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Pourquoi envoyons-nous des télescopes dans l’espace ?

La nébuleuse du Crabe
Un télescope dans l’espace, c’est une idée évidente pour n’importe quelle armée : cela s’appelle un satellite espion ! Pour les scientifiques, l’idée était de retourner l’objectif, afin qu’il ne pointe pas vers les nations ennemies, mais vers l’infini de l’espace… Car de l’observation naissent la connaissance et la compréhension, ainsi que tout progrès technologique et humain.

Dans mon article précédent, nous avons vu à quel point le développement de nos civilisations était lié à l’observation des étoiles : nos spiritualités, religions, philosophies, sciences et progrès technologique lui doivent énormément. Elle a également ouvert la voie à un rêve complètement fou de notre espèce depuis des millénaires, la conquête spatiale !

Car, si le XIXe siècle fut le témoin d’un bond technologique sans précédent dans l’ère de l’industrialisation, le XXe siècle ne tarda pas à constater les limites de l’observation du ciel depuis le plancher des vaches.

Pourquoi concevoir un télescope spatial ?

L’observation ici-bas se heurte à un problème de taille : non seulement l’atmosphère complique l’obtention d’images parfaitement nettes du fait de ses distorsions, mais aussi elle est opaque pour la majeure partie du spectre électromagnétique.

En d’autres termes, il est impossible pour un radiotélescope de capter des signaux purs : entre interférences électromagnétiques émises par nos appareils et transmissions radio, l’absorption atmosphérique de basse et haute fréquence, la pollution radioélectrique moderne de nos communications, et la limitation angulaire due à la rotation de la Terre (fixes, les radiotélescopes sont dépendants de l’orientation de la planète pour observer les régions du ciel), ils doivent composer avec de nombreux facteurs limitant leur précision.

L’idée germa alors de se soustraire à tous ces inconvénients en l’envoyant là où nulle perturbation ne pourrait l’atteindre : dans l’espace ! Libéré, délivré de ces contingences, un tel instrument pourrait à loisir observer la région souhaitée plusieurs jours d’affilée, bénéficier d’une précision inédite puisque sans interférence, et donc repousser l’horizon visible en captant la moindre trace de lumière – ou d’onde.

Vers l’infini et au-delà !

Dès lors, les premières discussions concrètes sur la possibilité d’envoyer des instruments astronomiques en orbite terrestre remontent aux années 1940, et plus précisément 1946 alors que Lyman Spitzer, un astrophysicien américain, expose dans un article les avantages indéniables d’un télescope spatial. Il permettrait effectivement d’observer le cosmos dans les longueurs d’onde infrarouges et ultraviolettes, ce qui n’est pas possible sur Terre (notre atmosphère les filtre en grande partie).

Quel intérêt de viser spécifiquement ces portions du spectre lumineux ? Contrairement à la lumière visible, les infrarouges traversent les nuages de poussière ! De plus, ils mettent en évidence le décalage vers le rouge, c’est-à-dire l’éloignement des astres les uns des autres, et permettent de détecter les émissions thermiques. Quant aux ultraviolets, ils permettent d’analyser la composition chimique des atmosphères et de révéler la formation de jeunes étoiles, ainsi que les phénomènes énergétiques extrêmes tels que les supernovas.

C’est donc très tôt dans l’aventure spatiale que sera défini cet objectif : en 1962, à peine cinq ans après la mise en orbite du tout premier satellite artificiel, Spitzer sera chargé de présider une commission afin de définir les objectifs scientifiques d’un tel instrument optique.

C’est également cette année-là que la NASA lança ses premiers satellites d’observation dédiés à l’étude du soleil, suivie par la Grande-Bretagne.

Hubble, un accouchement difficile

Quatre ans plus tard, en 1966, des télescopes sont mis pour la première fois en orbite terrestre : OAO 1 (qui tombe en panne au bout de trois jours !) et OAO 2, qui réussira à tenir quatre ans. Ce succès, et les images inédites qu’il fournit (ainsi que celles d’OAO 3 lancé en 1972), convainquirent de se mobiliser pour un projet de plus grande ampleur.

La NASA se lance dès 1970 dans la définition concrète de ce projet, qui devra servir notamment à préciser la preuve de l’expansion de l’univers apportée par Edwin Hubble en 1929. En d’autres termes, il devra embarquer des instruments permettant de mesurer la vitesse à laquelle les galaxies s’éloignent les unes des autres. C’est donc tout naturellement que ce LST (Large Space Telescope) sera plus tard baptisé Hubble, en hommage à cet astronome américain.

Malheureusement, le projet connaîtra de nombreuses difficultés : en 1974, ses financements seront supprimés, puis rétablis à moitié seulement. En conséquence, les spécifications techniques sont revues à la baisse et l’ESA (l’agence spatiale européenne) accepte d’entrer à son budget en échange de temps d’observation. Les deux agences se partageront ainsi les tâches et la fabrication des instruments de mesure. Il faudra attendre 1977 pour que le financement nécessaire soit entièrement rétabli par le gouvernement américain.

Un appareil conçu pour durer

Vous le savez, toute construction ou outil se dégrade au fil du temps. Entre le vieillissement des pièces, les accidents, l’usure normale et autres imprévus, des opérations de maintenance ou d’entretien doivent être planifiées régulièrement. Sur Terre, c’est chose aisée : l’accès est facile, les contraintes et protocoles connus, quand une pièce doit être changée, on la fabrique et on la change, tout simplement !

Mais l’espace est un milieu particulièrement hostile et difficile d’accès. Une mission habitée se prépare des mois (voire des années) à l’avance, et s’avère toujours extrêmement périlleuse et coûteuse. Il s’agit de ne pas dilapider les 2 milliards de dollars dépensés pour fabriquer Hubble (prévu pour durer au moins 15 ans) au moindre problème survenu ! Le télescope de la taille d’un autobus sera donc conçu pour être réparé et amélioré périodiquement par des missions de maintenance portées par la navette spatiale américaine.

Eh oui, n’oublions pas qu’à 600 km au-dessus de nos têtes et lancé à 27 000 km/h autour du globe, l’écart de température est de 250° toutes les 45 minutes entre le jour et la nuit ! De quoi mettre à mal les métaux et les délicats circuits électroniques… Fort de l’expérience des OAO, il faudra s’attendre à des pannes – voire des accidents – auxquelles il faudra pouvoir faire face. Bien leur en a pris, car des problèmes, il allait y en avoir !

Drames, pannes et boulettes

Les équipes en charge de la construction d’Hubble et de son lancement travaillent d’arrache-pied pour une mise en place qui approche à grands pas. Mais en 1986, c’est le drame : la navette Challenger explose quelques minutes après son décollage, emportant dans la mort son équipage de sept astronautes.

Immédiatement, tous les projets spatiaux sont gelés : la mise en orbite d’Hubble est alors repoussée de trois ans. Les techniciens profitent de cette mise en pause forcée pour perfectionner les instruments embarqués. Enfin, en 1990, la navette Discovery le placera sur l’orbite prévue, concrétisant ce projet ayant vu le jour 20 ans plus tôt.

Malheureusement, les déboires de cet outil ultra-perfectionné ne faisaient que commencer. Tout d’abord, le déploiement de ses panneaux solaires assurant son alimentation en énergie ne se fit pas correctement. Il fallut les changer un mois après son lancement.

Ensuite, on s’aperçut au bout de plusieurs jours (les temps de pose de cet appareil sont très longs, c’est aussi un des avantages de la mise en orbite) que toutes les images étaient floues ! Après enquête, il s’avéra que son grand miroir avait été mal calibré par les deux ingénieurs en charge. Avec seulement 1,3 mm d’erreur (comme quoi, la taille compte parfois énormément), Hubble était complètement myope. La boulette ! Une grosse boulette.

De gros coups durs pour l’équipe qui avait passé vingt années de labeur sur ce projet, à batailler auprès des politiques et des administrations, devant à présent affronter les railleries mondiales des médias. Je pense que c’est à ce moment-là que le chef de projet a dû se bénir d’avoir prévu l’appareil pour faciliter les interventions ultérieures sur ses composants…

Un problème ? Une solution !

Comme il n’était pas possible de changer son miroir, il fallut contourner le problème. Hubble était myope ? On proposa de lui fabriquer des lunettes ! Ainsi qu’une nouvelle caméra principale spécialement calibrée afin de corriger ce défaut.

Entretemps, malgré ce flou, les scientifiques purent tout de même produire des images très intéressantes laissant entrevoir les observations inédites à portée de navette, si le financement de la réparation était approuvé. Et il le fut.

Trois ans plus tard, en 1993, la mission de sauvetage fut lancée. Durant 11 jours, les opérations  se succédèrent sur le pauvre Hubble grâce au talent des astronautes Kathryn Thornton et Tom Akers. Mine de rien, cette mission fut également un galop d’essai pour un projet de plus grande ampleur : une station spatiale internationale. Mais cela, c’est une autre histoire…

Infographie de 2 des 21 impacts sur Jupiter de la comète Shoemaker-Levy 9
Infographie de 2 des 21 impacts sur Jupiter de la comète Shoemaker-Levy 9 tels que vus par Hubble

En route pour l’aventure !

Le premier grand succès populaire du télescope interviendra quelques mois plus tard, avec l’impact sur Jupiter de la comète Shoemaker-Levy 9 en juillet 1994. Tous les télescopes du monde étaient tournés vers la géante gazeuse pour l’occasion, mais celui qui bénéficiait d’une place de choix était évidemment… Hubble ! 

Une partie de la communauté scientifique de l’époque pensait qu’un si petit objet n’aurait aucun impact visible sur une si grosse planète (11 fois la taille de la Terre). Ils ne pouvaient pas avoir plus tort ! Ce fut la première fois que des humains purent observer une telle collision. Ses effets sur la planète furent dantesques, et convainquirent les États-Unis de financer un programme de surveillance des astéroïdes géocroiseurs (autrement dit, susceptibles de croiser l’orbite terrestre et de nous tomber sur la tête). Subitement, la menace d’un corps céleste causant un cataclysme mondial n’appartenait plus à la science-fiction ni à des scientifiques alarmistes, mais s’était déroulée devant nos yeux.

L’année suivante, c’est une image dont le succès coïncida avec l’essor de l’Internet dans le monde : les Piliers de la Création dans la nébuleuse de l’Aigle, située dans notre galaxie. Cette image marque un tournant décisif tant dans l’histoire d’Hubble que dans le milieu scientifique : pour la toute première fois, une image scientifique faisait le tour du monde, la couverture du prestigieux magazine Time, et envahit jusqu’aux salles d’école du monde entier.

Hubble jetait un pont entre la science et l’art, impressionnant durablement l’imaginaire collectif et la culture moderne.

L’influence d’Hubble sur la société

Dès lors, chaque image époustouflante publiée par la NASA nous dévoilait l’univers tel que nous ne l’avions jamais vu ni même imaginé. Il nous révèle notamment une photo de l’espace profond, pas plus grand qu’un grain de riz tenu à bout de bras, dans laquelle brillent plusieurs milliers… de galaxies ! Chacune contenant des centaines de milliards d’étoiles autour desquelles orbitent des milliards de planètes.

Les réalisateurs de films se sont emparés de ce matériel inédit, les scénaristes, les artistes de tout poil… Les scientifiques, bien entendu, ont commencé à faire de déroutantes découvertes et surtout ont pu dater précisément l’âge de l’univers : 13,8 milliards d’années. Avant cela, on l’estimait grossièrement entre 10 et 20 milliards d’années – autant dire une sacrée fourchette ! 

On put également attester l’existence des objets célestes les plus mystérieux à ce jour : les trous noirs. Contrairement à ce qu’on pensait jusqu’alors, on découvrit qu’ils étaient très nombreux, et toujours liés à la naissance des galaxies.

Si le sujet vous intéresse, je vous propose d’en lire davantage dans mon article dédié. Que sont-ils ? D’où viennent-ils ? Doit-on les craindre ? Quel est leur régime alimentaire ? Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les trous noirs sans jamais avoir osé le demander !

Mais surtout, Hubble a pu atteindre son but premier : souvenez-vous, la mesure de la vitesse à laquelle s’éloignent les galaxies. Et cela a abouti à un paradoxe incompréhensible : après une décélération globale, elles se sont soudainement mises à accélérer sans raison apparente. Illogique ! En tout cas, dans le modèle du monde tel que nous l’envisagions.

Pour résoudre ce paradoxe, les notions de matière noire et d’énergie noire ont été avancées. En d’autres termes, une matière et une énergie totalement inconnues et invisibles, qui défient toute mesure et occuperaient actuellement 95 % de la totalité de l’univers connu. Hubble nous démontre encore une fois que plus nous avançons, moins nous en savons ! Les apparences sont toujours trompeuses.

Vous le voyez, les contributions d’Hubble à la société moderne sont immenses. Au-delà des 17 000 articles scientifiques publiés à la suite de ses observations, les répercussions de ses découvertes sont loin d’être résolues, et s’étendent aujourd’hui encore dans de nombreux domaines de notre vie quotidienne.

Tout doit disparaître

Depuis 1995, Hubble a fait l’objet de plusieurs maintenances et réparations : ses panneaux solaires ont dû être changés encore une fois, une nouvelle caméra infrarouge a été installée ainsi qu’un détecteur de trous noirs. Mais le dernier jalon marquant fut la tragédie de 2003, avec l’explosion de la navette Colombia à son retour dans l’atmosphère terrestre.

Le Président américain George W. Bush décrète alors pour 2010 l’arrêt définitif du programme de navettes spatiales, condamnant ainsi Hubble à mourir de dépérissement juste avant sa dernière maintenance. On vit alors se lever quelque chose d’inédit : un mouvement mondial exhortant à dépanner Hubble une dernière fois.

Dans tous les pays du globe, astronomes professionnels et amateurs, fans et férus de science firent entendre leur voix via Internet et les médias. Avec ses images époustouflantes, Hubble fut le seul outil scientifique au monde à avoir parlé directement au cœur du grand public. Devant cette plaidoirie populaire, le nouveau directeur de la NASA annonça une toute dernière mission de dépannage prévue pour 2009. Pendant 12 jours, parmi d’autres opérations, une nouvelle caméra ayant demandé 11 ans de développement est installée.

Aujourd’hui, 34 ans après son lancement, ce télescope prévu à l’origine pour durer 15 ans fonctionne encore malgré de nombreuses pannes sporadiques. Fin 2023, la NASA a tout de même lancé un appel aux entreprises du secteur spatial pour sauver Willy Hubble encore une fois : mais il ne faut pas tarder, car dès 2025, son orbite tombante vers notre planète le rendra particulièrement instable…

Quoi qu’il en soit, ce bijou technologique a d’ores et déjà révolutionné le monde de la science et notre vision de l’univers.

James Webb succède à Hubble

Vous l’avez vu, il a fallu 20 ans entre le moment où Hubble a été imaginé et celui où il a été mis en orbite. Sans surprise, c’est donc juste avant son lancement en 1989 qu’on réfléchit déjà à l’outil qui prendra sa relève, puisque Hubble est censé durer au moins 15 ans.

Toutefois, avec tous les problèmes rencontrés par Hubble à son lancement l’année suivante, le projet alors nommé Hi-Z fut suspendu pendant quelques années. Quand les études reprirent en 1995, il fut rebaptisé NGST (télescope spatial de prochaine génération) et l’idée fut de le construire plus grand, plus perfectionné, et de l’installer plus loin : au point « Lagrange L2 », soit près de 3 000 fois plus loin que Hubble.

Pourquoi l’envoyer si loin, me direz-vous ? Surtout qu’à cette distance, aucun engin ni spationaute ne pourra aller le dépanner en cas de besoin. Eh bien, c’est un pari risqué mais potentiellement payant : il serait placé dans l’ombre de la Terre sans jamais dévier, protégé des rayons du soleil et de leur chaleur (avouez qu’on voit beaucoup moins bien quand on a le soleil dans les yeux…). Par conséquent, plus d’écarts de température, plus de déformations thermiques ! Et puis, très peu de perturbations dues à la Terre et la Lune, une continuité ininterrompue de ses observations (puisqu’il resterait en orbite stable immobile par rapport à notre planète), et une réduction des interférences radio parasites de nos propres émissions.

Un tel instrument permettrait de voir bien plus loin et plus précisément encore que son aîné Hubble ! En restant froid constamment, son observation des infrarouges serait bien plus efficace.

Conçu pour durer de 5 à 10 ans et retardé par la pandémie de Covid-19, il sera finalement lancé en 2021 – mais ce n’est qu’à la mi-mars 2022 qu’il sera pleinement opérationnel. Cette fois, pas de myopie ! Et heureusement, car à cette distance il nous est impossible d’aller le dépanner. Il doit être entièrement autonome, y compris en cas de panne. C’est là qu’on remercie l’intelligence artificielle pour prendre la relève. Je vous laisse imaginer le stress des équipes en attendant le déploiement complet de ce joujou hi-tech à 10 milliards de dollars, à plus d’un milliard et demi de kilomètres de distance… D’autant que ce déploiement, contrairement à Hubble, ne s’est pas fait en quelques heures, mais en plusieurs semaines à -235° C !

Ses premières images, reçues en juillet de cette même année, sont à la hauteur du joujou (il révèle notamment des objets datant de 500 millions d’années seulement après le Big Bang) et promettent à la communauté scientifique des années d’analyse et de découvertes passionnantes, qui révolutionneront certainement, une fois encore, notre conception de l’univers.

D’accord, mais concrètement ?

Comment ça, « concrètement » ?! N’avez pas lu cet article ? Ni le précédent sur la nécessité d’observer le ciel ? Outre les apports quotidiens tels que le GPS, l’hydroponie, le Velcro, les joysticks, les couvertures de survie, le Kevlar, ou même les œuvres artistiques qui forgent notre vision du monde et les vocations des futurs scientifiques, la recherche spatiale nous permet de mieux comprendre les mécanismes qui régissent notre monde, notre planète, notre climat, et notre impact sur l’environnement.

Nous sommes passés d’une espèce qui se pensait le centre d’un monde minuscule à un grain de poussière quasi insignifiant dans un ensemble si grand qu’il nous paraît infini. Il nous reste encore 95 % de l’univers à comprendre, et 5 % à explorer ! Qui peut prédire les bouleversements sociétaux et technologiques qui seront engendrés par les prochaines découvertes ? Car, au-delà de nos tâtonnements se pose la question de la vie ailleurs dans l’univers, et plus spécialement celle de la vie que nous considérons comme intelligente.

Nous venons à peine de soulever la couverture du livre.

Merci à vous d’avoir lu cet article particulièrement long ; je tenais à vous montrer à quel point ces bijoux technologiques sont une épopée qui monopolise toute une vie, toute une carrière.

Imaginez passer 20 ans sur un projet sans savoir si, à la fin, tout fonctionnera comme prévu ou si vous avez travaillé tout ce temps pour rien ! Ils sont le fruit de ce que l’intelligence humaine peut concevoir de mieux, de façon collaborative.

Pour aller plus loin, je vous conseille grandement le superbe documentaire L’odyssée d’Hubble : un œil dans les étoiles, où vous retrouverez en détail cette aventure. Quant au télescope James Webb, vous pouvez trouver de très beaux documentaires également sur les plateformes de vidéo à la demande.

N’hésitez pas à me dire en commentaire ce que vous en pensez ! 

© Photos : Nasa & ESA, Wikipedia.

Plume, encrier et livre

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