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 4 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 ! 5 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 6 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 7 Rapide présentation du HST ... 8 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 12 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 13 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) 14 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 17 Système solaire 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 20 Système solaire Disque planétaire de l'étoile Pictoris Un "système solaire" en formation (Nuage zodiacal) betaPicZodi95-39.jpg Masque de l'étoile 21 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 28 Milieu interstellaire Nuages "moléculaires" denses dans Messier 16 pillarsM16Full.jpg Illuminés par une étoile chaude Milieu dense 106 atomes/cm3 29 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 32 Milieu interstellaire Super nova CRL 2688 : étoile à l'agonie => enrichissement du MIS en éléments lourds Visible nicmos eggneb97-11.jpg Infrarouge (poussière + H) 33 Milieu interstellaire Nébuleuse planétaire Des galaxies ... ... ordinaires ... ... et moins ordinaires 34 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 35 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 36 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 37 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 38 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 40 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 41 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 ??? 42 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 43 Arclet dans l'amas Abell 2218 : mirages gravitationnels HST arcA2218.jpg 44 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 45