télescope

1

Présentation

télescope, appareil servant à former une image agrandie d’un objet distant.

2

Historique

2.1

La lunette astronomique

Précurseur du télescope, la lunette astronomique est conçue en Hollande vers 1608. On en attribue l’invention à l’opticien hollandais Hans Lippershey, bien que quelques controverses subsistent à ce sujet. Mais c’est l’astronome italien Galilée qui, le premier, l’utilise pour l’observation astronomique en 1609. À l’aide des premières lunettes astronomiques qu’il met au point (grossissement d’environ 20), Galilée découvre notamment les montagnes et les cratères de la Lune, ainsi que les quatre lunes principales de Jupiter. Son confrère allemand Johannes Kepler en perfectionne le principe, en proposant une formule optique à deux lentilles convexes (voir optique). Cette idée est mise en application vers 1630 par l’Allemand Christoph Scheiner, un père jésuite astronome et mathématicien. Du fait des difficultés dues à l’aberration sphérique, la distance focale est très élevée : jusqu’à 61 m.

Grâce à l’invention, en 1757, de l’objectif par l’opticien anglais John Dollond (voir achromatisme), et à l’amélioration, à partir de 1754, du verre optique à base de plomb — fortement dispersif — on peut enfin construire de bons télescopes. Toutefois, le diamètre des lentilles ne dépasse pas 10 cm, ce qui limite la taille des instruments. Des procédés de fabrication de verres de plus grandes dimensions sont mis au point à la fin du xviii^e siècle par Pierre Louis Guinand, un opticien suisse qui s’associe ensuite au physicien allemand Joseph von Fraunhofer. On peut alors fabriquer des instruments de 25 cm de diamètre.

La seconde moitié du xix^e siècle consacre un astronome américain, Alvan Clark, qui fabrique avec son fils Alvan Graham Clark d’excellentes optiques pour des lunettes astronomiques équipant les grands observatoires américains, l’observatoire impérial russe de Poulkovo et d’autres institutions européennes.

2.2

Les premiers télescopes

Dans un télescope, un miroir concave est utilisé pour former l’image. De nombreuses variantes ont été inventées pour cet instrument qui a servi à de nombreuses découvertes astronomiques importantes. L’histoire commence au tout début du xvii^e siècle, quand Niccolo Zucchi, un jésuite italien, a l’idée de se servir d’un oculaire pour observer l’image produite par un miroir concave. En 1663, le mathématicien écossais James Gregory est le premier à proposer la formule du télescope ; le mathématicien et physicien anglais Isaac Newton en construit une première version en 1671. Dans ce type d’instrument, la lumière réfléchie par le miroir primaire concave doit être amenée à une position d’observation, en dessous ou sur le côté de l’instrument — sans quoi l’oculaire et la tête de l’observateur occulteraient une grande partie du faisceau incident. Gregory contourne cette difficulté en interposant un miroir secondaire concave pour diriger la lumière vers l’oculaire. Henry Draper, l’un des premiers astronomes américains à construire un télescope, utilisera deux siècles plus tard un prisme à réflexion totale au lieu du miroir plan du télescope de Newton.

Le physicien et astronome français Jean Cassegrain invente en 1672 un télescope utilisant un miroir secondaire convexe et non plus concave. L’astronome anglais William Herschel incline le miroir principal et place l’oculaire de sorte qu’il ne fasse pas obstacle aux rayons incidents. Il utilise des miroirs de plus de 1,20 m de diamètre, logés dans un tube d’environ 12 m de long. Les miroirs de télescope sont en général constitués d’un alliage de cuivre et d’étain, jusqu’à ce qu’un chimiste allemand, le baron Justus von Liebig, découvre une méthode pour déposer un film d’argent sur une surface de verre. L’argenture des miroirs devient universelle, facilitant la construction du miroir et permettant sa réargenture à tout moment sans altérer sa forme. L’argent a été depuis supplanté par l’aluminium, qui garantit une durée d’utilisation supérieure.

En 1931, l’opticien allemand Bernhard Schmidt invente un télescope à large champ, dont le principe combine réflexion et réfraction. Le télescope de Schmidt incorpore une lame correctrice asphérique placée à l’entrée de l’instrument. Le plus grand télescope de ce type (lentille de 1,34 m de diamètre et miroir de 2 m) est celui de l’observatoire Karl Schwarzschild à Tautenberg, en Allemagne.

2.3

Les télescopes modernes

À l’heure actuelle, le plus grand télescope du monde est le télescope Keck (9,82 m de diamètre) de l’observatoire du Mauna Kea à Hawaii. Les autres grands télescopes (plus de 2,50 m de diamètre) sont à Zelentchouk (6 m), en Russie ; au mont Palomar (5,08 m), en Californie ; au mont Roque de los Muchachos (4,19 m) sur l’île de La Palma, aux Canaries ; au sommet du Cerro Tololo (4,01 m) près de La Serena, au Chili ; à l’observatoire anglo-australien près de Coonabarabran en Australie (3,89 m) ; à l’Observatoire national de Kitt Peak près de Tucson, dans l’Arizona (3,81 m) ; et à Mauna Kea (3,81 m). Le pionnier en la matière est le télescope de 2,54 m de diamètre de l’observatoire du mont Wilson, situé à Pasadena, en Californie : demeuré célèbre pour avoir servi dans les années 1920 aux travaux de l’astronome américain Edwin Hubble, son utilisation a cessé de 1985 à 1992 sous l’effet, entre autres, de pressions financières.

La conception du télescope de Keck marque une innovation importante : la surface réfléchissante de l’instrument est composée d’une mosaïque de trente-six miroirs hexagonaux, tous orientables individuellement grâce à trois vérins. Elle équivaut à un miroir primaire de 10 m de diamètre, sans en avoir le poids. Des techniques dites d’optique active permettent de jouer en temps réel sur les vérins pour optimiser le profil de la surface réfléchissante totale. Un second télescope — Keck II — a été mis en service au sommet du Mauna Kea en 1996, soit 4 ans après son « frère jumeau ».

Autre instrument remarquable, le télescope à miroirs multiples (MMT) du mont Hopkins, au sud de Tucson, dans l’Arizona. Achevé en 1979, le MMT juxtapose six miroirs concaves de 1,83 m de diamètre pour recueillir autant de lumière qu’un télescope de 4,50 m de diamètre. Ce dispositif a été remplacé en 1992 par un miroir unique de 6,50 m de diamètre.

La taille et la qualité des miroirs des télescopes ne cessent d’augmenter. Ainsi, entre 1998 et 2001, quatre télescopes géants de 8,20 m de diamètre ont été mis en service au sommet du mont Paranal, au Chili : il s’agit du programme européen Very Large Telescope (VLT), développé par l’European Southern Observatory (ESO).