COM PDF 20030318 F SIBILLE Hubble Space Telescope

Hubble Space Telescope (HST)
Académie des Sciences, Belles-Lettres et Arts de Lyon
18 mars 2003
François Sibille
hubblebg.jpg
1
Pourquoi un "grand télescope" dans l'espace ?
Pour voir plus loin
Pour voir plus de détails
Pour gagner en résolution angulaire
2
Résolution angulaire
Théoriquement (Diffraction)
DANS LE CIEL
=>
IMAGE AU FOYER
l /D
2 étoiles bien séparées

=>

=>
l /D
2 étoiles encore séparées

Limite de résolution

=>
1 l /D
2
On ne peut plus
distinguer les
2 images
3
Dans la pratique : Turbulence atmosphérique => dégradation
Vent
Etoile
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
Atmosphère
Onde froissée
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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
• D = 10 cm
  1"
• D = 10 m
  0,01"
Résolution limitée par la turbulence
  l/r0  1" Même performance !
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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
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Années 1970 : Un grand projet pour un grand télescope
•Pour le visible
•Dans l'espace => plus de turbulence
=> transparence parfaite
Compromis entre :
masse embarquable <=> taille du miroir
Grande résolution
spatiale
diamètre 2,4m
Résolution : l/D  0,01 " (1cm à 200 km) (dans l'UV)
Exigences :
Optique parfaite : taille à l/20 = 0,02µm
Pointage parfait : < 0,01"  l/D
Longue durée de vie => "visitable" => lancement navette
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Rapide présentation du HST ...
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Lancement 24-4-90
Navette Discovery
13m x 4m
10,3 Tonnes
Orbite à 590 km
hst shuttle
9
hst sys support
10
layouthst_img08.jpg
11
Composite%20Focal%20Plane.gif
Des instruments :
• variés,
• renouvelés lors
des visites
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Horreur : il est myope !
• Erreur de montage équivalente à 4 µm
sur la surface d'un miroir
40l au lieu de l/20 !
• La 1ère mission de visite (1/12/93)
rattrape le coup avec "COSTAR"
• Enfin les performances espérées :
limite de diffraction dans l'UV
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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)
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Aperçu des découvertes du HST
depuis Mars jusqu'aux aux confins de l'Univers
15
Mars-HST0124yresized.jpg
La passion
de
Mars
16
Système solaire
SL9Gevol4.jpg
G + 5 jours
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
17
UranusB.jpg
Les Anneaux
d'Uranus
(Contraste très accentué)
18
Système solaire
Pele : Volcan actif sur Io
Galileo
HST
pelevolcanio97-21.jpg
19
Système solaire
Future comète (?) dans la ceinture de Kuiper
Trajectoire de
l'objet
KuiperBComets.jpg
Etoiles de fond
Galaxie
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Système solaire
Disque planétaire de l'étoile
 Pictoris
Un "système solaire" en formation
(Nuage zodiacal)
betaPicZodi95-39.jpg
Masque de l'étoile
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Systèmes pre-planétaires
Disque de poussière protoplanétaire dans Orion
Une étoile et son système planétaire en formation
OriEODsk.jpg
22
Systèmes pre-planétaires
Région active de formation d'étoiles dans Orion
Visible
Infrarouge
nicmos orion97-13.jpg
23
modelstarbirthi0202aw.jpg
24
Une très petite étoile : la "Naine Brune" compagnon de l'étoile Gleise 229
Masse = 20 MJupiter = 0,02 MSoleil
gliese22995-48.jpg
25
Naines brunes
Pour la "matière noire", cherchez autre chose que les naines brunes ...
DarkMatAréduite.jpg
26
Naines brunes
Le milieu interstellaire
ou
le faux vide entre les étoiles
27
CygnusLoop.jpg
Matière interstellaire
dans la constellation
du Cygne
"La dentelle du Cygne"
Milieu dilué
En moyenne : 10 atomes/cm3
très inhomogène
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Milieu interstellaire
Nuages "moléculaires"
denses dans Messier 16
pillarsM16Full.jpg
Illuminés par une étoile
chaude
Milieu dense
106 atomes/cm3
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Milieu interstellaire
Des détails
pillarsM16WF2.jpg
KnotsHelix96-13b.jpg
30
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
31
Milieu interstellaire Super nova
Spectroscopie de l'anneau
Azote et Hydrogène
SN1987ringspectro97-14.jpg
de SN1987
Soufre
Oxygène
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Milieu interstellaire Super nova
CRL 2688 : étoile à l'agonie => enrichissement du MIS en éléments lourds
Visible nicmos eggneb97-11.jpg
Infrarouge (poussière + H)
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Milieu interstellaire Nébuleuse planétaire
Des galaxies ...
... ordinaires ...
... et moins ordinaires
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Notre voisine : Galaxie Messier 31 (Andromède)
galcenterm31centreHST.jpg
galcenterm31csol.jpg
20 000 Pc
Entière, vue du sol
109 étoiles
galcenterm31centresol.jpg
700 Pc
Centre, vu du sol
10 Pc
Noyau double
vu par le HST
106 étoiles
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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
galcenter97-12.jpg
+ 400 km/sec
Fente du spectrographe
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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
Distance de la galaxie
M100CphBreduite.jpg
Calibration de l'échelle
de distance de l'Univers
avec la loi de Hubble :
V=Hd
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Galaxies ordinaires
Relevé profond avec le HST (HDF = Hubble Deep Field)
1500 galaxies
1/20
du diamètre
de la Lune
HDFMosaicFull.jpg
150 orbites
du HST
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Galaxies de toute sortes
HDF
HDFWF3.jpg
Détails
39
Galaxies de toute sortes
Encore plus profond avec NICMOS dans l'infrarouge
0,45 µm
1,1 µm
1,6 µm
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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
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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 ???
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Galaxies moins ordinaires
Les quasars : Super trou noir, avaleur d'étoiles
Luminosité : 1011 LSoleil
Galaxies "normales"
On en trouve partout
Galaxies en collision
Fusion de galaxies
quasar96-35areduiye.jpg
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Arclet dans l'amas Abell 2218 : mirages gravitationnels
HST
arcA2218.jpg
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Et pour aller encore plus loin ?
Dans l'infrarouge, sûrement,
Next Generation Space Telescope (NGST)
Télescope de 8 m dans l'espace (Lagrange 2)
Un des concepts proposés
au sol ... dans l'espace ...
ou les deux !
"Owl" (la chouette) Télescope de 100 m, étude ESO
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