 14%
Champ de vision : 18" (à des fins scientifiques), 28" (pour le guidage)
Résolution angulaire : 0,1" à 632,8 nm
Plage spectrale : 115 nm - 1 mm
Précision de stabilisation : 0,007" en 24 heures
Orbite de conception du vaisseau spatial : altitude - 693 km, inclinaison - 28,5°
Période orbitale autour de Zesli : entre 96 et 97 minutes
Durée de fonctionnement prévue : 20 ans (avec maintenance)
Coût du télescope et du vaisseau spatial : 1,5 milliard de dollars (en dollars de 1989)
Miroir principal : Diamètre 2400 mm ; Rayon de courbure 11 040 mm ; Carré d'excentricité 1.0022985

Miroir secondaire : Diamètre 310 mm ; Rayon de courbure 1,358 mm ; Excentricité carrée 1.49686 Distances : Entre les centres des miroirs 4906,071 mm ; Du miroir secondaire au foyer 6406.200 mm Plus compliqué, ce n’est pas pour rien que les personnes qui travaillent avec cet appareil unique le surnomment respectueusement observatoire céleste.

Beaucoup de photos!

L'histoire de la construction de Hubble est marquée par des difficultés constantes à surmonter, une lutte pour le financement et une recherche de solutions à des situations imprévues. Le rôle de Hubble dans la science est inestimable. Il est impossible de dresser une liste complète des découvertes en astronomie et domaines connexes réalisées grâce aux images du télescope, tant d’ouvrages font référence aux informations obtenues par celui-ci. Cependant, les statistiques officielles font état de près de 15 000 publications.

Histoire

Dans les années soixante, il a été possible de réaliser plusieurs lancements réussis et de mettre en orbite des appareils plus simples, et en 68, la NASA a donné son feu vert au prédécesseur de Hubble - l'appareil LST, le Large Space Telescope, avec un plus grand diamètre de miroir - 3 mètres contre 2,4 de Hubble - et une tâche ambitieuse de le lancer dès 1972, avec l'aide de la navette spatiale alors en développement. Mais l'estimation du projet s'est avérée trop coûteuse, des difficultés d'argent sont survenues et en 1974, le financement a été complètement annulé. Le lobbying actif du projet par les astronomes, l'implication de l'Agence spatiale européenne et la simplification des caractéristiques approximativement proches de celles de Hubble ont permis en 1978 de recevoir un financement du Congrès d'un montant ridicule de 36 millions de dollars en termes de coûts totaux, ce qui aujourd’hui, cela équivaut à environ 137 millions.

Dans le même temps, le futur télescope porte le nom d'Edwin Hubble, astronome et cosmologue qui confirma l'existence d'autres galaxies, créa la théorie de l'expansion de l'Univers et donna son nom non seulement au télescope, mais aussi à une loi et une grandeur scientifiques.

Le télescope a été développé par plusieurs sociétés responsables de différents éléments, dont les plus complexes étaient le système optique, développé par Perkin-Elmer, et le vaisseau spatial, créé par Lockheed. Le budget s'élève déjà à 400 millions de dollars.

Lockheed a retardé de trois mois la création de l'appareil et a dépassé son budget de 30 %. Si vous regardez l’histoire de la construction d’appareils de complexité similaire, il s’agit d’une situation normale. Pour Perkin-Elmer, les choses étaient bien pires. L'entreprise a poli le miroir en utilisant une technologie innovante jusqu'à la fin de 1981, dépassant largement le budget et ruinant les relations avec la NASA. Il est intéressant de noter que l'ébauche du miroir a été réalisée par la société Corning, qui produit aujourd'hui du Gorilla Glass, activement utilisé dans les téléphones. À propos, Kodak a été engagé pour fabriquer un miroir de rechange en utilisant des méthodes de polissage traditionnelles si des problèmes survenaient lors du polissage du miroir principal. Les retards dans la création d'autres composants ont tellement ralenti le processus qu'une citation de la NASA sur les horaires de travail qui étaient en cours « incertain et changeant quotidiennement. »

Le lancement n'est devenu possible qu'en 1986, mais en raison de la catastrophe du Challenger, les lancements de navettes ont été suspendus pendant la durée des modifications.

Hubble était stocké pièce par pièce dans des chambres spéciales alimentées à l'azote, pour un coût de six millions de dollars par mois.

En conséquence, le 24 avril 1990, la navette Discovery s'est mise en orbite avec le télescope. À ce stade, 2,5 milliards de dollars avaient été dépensés pour Hubble. Le coût total approche aujourd'hui les dix milliards.

Depuis le lancement, plusieurs événements dramatiques impliquant Hubble se sont produits, mais le principal s'est produit au tout début.

Lorsque, après avoir été lancé en orbite, le télescope a commencé son travail, il s'est avéré que sa netteté était d'un ordre de grandeur inférieur à celui calculé. Au lieu d’un dixième de seconde d’arc, c’était une seconde entière. Après plusieurs contrôles, il s'est avéré que le miroir du télescope était trop plat sur les bords : il ne coïncidait pas de deux micromètres avec celui calculé. L’aberration résultant de ce défaut littéralement microscopique a rendu impossible la plupart des études planifiées.

Une commission fut réunie, dont les membres trouvèrent la raison : le miroir calculé avec une incroyable précision avait été mal poli. De plus, même avant le lancement, les mêmes écarts ont été montrés par la paire de correcteurs nuls utilisés dans les tests - des dispositifs responsables de la courbure de surface souhaitée. Mais ensuite, ils n'ont pas fait confiance à ces lectures, s'appuyant sur les lectures du correcteur de zéro principal, qui ont montré les résultats corrects et selon lesquels le meulage a été effectué. Et dont l’un des objectifs s’est avéré mal installé.

Facteur humain.

Il était techniquement impossible d'installer un nouveau miroir directement en orbite, et abaisser le télescope puis le rallumer était trop coûteux. Une solution élégante a été trouvée.

Oui, le miroir n'a pas été fait correctement. Mais cela a été mal fait avec une très grande précision. La distorsion était connue et il ne restait plus qu'à la compenser, pour laquelle ils ont développé un système de correction spécial COSTAR. Il a été décidé de l'installer dans le cadre de la première expédition de maintenance du télescope. Une telle expédition est une opération complexe de dix jours avec des astronautes se rendant dans l’espace. Il est impossible d’imaginer un travail plus futuriste, et il ne s’agit que de maintenance. Il y a eu quatre expéditions au total pendant l'exploitation du télescope, avec deux vols dans le cadre du troisième.

Le 2 décembre 1993, la navette spatiale Endeavour, dont il s'agissait du cinquième vol, a livré les astronautes au télescope. Ils ont installé Costar et remplacé la caméra.

Costar a corrigé l'aberration sphérique du miroir, jouant le rôle des lunettes les plus chères de l'histoire. Le système de correction optique a rempli sa tâche jusqu'en 2009, date à laquelle son besoin a disparu grâce à l'utilisation de sa propre optique correctrice dans tous les nouveaux appareils. Il a cédé un espace précieux dans le télescope au spectrographe et a occupé une place de choix au Musée national de l'air et de l'astronautique après avoir été démantelé dans le cadre de la quatrième mission de maintenance de Hubble en 2009.

Contrôle

Au MCC, la journée est divisée en trois équipes, chacune étant affectée à une équipe distincte de trois à cinq personnes. Lors des expéditions au télescope lui-même, l'effectif s'élève à plusieurs dizaines.

À propos, il existe un site Web distinct développé par Chris Peet sur lequel vous pouvez suivre la position de l'observatoire céleste. Il existe également des données sur d'autres objets orbitaux artificiels :
www.heavens-above.com

Hubble est un télescope très occupé, mais même son emploi du temps chargé lui permet d'aider absolument n'importe qui, même un astronome non professionnel. Chaque année, nous recevons des milliers de demandes de réservation de temps émanant d'astronomes de différents pays. Environ 20 % des demandes reçoivent l'approbation d'une commission d'experts et, selon la NASA, grâce aux demandes internationales, plus ou moins 20 000 observations sont réalisées chaque année. Toutes ces requêtes sont connectées, programmées et envoyées à Hubble depuis le même centre du Maryland.

Optique

Ensemble d'outils actuel :

NICOMOS
Caméra proche infrarouge et spectromètre multi-objets
Caméra proche infrarouge et spectromètre multi-objets

ACS
Caméra avancée pour les enquêtes
Caméra de vue d'ensemble avancée

WFC3
Caméra grand champ 3
Caméra grand angle 3

COS
Spectrographe des origines cosmiques
Spectrographe ultraviolet

SIST
Spectrographe d'imagerie du télescope spatial
Spectrographe d'enregistrement d'un télescope spatial

F.G.S.
Capteur de guidage fin
Système de guidage

Ces télescopes utilisent un système de miroirs et non de lentilles, comme dans les appareils photo. Il y a de nombreuses raisons à cela : les différences de température, les tolérances de polissage, les dimensions hors tout et l'absence de perte de faisceau au sein de la lentille elle-même.

L'optique de base de Hubble n'a pas changé depuis le début. Et l'ensemble des différents instruments qui l'utilisent a été complètement modifié au cours de plusieurs expéditions de maintenance. Hubble a été mis à jour avec des instruments et, au cours de son existence, treize instruments différents y ont fonctionné. Aujourd’hui, il en porte six, dont un en hibernation.

Les caméras grand angle et planétaires de la première et de la deuxième génération, ainsi que la caméra grand angle de la troisième maintenant, étaient responsables des photographies dans le domaine optique.

Le potentiel du premier WFPC n'a jamais été réalisé en raison de problèmes avec le miroir. Et l'expédition de 1993, après avoir installé Kostar, l'a en même temps remplacé par la deuxième version.

La caméra WFPC2 possédait quatre capteurs carrés dont les images formaient un grand carré. Presque. Une matrice - juste « planétaire » - a reçu une image avec un grossissement plus élevé, et lorsque l'échelle est restaurée, cette partie de l'image capture moins d'un seizième du carré total au lieu d'un quart, mais dans une résolution plus élevée. Les trois matrices restantes étaient responsables du « grand angle ». C'est pourquoi les prises de vue complètes de la caméra ressemblent à un carré avec 3 blocs retirés d'un coin, et non à cause de problèmes de chargement de fichiers ou d'autres problèmes.

WFPC2 a été remplacé par WFC3 en 2009. La différence entre eux est bien illustrée par le re-tournage des Piliers de la Création, dont nous parlerons plus tard.

En plus de la plage optique et proche infrarouge avec une caméra grand angle, Hubble voit :

• en utilisant le spectrographe STIS dans l'ultraviolet proche et lointain, ainsi que du visible au proche infrarouge ;
• au même endroit en utilisant l'un des canaux ACS dont les autres canaux couvrent une vaste gamme de fréquences allant de l'infrarouge à l'ultraviolet ;
• sources de points faibles dans le domaine ultraviolet avec le spectrographe COS.

Photos

Il y a beaucoup de photographies, je ne vais vous parler que de quelques-unes des plus passionnantes. Toutes les photographies ont leur propre identifiant, qui peut être facilement trouvé sur le site Hubble spacetelescope.org ou directement sur Google. La plupart des images sont sur le site en haute résolution, mais je laisse ici les versions écran.

Hubble a pris sa photo la plus célèbre le 1er avril 1995, sans se laisser distraire de son travail intelligent le jour du poisson d'avril. Ce sont les Piliers de la Création, ainsi nommés parce que les étoiles sont formées à partir de ces accumulations de gaz et parce qu’elles leur ressemblent par leur forme. La photo montre un petit morceau de la partie centrale de la nébuleuse de l'Aigle. Cette nébuleuse est intéressante car les grosses étoiles en son centre la dissipent en partie, et même juste du côté de la Terre. Une telle chance vous permet de regarder au centre même de la nébuleuse et, par exemple, de prendre la célèbre photographie expressive.

D'autres télescopes ont également photographié cette région dans différentes gammes, mais en optique, les piliers ressortent de la manière la plus expressive : ionisé par les étoiles mêmes qui ont dissipé une partie de la nébuleuse, le gaz brille en bleu, vert et rouge, créant une belle irisation.

En 2014, les piliers ont été refaits avec un équipement Hubble mis à jour : la première version a été filmée par la caméra WFPC2 et la seconde par WFC3.

Rose faite de galaxies

L'objet Arp 273 est un bel exemple de communication entre galaxies proches les unes des autres. La forme asymétrique de la partie supérieure est une conséquence des interactions dites de marée avec la partie inférieure. Ensemble, ils forment une fleur grandiose, présentée à l'humanité en 2011.

Sombrero galaxie magique

Messier 104 est une galaxie majestueuse qui semble avoir été inventée et peinte à Hollywood. Mais non, la belle cent quatrième est située à la périphérie sud de la constellation de la Vierge. Et il est si brillant qu'il est visible même à travers les télescopes domestiques. Cette beauté a posé pour Hubble en 2004.

Nouvelle vue infrarouge de la nébuleuse de la Tête de Cheval - Image du 23e anniversaire de Hubble

En 2013, Hubble a réimagé Barnard 33 dans le spectre infrarouge. Et la sombre nébuleuse de la Tête de Cheval dans la constellation d'Orion, presque opaque et noire dans le domaine visible, est apparue sous un nouveau jour. C'est-à-dire la gamme.

Avant cela, Hubble l'avait déjà photographié en 2001 :

Hubble capture la région de formation d'étoiles S106

S106 est une région de formation d'étoiles dans la constellation du Cygne. La belle structure est due aux éjectas d’une jeune étoile enveloppée de poussière en forme de beignet au centre. Ce rideau de poussière présente des interstices en haut et en bas, à travers lesquels le matériau de l'étoile s'échappe plus activement, formant une forme rappelant la célèbre illusion d'optique. La photo a été prise fin 2011.

Cassiopée A : les suites colorées de la mort d'une star

Vous avez probablement entendu parler des explosions de supernova. Et cette image montre clairement l'un des scénarios pour le sort futur de tels objets.

La photo de 2006 montre les conséquences de l'explosion de l'étoile Cassiopée A, survenue au cœur même de notre galaxie. Une vague de matière diffusée depuis l’épicentre, avec une structure complexe et détaillée, est clairement visible.

Image Hubble de l'Arp 142

Et encore une image démontrant les conséquences de l’interaction de deux galaxies qui se sont retrouvées proches l’une de l’autre au cours de leur voyage œcuménique.

NGC 2936 et 2937 sont entrés en collision et se sont influencés. Il s'agit d'un événement intéressant en soi, mais dans ce cas un autre aspect a été ajouté : la forme actuelle des galaxies ressemble à un pingouin avec un œuf, ce qui constitue un gros plus pour la popularité de ces galaxies.

Sur une jolie photo de 2013, vous pouvez voir les traces de la collision qui s'est produite : par exemple, l'œil du pingouin est formé, en grande partie, par des corps de la galaxie des œufs.

Connaissant l’âge des deux galaxies, nous pouvons enfin répondre à ce qui est arrivé en premier : l’œuf ou le pingouin.

Un papillon émergeant des restes d'une étoile dans la nébuleuse planétaire NGC 6302

Parfois, des flux de gaz chauffés à 20 000 degrés, volant à une vitesse de près d'un million de km/h, ressemblent aux ailes d'un papillon fragile, il suffit de trouver le bon angle. Hubble n’a pas eu à regarder, la nébuleuse NGC 6302 – également appelée nébuleuse du Papillon ou du Scarabée – s’est elle-même tournée vers nous dans la bonne direction.

Ces ailes sont créées par l'étoile mourante de notre galaxie dans la constellation de Skopio. Les flux de gaz retrouvent leur forme d’aile grâce à l’anneau de poussière autour de l’étoile. La même poussière recouvre l'étoile elle-même. Il est possible que l'anneau ait été formé par l'étoile perdant de la matière le long de l'équateur à un rythme relativement faible, et les ailes par une perte plus rapide des pôles.

La photo a été prise en 2009.

Champ profond

L'image la plus récente de ce type - le Hubble Extreme Deep Field de 2012 - est assez ennuyeuse pour l'œil moyen - il s'agit d'une prise de vue sans précédent avec une vitesse d'obturation de deux millions de secondes (~ 23 jours), montrant 5,5 mille galaxies, dont la plus sombre ont une luminosité inférieure de dix milliards à la sensibilité de la vision humaine.