Académie des Sciences, Belles-Lettres et Arts de Lyon Hubble Space Telescope (HST) Académie des Sciences, Belles-Lettres et Arts de Lyon 18 mars 2003 François Sibille hubblebg.jpg

Pourquoi un "grand télescope" dans l'espace ? Pour voir plus loin Pour voir plus de détails Pour gagner en résolution angulaire

Théoriquement (Diffraction) Résolution angulaire Théoriquement (Diffraction) DANS LE CIEL => IMAGE AU FOYER l /D 2 étoiles bien séparées =>   2 étoiles encore séparées  => l /D Limite de résolution On ne peut plus distinguer les 2 images  1 2 => l /D

Dans la pratique : Turbulence atmosphérique => dégradation Etoile Vent Bulles d'air poussées par le vent température et humidité variables indice de réfraction variable => effet de prisme => trajet optique perturbé Télescope r0 = diamètre d'une portion d'onde à peu près plane ( à l/10) Visible : r0  10 cm r0 caractérise l'état de la turbulence Onde plane Onde froissée Atmosphère

Poses courtes et poses longues Dtel < r0 Onde plane sur la surface du miroir => tache de diffraction théorique Dtel > r0 Onde froissée sur la surface du miroir => Speckles (Tavelures) Image d'une étoile au foyer d'un grand télescope Pose courte (tpose < 0,1 sec) Pose longue l/r0 Speckles l/D En pose longue : Télescope Résolution théorique Résolution limitée par la turbulence D = 10 cm   1" D = 10 m   0,01"   l/r0  1" Même performance !

Premier principe du "spatial" : On ne fait dans l'espace Petite remarque : En 2000, on sait corriger au sol les défauts dus à la turbulence, Le projet du HST ne passerait pas ! Premier principe du "spatial" : On ne fait dans l'espace que ce qu'on ne peut pas faire au sol

masse embarquable <=> taille du miroir Années 1970 : Un grand projet pour un grand télescope Pour le visible Dans l'espace => plus de turbulence => transparence parfaite Résolution : /D  0,01 " (1cm à 200 km) (dans l'UV) Exigences : Optique parfaite : taille à /20 = 0,02µm Pointage parfait : < 0,01"  /D Longue durée de vie => "visitable" => lancement navette Grande résolution spatiale Compromis entre : masse embarquable <=> taille du miroir diamètre 2,4m

Rapide présentation du HST ...

Lancement 24-4-90 Navette Discovery 13m x 4m 10,3 Tonnes Orbite à 590 km hst shuttle

hst sys support

layouthst_img08.jpg

Composite%20Focal%20Plane.gif Des instruments : variés, renouvelés lors des visites

Horreur : il est myope ! Erreur de montage équivalente à 4 µm sur la surface d'un miroir 40 au lieu de /20 ! La 1ère mission de visite (1/12/93) rattrape le coup avec "COSTAR" Enfin les performances espérées : limite de diffraction dans l'UV

2ème mission de visite (2/97): Nouveau spectro (STIS) Pointage amélioré (FGS) Une mémoire digitale (12 Gb) remplace les bandes magnétiques NICMOS incursion dans l'infrarouge (Near Infrared Camera and Multi Object Spectrometer)

Aperçu des découvertes du HST depuis Mars jusqu'aux aux confins de l'Univers

Mars-HST0124yresized.jpg La passion de Mars Système solaire

18 Juillet 1994 : Impact de la comète SL9 sur Jupiter G + 5 jours SL9Gevol4.jpg L + 1,3 jour G + 3 jours G + 1,5 h impact G ! 18 Juillet 1994 : Impact de la comète SL9 sur Jupiter Système solaire

(Contraste très accentué) UranusB.jpg Les Anneaux d'Uranus (Contraste très accentué) Système solaire

Pele : Volcan actif sur Io Galileo HST pelevolcanio97-21.jpg Système solaire

Future comète (?) dans la ceinture de Kuiper Trajectoire de l'objet KuiperBComets.jpg Etoiles de fond Galaxie Système solaire

Disque planétaire de l'étoile  Pictoris Un "système solaire" en formation (Nuage zodiacal) HST betaPicZodi95-39.jpg Masque de l'étoile Sol Systèmes pre-planétaires

Disque de poussière protoplanétaire dans Orion Une étoile et son système planétaire en formation OriEODsk.jpg Systèmes pre-planétaires

Région active de formation d'étoiles dans Orion Visible Infrarouge nicmos orion97-13.jpg

modelstarbirthi0202aw.jpg

Masse = 20 MJupiter = 0,02 MSoleil Une très petite étoile : la "Naine Brune" compagnon de l'étoile Gleise 229 Masse = 20 MJupiter = 0,02 MSoleil gliese22995-48.jpg Naines brunes

Pour la "matière noire", cherchez autre chose que les naines brunes ... DarkMatAréduite.jpg Naines brunes

Le milieu interstellaire ou le faux vide entre les étoiles

Matière interstellaire CygnusLoop.jpg Matière interstellaire dans la constellation du Cygne "La dentelle du Cygne" Milieu dilué En moyenne : 10 atomes/cm3 très inhomogène Milieu interstellaire

Illuminés par une étoile Nuages "moléculaires" denses dans Messier 16 Illuminés par une étoile chaude pillarsM16Full.jpg Milieu dense 106 atomes/cm3 Milieu interstellaire

Des détails pillarsM16WF2.jpg Milieu interstellaire KnotsHelix96-13b.jpg Milieu interstellaire

Super nova SN 1987 (50 kPc) SN1987A_Ringsréduite.jpg SN1987debris97-03réduite.jpg Matière éjectée il y a 30000 ans Matière éjectée lors de l'explosion en 1987 Milieu interstellaire Super nova

Spectroscopie de l'anneau de SN1987 Azote et Hydrogène SN1987ringspectro97-14.jpg Soufre Oxygène Milieu interstellaire Super nova

Infrarouge (poussière + H) nicmos eggneb97-11.jpg CRL 2688 : étoile à l'agonie => enrichissement du MIS en éléments lourds Visible Infrarouge (poussière + H) nicmos eggneb97-11.jpg Milieu interstellaire Nébuleuse planétaire

Des galaxies ... ... ordinaires ... ... et moins ordinaires

Notre voisine : Galaxie Messier 31 (Andromède) galcenterm31centreHST.jpg galcenterm31csol.jpg galcenterm31centresol.jpg 20 000 Pc Entière, vue du sol 109 étoiles 700 Pc Centre, vu du sol 10 Pc Noyau double vu par le HST 106 étoiles Galaxies ordinaires

Un peu plus loin (18 106 pc) : Amas de Virgo, noyau de Messier 84 Trou noir super massif (3 108 MSoleil) entouré d'un nuage d'étoiles en rotation Région du noyau central - 400 km/sec + 400 km/sec galcenter97-12.jpg Fente du spectrographe Galaxies ordinaires

Etoile variable Céphéide dans Messier 100 (20 000 kpc) Relation Période-Luminosité des Céphéides Période  50 jours => Luminosité absolue = M magnitude apparente : m = M - 5 + 5log(d)  25 M100CphBreduite.jpg Distance de la galaxie Calibration de l'échelle de distance de l'Univers avec la loi de Hubble : V = H d Galaxies ordinaires

Relevé profond avec le HST (HDF = Hubble Deep Field) 1500 galaxies 1/20 du diamètre de la Lune 150 orbites du HST HDFMosaicFull.jpg Galaxies de toute sortes

HDF Détails HDFWF3.jpg Galaxies de toute sortes

Encore plus profond avec NICMOS dans l'infrarouge Galaxies de toute sortes

Amas d'étoiles pre-galactiques, il y a 11 109 ans 18 objets, dans un volume  (Andromède-Voie lactée) , taille des objets  1/3 Voie lactée Fusion pour donner les galaxies spirales earlygal96-29breduite.jpg Galaxies primitives

Quand une galaxie en traverse une autre ... Choc frontal => festival de super novae Anneau d'étoile jeunes expansion à 100 km/sec La galaxie spirale réapparaît après le choc Cartwheel-partie.jpg Quel était l'intrus ??? Galaxies moins ordinaires

Les quasars : Super trou noir, avaleur d'étoiles Luminosité : 1011 LSoleil On en trouve partout Galaxies "normales" Galaxies en collision Fusion de galaxies quasar96-35areduiye.jpg

Arclet dans l'amas Abell 2218 : mirages gravitationnels HST arcA2218.jpg

Et pour aller encore plus loin ? Next Generation Space Telescope (NGST) Télescope de 8 m dans l'espace (Lagrange 2) Un des concepts proposés Dans l'infrarouge, sûrement, au sol ... dans l'espace ... ou les deux ! "Owl" (la chouette) Télescope de 100 m, étude ESO