• Judith Biernaux

Le télescope Hubble, un millénial ?

Le télescope spatial Hubble fête cette année ses 30 ans. Alors, jeunesse dorée ou bientôt la retraite ?


Image du Hubble Space Telescope (HST) prise depuis la navette spatiale Atlantis lors d'une mission d'entretien en 2009. Source : NASA/Hubblesite

Ah, le trentième anniversaire. À l'approche de ce pallier, nous sommes nombreux prendre le temps de la réflexion, à regarder le passé avec nostalgie, à se remémorer avec gratitude les meilleurs et pires moments des trois dernières décennies...et à sombrer dans l'angoisse, le doute, à penser qu'on devrait déjà avoir fait plus, mieux, différemment. Cette année, parmi les nouveaux trentenaires, l'on peut compter le télescope spatial Hubble. Opérationnel depuis 1990, le HST pour les intimes a déjà une carrière bien remplie, à l'origine de beaucoup d'images astronomiques aussi belles qu'instructives.


Pour marquer le coup, certains astronomes, opérateurs et techniciens ont préparé des gâteaux, des cartes d'anniversaire, et le télescope lui-même a gratifié les terriens d'un émouvant message. Alors, à quoi peut bien penser Hubble, seul dans l'espace à contempler l'univers, en arrivant au cap des trente ans ?


Un télescope ambitieux


Le jeune télescope décolle le 24 avril 1990 à bord de la navette Discovery depuis la Floride. Plein d'ambition, il se dirige vers son orbite plutôt basse, à 600 km du sol terrestre, où il restera pendant des années le meilleur télescope spatial en exercice. Placer un télescope dans l'espace permet de s'offrir une vue imprenable, libérée de toute nuisance atmosphérique (nuages, turbulences, cycle jour/nuit...). En plus son grand miroir de 2.4 mètres de diamètre, il emporte des instruments optiques qui lui permettront d'observer l'univers dans les domaines de l'infra-rouge proche et de l'ultraviolet. Avec cet arsenal, Hubble se donne pour mission de nous aider à découvrir l'univers lointain, profond, c'est-à-dire vieux, pour mieux comprendre son évolution. Il part observer les galaxies les plus anciennes, des étoiles en train de naître, d'autres en train de mourir (supernovae), mais aussi nos planètes voisines dans le système solaire.


Il fournira aux astronomes des données qui permettront de mesurer la vitesse d'expansion de l'univers, ou encore de détecter de la matière sombre dans des galaxies et amas de galaxies. Le HST se place en pionnier dans les observations cosmologiques. La cosmologie, c'est la branche de l'astronomie qui s'intéresse à l'Univers dans son ensemble, à très grande échelle : sa structure, sa naissance et son évolution. La cosmologie est restée une science très théorique jusque dans les années 1920, ou un astronome américain comprend que l'univers ne se limite pas à notre galaxie, mais qu'il en existe d'autres, lointaines, et qu'elles peuplent un univers infini. Cet astronome s'appelle... Edwin Hubble.



Image du champ profond de Hubble, petite région du ciel photographiée en longue pose, qui dévoile des milliers de galaxies. Image : R. Williams (STScI), the Hubble Deep Field Team and NASA


Une fois en orbite, le télescope spatial Hubble est géré par deux centres : d'une part, la maintenance du télescope, le contrôle de son orbite et de ses opérations ont lieu depuis le Goddard Space Flight Center à Washington. D'autre part, le Space Telescope Science Institute (STScI) est en charge de ses affaires scientifiques. Les équipes de ces bureaux, situés à Baltimore, trient et sélectionnent les demandes de temps d'utilisation du télescope. Un comité reçoit les requêtes des instituts scientifiques, les examine, avec l'aide d'experts, puis enfin décide de la priorité et du temps alloué à chaque mission d'observation. Il s'agit non seulement de gérer les priorités de chacune, mais aussi de concilier les besoins scientifiques avec les caractéristiques de l'instrument et les contraintes de son orbite : combien de temps doit durer l'observation ? Doit-elle être répétée pour observer un phénomène périodique ? Le télescope peut-il observer la zone du ciel concernée pendant toute son orbite, ou seulement pendant une petite "fenêtre" de temps ? Ou encore, pendant seulement une période de l'année bien spécifique ? La préparation d'une observation de Hubble peut prendre plus d'un an. Les données scientifiques sont alors collectées, archivées, et mises à disposition de la recherche. De nombreuses bases de données sont accessibles librement, mais sur demande. La page "Galerie" du Hubblesite permet d'en découvrir un florilège, dont voici deux magnifiques extraits.



Un télescope écologique et durable


Dans les années 1980, la NASA conçoit le premier véhicule spatial complètement réutilisable, la navette spatiale. L'idée est de concevoir un vaisseau (ou plutôt, cinq vaisseaux) qui peut assurer l'aller et le retour d'un vol spatial : la navette peut atterrir comme un avion sur Terre et être alors réutilisée pour un prochain vol, contrairement aux fusées qui sont perdues après chaque usage. Avec ce système, la NASA espère diminuer les coûts de chaque lancement, au lieu de devoir bâtir un nouvel engin à chaque vol. Il s'avèrera plus tard que les coûts de maintenance et de reconditionnement de la navette spatiale sont élevés, comparables aux coûts de construction d'une fusée, et que la cadence des lancements ne peut pas être tenue.


Cependant, c'est dans cette optique d'allers-retours qu'à été conçu le télescope spatial Hubble. Sa conception prévoit de pouvoir l'améliorer périodiquement, de changer régulièrement les instruments, ou de pouvoir facilement remplacer les équipements de vol comme les batteries ou gyroscopes. Son design comprend par exemple beaucoup de mains courantes, pour pouvoir s'y agripper en zéro gravité. Les instruments sont montés sur des panneaux facilement démontables, les équipements sont aisément accessibles et manipulables en pleine impesanteur.


De cette manière, le Hubble Space Telescope allait être régulièrement modernisé, et sa longévité allait sans cesse croître. Cette optique durable est plutôt à contre-courant de l'exploration spatiale en général : la plupart des satellites sont prévus pour fonctionner seuls et à durée limitée. Une fois en fin de vie, les instruments spatiaux peuvent être dégagés sur une orbite lointaine ou simplement laissés là jusqu'à ce que la gravité les ramène naturellement sur Terre, ce qui peut prendre des dizaines d'années. Cette démarche génère une problématique de débris spatiaux. Le télescope spatial Hubble, lui, se voulait durable, à la fois pour des raisons écologiques mais surtout financières. Son concept même allait de pair avec celui de la navette spatiale, en particulier avec le bras robotisé attaché à la navette qui permettait à l'astronaute réparateur d'accéder eu HST en toute sécurité. Avec la fin des navettes spatiales en 2011, c'est la fin des missions de service pour notre bon vieux Hubble.





On appelle mission de service un vol spatial qui a pour but d'interagir avec un instrument déjà placé en orbite pour le réparer, l'améliorer, ou y exercer toute autre opération. Ces missions sont plutôt rares, mais Hubble en a connu cinq entre 1993 et 2009. Ses instruments optiques ont été régulièrement réparés ou même remplacés, son miroir, victime d'un défaut de fabrication, a été corrigé, sa mémoire a été remplacée et améliorée, ainsi que des gyroscopes, panneaux solaires, batteries et revêtement thermique. Les missions de service n'ont longtemps concerné que notre ami Hubble. Cependant, la problématique grandissante des débris spatiaux a quelque peu ravivé l'intérêt de l'industrie spatiale pour les instruments de service. Par exemple, le projet e.Deorbit de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) a été proposé dès 2013 : il s'agissait d'un engin spatial dont le seul but était d'aller pousser hors de son orbite le gigantesque Envisat, satellite d'observation terrestre à la retraite sur une orbite où le trafic est intense et risqué. En 2018, l'ESA annonce que ce projet se mue en engin spatial de service plus général. Toujours à l'étude, cette mission pourrait déboucher sur un vaisseau spatial "couteau suisse", capable de "s'amarrer à divers satellites pour les alimenter en carburant, en remplacer certaines pièces ou en changer l'orbite". À l'ère des méga-constellations, la présence de satellite inactifs ou inutilisables sur les orbites les plus fréquentées est une véritable bombe à retardements : la moindre collision pourrait avoir des conséquences pour le moins non-négligeables. L'ESA entrevoit avec cette démarche quelques engins spatiaux qui joueraient le rôle de "chien de berger" parmi l'énorme troupeau de satellites autour de notre petite planète bleue.


D'autres missions de services sont en cours de conceptualisation avec des objectifs semblables, par l'ESA, la NASA, des écoles, ou parfois par des entreprises privées. Par exemple, le géant Northorp-Grumman annonçait ce 17 avril le succès de son véhicule de ravitaillement MEV-1 et, grâce à lui, le retour à la vie d'un satellite de télécommunications. Malheureusement, les retours sur investissements de ce genre de mission ne sont pas suffisants, malgré leurs bénéfices écologiques, ce qui les condamne bien souvent à rester à l'état de projet.





Un télescope en fin de vie ?


Trente ans, pour un humain, c'est un cap. Pour un télescope spatial, c'est un record de longévité. Hubble est-il devenu ringard, obsolète ?


Dans ce communiqué à Scientific American, le directeur du STScI à Baltimore affirme recevoir un millier de demandes d'observation par an. Malgré des télescopes terrestres de plus en plus performants, Hubble reste un chouchou des astronomes, et les demandes dépassent amplement le temps d'observation disponible.


Et vous, Hubble, ou vous voyez-vous dans cinq ans ?


Toujours dans ce communiqué, le STScI affirme avoir pour ambition de garder le télescope opérationnel jusqu'en 2025. Bien sûr, Hubble n'est pas à l'abri d'un pépin technique, mais ses cinq missions de service lui ont conféré une grande fiabilité. Après tout, il a déjà grandement fait ses preuves. Ses capacités d'observation dans l'UV sont précieuses pour la communauté astronomique, ces rayons étant bloqués par l'atmosphère terrestre.


On parle souvent du James Webb Space Telescope (JWST) comme du successeur de Hubble. Ce grand télescope spatial, avec son miroir de 6.5 mètres (contre 2.5 mètres pour Hubble), devrait plutôt être considéré comme son petit frère. En effet, ses capacités d'observation dans l'infrarouge seront légèrement meilleures que celles de Hubble. En revanche, il sera aveugle dans l'ultraviolet. Les principaux objectifs scientifiques du JWST concernent les origines : origines des premières étoiles juste après le Big Bang, formation des étoiles plus actuelles, ainsi que des exoplanètes qui les accompagnent.


Le lancement du JWST est prévu pour 2021, à bord d'une fusée Ariane, et sa durée de vie est prévue pour environ six ans, sans mission de service. Le STScI affirme que dans un premier temps, la plupart des cibles du JWST seront également l'objet de demandes d'observations auprès de Hubble, afin d'une part de s'assurer du bon fonctionnement du JWST, et d'autre part, de combiner les capacités des deux télescopes pour une étude complète et détaillée de chaque cible dans plusieurs domaines de l'infra-rouge.



Toujours demandé, Hubble reste un instrument de pointe, et occupe une place de premier plan en astronomie. Pionnier dans sa conception, durable avant l'heure, Hubble est presque un avant-gardiste de l'exploration spatiale. Si comme les humains trentenaires, Hubble s'accorde un moment de réflexion sur son passé, il peut être fier d'avoir boosté l'astronomie, en particulier la cosmologie. Si comme les humains trentenaires, il ressent une certaine angoisse par rapport au futur ou s'il se compare aux autres instruments, il peut se rassurer : de belles années s'ouvrent encore pour lui en termes de science, et il mettra sans doute le pied à l'étrier à une nouvelle génération de télescopes, dont le JWST. Joyeuse crise de la trentaine, Hubble !


Et vous, quand est votre anniversaire ? Qu'a observé Hubble ce jour-là ? Rendez-vous ici pour le découvrir.


Sources

Communiqué de Presse du directeur du STScI au Scientific American, Lee Billings, 27 avril 2020


Pages Web du HST hébergées par la NASA


Pages Web du HST hébergées par l'ESA


Annonce par l'ESA du remaniement des objectifs de e.Deorbit


Eric Berger, For the first time, a spacecraft has returned an aging satellite to service, ARS Technica, 17/04/2020


Pages Web du James Webb Space Telescope

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