Télescopes : que savez-vous de ces yeux qui scrutent l’espace ?

Vous êtes astronome amateur et vous vous interrogez sur le fonctionnement des télescopes ? Vous espérez repérer des extraterrestres depuis votre jardin ? Futura-Sciences regroupe quelques Questions-Réponses pour en savoir davantage sur ces outils bien utiles pour mieux comprendre l’espace.

Depuis les premières lunettes astronomiques de Galilée au début du XVIIe siècle, les progrès en matière d’observation des étoiles et de l’univers n’ont cessé de se multiplier. D’ici une dizaine d’années, des télescopes géants devraient même explorer des coins de l’espace qui ne nous paraissent pas assez nets. Profitons de ce mois thématique dédié à la recherche de vie dans l’univers pour faire un petit tour des Questions-Réponses de Futura-Sciences sur le fonctionnement des télescopes.

Quelles différences y a-t-il entre une lunette et un télescope ?

Le principe d'un instrument astronomique est d'augmenter la surface collectrice de lumière et de concentrer cette lumière en un point appelé point focal.

Afin d'y parvenir, on peut utiliser deux formules :
– un jeu de deux ou trois lentilles, à travers lesquelles la lumière va passer. On obtient une lunette.
– un miroir sur lequel la lumière va se réfléchir. On obtient un télescope.

Dans les deux cas, le diamètre des lentilles ou du miroir est capital. Plus il est élevé, plus l'instrument pourra capturer de lumière.

Jusqu’où peut voir un télescope ?

Quel est le plus doué en la matière ? Le célèbre télescope spatial Hubble lancé de la Navette Spatiale Discovery en 1990. Il est en orbite autour de la Terre au-dessus de l’atmosphère. Il peut observer des objets situés à 11 milliards d’années-lumière ! Pour vous donner un ordre d’idées : une année-lumière correspond à la distance parcourue par la lumière en un an, soit environ 9 460 milliards de kilomètres.

Certes, Hubble est une star dans le milieu des télescopes mais il n’est pas le plus gros. Celui a qui revient ce titre convoité se trouve sur l’île d’Hawaii. Il s’agit du télescope Keck dont le miroir atteint 10 mètres de diamètre. Hubble est lui aussi un télescope réflecteur dont le miroir, pour sa part, ne dépasse pas 2,40 m de diamètre. Comme l’atmosphère de la Terre se trouve entre le télescope Keck et les étoiles qu’il regarde, il est moins performant qu’Hubble qui lui n’a pas ce problème et peut donc voir encore plus loin !

Télescopes : pourquoi la taille des miroirs est-elle limitée ?

Augmenter la taille du miroir d’un télescope présente deux avantages. D’abord, cela permet de collecter davantage de lumière et donc d’observer des astres faiblement lumineux, que ce soit à cause de leur distance (comme pour une galaxie lointaine) ou à cause de leur luminosité intrinsèque (une naine brune, un astéroïde). Surtout, la nature ondulatoire de la lumière provoque des taches de diffraction qui limitent la résolution des observations. Ainsi, avec une faible résolution, il n’est pas possible d’observer des petits cratères à la surface de la Lune ou parfois de prouver que l’on a affaire à un système binaire d’étoiles.

La difficulté d'obtention d'un grand miroir

Malheureusement, plus un miroir est grand, plus il est lourd et plus la perfection de la forme de sa surface est difficile à obtenir. Même si cette perfection peut-être atteinte (il faut que les défauts soit inférieurs à environ la taille de la longueur d’onde à laquelle se font les observations, soit, avec la lumière visible, des défauts qui doivent être plus petits que 0,01 μm), le propre poids du miroir, notamment si on le déplace pour suivre un astre en mouvement, va provoquer des déformations ou sa rupture. Pour contourner partiellement cet obstacle, on utilise en astronomie la technique de l'optique active qui consiste à déformer, avec une série de vérins pilotés par ordinateur, un miroir réflecteur afin d'optimiser sa qualité d'image et de corriger les différentes aberrations optiques (comme la coma, l'astigmatisme, etc.).

Attention cependant à ne pas confondre l'optique active et l'optique adaptative qui consiste, elle, à corriger les déformations de l'image dues à la turbulence atmosphérique.