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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Télescope Hubble. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Le télescope spatial Hubble (HST ; ing. Hubble Space Telescope, HST ; code d'observatoire « 250 ») est un observatoire automatique en orbite autour de la Terre, du nom d'Edwin Hubble. Le télescope Hubble est un projet conjoint entre la NASA et l'Agence spatiale européenne ; il fait partie des grands observatoires de la NASA. Placer un télescope dans l'espace permet d'enregistrer le rayonnement électromagnétique dans les plages dans lesquelles l'atmosphère terrestre est opaque ; principalement dans le domaine infrarouge. En raison de l'absence d'influence de l'atmosphère, la résolution du télescope est 7 à 10 fois supérieure à celle d'un télescope similaire situé sur Terre.
La priorité de la fabrication du télescope est toujours contestée. Selon un certain nombre de documents, l'un des premiers instruments a été fabriqué aux Pays-Bas par Zachary Jansen en 1604 d'après le modèle italien de 1590. D'autres témoins oculaires rapportent que les premières longues-vues ont été inventées vers 1605-1610 à Middelburg par le fabricant de lunettes John Lapree. En tout cas, déjà en 1608, les télescopes étaient fabriqués par de nombreux maîtres. En particulier, Jacob Metzius. En 1610, Galilée a créé un télescope avec un grossissement de 32 fois ! Le chercheur astronomique lui a valu une grande renommée. Impressionné par les succès de Galilée, Johannes Kepler revient en 1610 à l'optique appliquée. Il a proposé un schéma optique fondamentalement nouveau de la longue-vue. Auparavant, une seule combinaison de lentilles y était utilisée - une connexion en série d'une lentille divergente (concave) comme objectif et d'une lentille collectrice (convexe) comme oculaire. Le tube de Kepler possédait deux lentilles convexes qui, en plus d'un champ de vision plus large, permettaient pour la première fois d'obtenir une image directe de l'objet observé. Un tel télescope pourrait servir de dispositif de visée, c'est-à-dire que d'un instrument purement d'observation, il est également devenu un instrument de mesure. Et cela a considérablement élargi la portée de son application. Cependant, les premiers télescopes donnaient des images sensiblement déformées par divers défauts (aberrations). Les scientifiques - qui étaient alors les principaux constructeurs de télescopes - ont tenté de les éliminer en augmentant la distance focale de l'objectif. Il en fut ainsi jusqu'en 1668, lorsqu'Isaac Newton construisit pour la première fois un instrument d'un type complètement nouveau - un télescope à réflexion (miroir), dépourvu de l'aberration chromatique inhérente aux appareils à lentilles (réfracteurs). La lentille était un miroir métallique concave. La perfection de l'image dépendait de la maîtrise de ce dernier. Vingt et un ans après Newton, l'astronome et opticien anglais William Herschel a poli un miroir d'un diamètre de 122 centimètres. A cette époque, c'était le plus grand réflecteur du monde. Réalisant que l'augmentation de la taille des télescopes est une voie directe vers de nouvelles découvertes, les astronomes des plus grands observatoires du monde se sont lancés dans une véritable compétition. En 1917, l'Américain D. Ritchie construit un nouveau réflecteur pour l'Observatoire du Mont Wilson, qui restera pendant de nombreuses années le plus grand du monde. Son miroir de 258 cm pesait cinq tonnes pour un poids total de cent tonnes. En 1931, l'opticien allemand B. Schmidt, puis son collègue soviétique D.D. Maksutov (1941) a développé deux options de conception pour les télescopes combinés à lentille miroir. Les deux instruments ont reçu une reconnaissance mondiale et ont commencé à porter les noms de leurs créateurs. Maksutov a introduit une lentille correctrice dans un télescope à miroir ordinaire, qui a corrigé les distorsions introduites par un miroir sphérique. Déjà les premiers systèmes de ce type permettaient d'obtenir des photographies du ciel étoilé d'une qualité unique et de publier une publication astronomique fondamentale - un atlas des nébuleuses. Dans l'histoire de la construction de télescopes, les réfracteurs se sont longtemps "battus" avec les réflecteurs, jusqu'à ce que, finalement, ce dernier l'emporte. Le plus grand d'entre eux, avec un miroir principal de six mètres en vitrocéramique - vitrocéramique, a été installé dans l'Observatoire spécial d'astrophysique de l'Académie russe des sciences sur le mont Semirodniki près de la station Zelenchukskaya, dans le Caucase du Nord. Le traitement du miroir de soixante-dix tonnes s'est poursuivi jusqu'à l'été 1974 et des observations régulières ont commencé en février 1976 - après un total de seize ans de travaux préparatoires. La structure grandiose de 42 mètres pèse 950 tonnes. Ce télescope "voit" les objets célestes jusqu'à la 26e magnitude, situés à la frontière de l'univers observable. Dans les années 1940, les astronomes ont réalisé que le rayonnement électromagnétique des objets spatiaux n'est en aucun cas limité au spectre visible, mais est réparti sur presque toutes les gammes - des ondes radio aux rayons gamma, et que l'observation dans de nouvelles régions du spectre peut apporter des informations précieuses qui étaient auparavant totalement inaccessibles. Les premiers d'une série d'instruments "non optiques" étaient des radiotélescopes, grâce auxquels, dans les mêmes années 1940, on a découvert des radiogalaxies qui étaient invisibles même pour les meilleurs instruments optiques de l'époque. Les chercheurs ont immédiatement apprécié que, contrairement aux derniers en date, les nouveaux appareils ne dépendent pas des aléas de la météo. Quant à la conception, parmi les radiotélescopes, comme dans les optiques, les réflecteurs règnent. Le miroir est ici un paraboloïde à mailles métalliques, au foyer duquel l'antenne est installée. Le signal qui y est induit est envoyé au récepteur pour traitement, et de celui-ci aux appareils d'enregistrement. Le plus grand télescope infrarouge a été construit sur le Mauna Kea (Hawaï, États-Unis) à une altitude de 4200 mètres au-dessus du niveau de la mer avec un miroir d'un diamètre de 374 centimètres. Il est si parfait qu'il peut également être utilisé pour des observations visuelles. Équipé d'un système de contrôle informatique, il peut automatiquement viser un objet donné et le suivre. À gauche se trouve le miroir principal, à droite se trouve le nœud système. Et en 1985, à l'observatoire du Mauna Kea, les travaux ont commencé sur un réflecteur composite Keck de dix mètres, comprenant 36 miroirs hexagonaux à commande autonome d'un diamètre de 183 centimètres chacun. Pour une fixation plus précise des miroirs et une mise au point générale de l'image, un dispositif de déchargement spécial a été développé, ce qui affaiblit les contraintes dans les éléments structurels.
Cependant, les possibilités d'amélioration des caractéristiques des télescopes optiques n'ont pas été épuisées. Des photomultiplicateurs d'électrons ont commencé à être utilisés, permettant d'augmenter l'efficacité des observations de près de deux ordres de grandeur. Ainsi, le réflecteur Hale de 508 cm qui en est équipé à l'Observatoire du Mont Palomar (Californie, USA), construit en 1948, a une résolution d'un "simple" télescope avec un miroir de 25,4 mètres. C'est maintenant l'instrument optique terrestre le plus efficace. Pour de nouvelles informations, les télescopes se sont rendus sur des orbites proches de la Terre. Ainsi, la station spatiale Mir a été équipée du module Kvant avec deux télescopes spéciaux - ultraviolet et infrarouge. Et les appareils de l'observatoire orbital automatique Astron pourraient observer simultanément des objets spatiaux en rayons X et ultraviolets. Le 24 avril 1990, avec le lancement du télescope spatial Hubble, un véritable âge d'or de l'astronomie a commencé. La NASA, en collaboration avec l'Agence spatiale européenne, a commencé à développer le projet de télescope spatial à la fin des années 1970. Il était prévu qu'il s'agirait d'un observatoire spatial, qui serait visité tous les deux à trois ans par des navires de la Terre pour la maintenance et le dépannage. Le télescope tire son nom de l'un des astronomes les plus remarquables du XXe siècle, Edwin Hubble, un véritable classique de la science. Il a laissé un héritage grandiose - un monde évolutif de galaxies, régi par la loi de son nom. Hubble a fait des découvertes si remarquables qu'elles donnent le droit indiscutable d'appeler Hubble le plus grand astronome depuis Copernic. Edwin Hubble est né le 20 novembre 1889. Il a passé son enfance dans une famille forte et amicale, où huit enfants ont grandi. Edwin s'est intéressé très tôt à l'astronomie, probablement sous l'influence de son grand-père maternel, qui s'est construit un petit télescope. En 1906, Edwin est diplômé du lycée, après quoi il entre à l'Université de Chicago. L'astronome F.R. Multon, auteur de la théorie bien connue de l'origine du système solaire. Il a eu une grande influence sur le choix ultérieur de Hubble. Après avoir obtenu son diplôme universitaire, Hubble a réussi à obtenir une bourse Rhodes et à se rendre en Angleterre pendant trois ans pour poursuivre ses études. Cependant, au lieu des sciences naturelles, il a dû étudier le droit à Cambridge. À l'été 1913, Edwin retourna dans son pays natal, mais il ne devint pas avocat. Hubble s'est battu pour la science et est retourné à l'Université de Chicago, où à l'Observatoire Yerkes, sous la direction du professeur Frost, il a terminé son doctorat. Au printemps 1917, alors qu'il termine sa thèse, les États-Unis entrent dans la Première Guerre mondiale. Le jeune scientifique a décliné l'invitation et s'est porté volontaire pour l'armée. À l'été 1919, Hubble fut renvoyé et se précipita à Pasadena pour travailler au nouvel observatoire du mont Wilson. Hubble a travaillé ici jusqu'à sa mort, avec une pause de quatre ans pendant la Seconde Guerre mondiale. À l'observatoire, il a commencé à étudier les nébuleuses, se concentrant d'abord sur les objets visibles dans la bande de la Voie lactée. La première chose que Hubble a faite a été de les classer. Cette classification continue de servir la science, et toutes les modifications ultérieures de son essence n'en ont pas été affectées. Déjà un établissement de la vraie nature des nébuleuses a déterminé la place de Hubble dans l'histoire de l'astronomie. Mais une réalisation encore plus remarquable est tombée sur son sort - la découverte de la loi du décalage vers le rouge. Après la guerre, l'observatoire, où l'astronome est revenu, a repris le développement d'un télescope de deux cents pouces (508 centimètres). Hubble a présidé un comité chargé de créer des plans de recherche avancés pour le nouvel instrument et a été membre du comité de gestion des observatoires combinés du mont Wilson et du mont Palomar. Hubble a vu la tâche principale de l'observatoire dans la résolution du problème cosmologique. "Nous pouvons prédire avec confiance", a-t-il déclaré avec conviction, "que le 200 pouces nous dira si le décalage vers le rouge doit être considéré comme une preuve en faveur d'un univers en expansion rapide, ou s'il est dû à un nouveau principe de la nature." Hubble est décédé d'un accident vasculaire cérébral le 28 septembre 1953. Il n'y a pas de monuments à Hubble sur Terre. Personne ne sait même où il est enterré, telle était la volonté de sa femme. Un cratère sur la Lune, l'astéroïde n° 2069 et un télescope spatial, le plus grand du monde, portent son nom. Le télescope pesant 11 tonnes, avec une longueur de 13,1 mètres et un diamètre de réflecteur de 240 centimètres, coûte 1,2 milliard de dollars - plus de cent millions de dollars par tonne. Selon les calculs des spécialistes, Hubble fonctionnera en orbite jusqu'en 2005. Le télescope est équipé de plusieurs instruments scientifiques. La caméra grand angle est conçue pour photographier les surfaces des planètes et de leurs satellites. La caméra pour objets faiblement lumineux amplifie cent mille fois la lumière qui tombe dessus. Le spectrographe de cette faible lumière analyse le rayonnement et peut révéler la composition chimique et la température de tout ce qui l'a émis. Le soi-disant spectrographe Goddard détermine comment un objet qui émet de la lumière se déplace. Hubble a lancé l'une des navettes sur une orbite de 613 kilomètres de haut en avril 1990. Le travail du télescope a commencé par un échec. Deux mois après le lancement, il est devenu clair que le miroir principal du télescope d'un diamètre de deux mètres et demi s'écarte sur ses bords de la taille calculée de plusieurs microns - un cinquantième de l'épaisseur d'un cheveu humain. Mais cela a suffi à annuler pratiquement le travail de milliers de personnes - l'image n'était pas claire et floue.
Pour corriger les conséquences de l'aberration, des programmes correctifs complexes ont été créés et l'image a commencé à être corrigée déjà sur Terre à l'aide d'ordinateurs. Mais même sous cette forme, le télescope Hubble a permis de faire des découvertes : détecter des trous noirs au centre des galaxies, une nouvelle tempête sur Saturne, des anneaux divergents autour d'une supernova. Néanmoins, il était évident que des réparations étaient indispensables. Il est impossible de changer le miroir dans des conditions spatiales, il a donc été décidé de "mettre des lunettes" sur chacun des instruments du télescope : ajouter de petits appareils de correction. Deux petits miroirs ont corrigé le manque d'un grand. Tôt le matin du 2 décembre 1993, sept astronautes sont partis à bord d'une navette spatiale pour réparer le télescope. Ils sont revenus onze jours plus tard, après avoir fait tout ce qui était prévu et établi un record de sorties dans l'espace - ils étaient cinq. Quatre jours plus tard, les scientifiques se sont réunis dans la salle de traitement des données du Space Telescope Institute de Baltimore, dans le Maryland, attendant avec impatience les premières images de l'observatoire corrigé. Ils sont apparus sur l'écran du terminal à une heure du matin et la pièce a été immédiatement remplie de cris de joie - maintenant le télescope fonctionnait à cent pour cent. Et ses capacités sont telles que de n'importe quelle ville d'Amérique, il pourrait distinguer deux lucioles voletant jusqu'à Tokyo, si elles n'étaient pas à moins de trois mètres l'une de l'autre. Pendant les années de son vol derrière les nuages, l'observatoire spatial a effectué plusieurs dizaines de milliers de révolutions autour de la Terre, "sinuant" des milliards de kilomètres au passage. Le télescope Hubble a déjà permis d'observer plus de huit mille objets célestes. À titre de comparaison, environ le même nombre d'étoiles peut être vu de la Terre à l'œil nu. Sa mémoire stocke les "adresses" de quinze millions d'étoiles qu'il peut explorer. Deux billions et demi d'octets d'informations collectées par le télescope sont stockés sur 375 disques optiques. Il a permis à des scientifiques d'une quarantaine de pays de publier plus d'un millier d'articles scientifiques. Grâce à Hubble, des découvertes ont été faites qui sont entrées dans l'histoire de l'astronomie et même dans les manuels de l'institut. Il a été possible de découvrir, par exemple, que les trous noirs existent et sont généralement situés au centre des galaxies. Ou le fait que le stade primaire de la naissance des planètes est le même pour toutes les étoiles et que la tache sombre de Neptune ne reste pas immobile : elle disparaît dans un hémisphère et apparaît dans un autre. Une autre conclusion est que la lune de Jupiter Europa a une atmosphère d'oxygène mince. Autre découverte - une ceinture de centaines de millions de comètes entoure le système solaire. Le télescope a aidé à trouver de nouveaux satellites au-delà de l'anneau extérieur de Saturne, à réaliser la première carte de la surface d'un astéroïde volant près de la Terre, et a permis de détecter l'hélium restant de l'époque du Big Bang dans l'espace intergalactique. "Hubble" a permis de regarder dans les coins les plus reculés de l'espace, de changer de regard sur les premiers stades de l'univers. Hubble a découvert une nouvelle classe de lentilles gravitationnelles qui serviront de "télescopes" pour explorer l'univers. Avec leur aide, les astronomes peuvent voir comment s'est ensuite déroulé le processus de formation des étoiles dans la galaxie bleue. Le télescope a aidé les scientifiques à mesurer la vitesse de rotation du disque gazeux de la galaxie elliptique M87 dans la constellation de la Vierge, à cinquante millions d'années-lumière de la Terre. Il s'est avéré qu'il tourne autour de "quelque chose" avec une masse de trois milliards de masses solaires. "Si ce n'est pas un trou noir, alors je n'ai aucune idée de ce que c'est", déclare le professeur Ford du Space Telescope Institute."Nous ne nous attendions absolument pas à voir une structure en spirale en rotation au centre d'une galaxie elliptique." Les trous noirs sont des objets très massifs et incroyablement denses. Au cours des dernières décennies, on en a beaucoup parlé, discuté, recherché, mais seul le télescope Hubble a confirmé leur existence. On sait depuis longtemps que de puissantes émissions optiques et radio sortent du centre de la galaxie M87. Ce n'est que maintenant, après la découverte d'un disque en rotation, qu'il est devenu clair que ce trou noir, aspirant de la matière, crée l'effet d'une "tornade" - un vortex en rotation d'une taille de centaines d'années-lumière. Ce flux est bien visible sur la photo. Il a également été possible d'établir que le disque de poussière est chauffé à dix mille degrés et que ses bords extérieurs tournent à une vitesse de plus de cinq cents kilomètres par seconde. Les trous noirs géants peuvent éjecter des particules accélérées presque à la vitesse de la lumière dans des jets. À partir des images des planètes obtenues par le télescope, il convient de faire une petite exposition. Ainsi, le télescope a été le premier à photographier la surface de Pluton avec une résolution telle qu'on pourrait parler d'une carte de la planète. Jusqu'à récemment, la neuvième planète du système solaire était cachée au regard des explorateurs de l'espace. Il s'agit d'un corps céleste unique : il ne rentre dans aucune classification. Pluton tourne autour du Soleil, mais elle n'est classée ni comme une géante gazeuse ni comme une planète solide. Il se comporte comme une comète, perdant périodiquement son atmosphère, mais ce n'est pas une comète. Il s'agit peut-être des dernières naines de glace qui habitaient le système solaire à l'aube de sa formation. Seul Triton - un satellite de Neptune - lui convient en tant que parent. "Les résultats sont tout simplement fantastiques", déclare l'astronome américain Marc Bue du Texas. "Hubble a fait de Pluton un monde avec ses montagnes, ses dépressions et ses saisons à partir d'un point obscur. J'ai ressenti un sentiment similaire lorsque j'ai regardé Mars à travers un télescope." Les experts distinguent les calottes polaires, les points lumineux en mouvement et les lignes mystérieuses sur les images. À leur avis, tout cela n'est que de la neige ou de la neige sale, puisque Pluton est maintenant dans une position proche du Soleil et qu'il y a une saison chaude, la neige fond. Depuis la Terre, Pluton est à peine visible et il n'a jamais été question de sa surface. Les scientifiques concluent maintenant que Pluton est juste derrière la Terre en termes de variété de caractéristiques de surface dans le système solaire. Pluton est la seule planète sur laquelle un vaisseau spatial n'a pas encore été envoyé, mais après de telles découvertes du télescope Hubble, une sonde est déjà prévue pour y être lancée. Lors de la deuxième "inspection technique" en février 1997, le télescope a été remplacé par un spectrographe haute résolution, un spectrographe d'objets faibles, un dispositif de pointage stellaire, un magnétophone pour enregistrer des informations et une électronique de batterie solaire. Il n'y a pas de limite visible au développement de la construction de télescopes dans un avenir prévisible. Apparemment, le temps est encore très lointain où les astronomes pourront "extraire" toutes les informations qu'il contient du rayonnement des étoiles et des galaxies qui nous parviennent ... Auteur : Musskiy S.A.
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