Présentation
Auteur(s)
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François BIRAUD : Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) à l’Observatoire de Meudon
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- NGUYEN-QUANG-RIEU : Directeur de Recherche au Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) à l’Observatoire de Meudon
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’astronomie a depuis l’origine des temps passionné les hommes qui aspiraient à la découverte de l’Univers. Des progrès réels n’ont été réalisés que depuis l’invention de la lunette astronomique, au début du XVII e siècle. La radioastronomie, qui est une branche très jeune de l’astronomie, consiste à capter les ondes radioélectriques émises par les astres. L’émission radioélectrique d’origine extraterrestre, en provenance du centre de notre Galaxie, fut découverte de façon accidentelle dans les années trente par un ingénieur, Jansky, travaillant à la compagnie Bell Telephone. Cette émission radio sur onde décamétrique constituait une source de perturbation des liaisons radio étudiées par Jansky. Il fallut néanmoins attendre la fin de la Seconde Guerre mondiale pour que la radioastronomie prît un essor décisif avec l’avènement des antennes radar de plus en plus sophistiquées.
Après la détection du rayonnement radioélectrique du Soleil et des planètes ainsi que celle des étoiles, des nébuleuses gazeuses, des galaxies et des quasars, la radioastronomie a permis la découverte d’astres aussi inattendus que les pulsars engendrés par des étoiles à neutrons, objets dont l’existence avait été prédite par des calculs théoriques. Les radiosources peuvent émettre un spectre continu, résultant de l’accélération des électrons dans le champ électrostatique des ions ou dans un champ magnétique gelé dans le nuage de gaz. Elles peuvent également émettre un spectre de raies tel que celui de la raie 21 cm de l’atome d’hydrogène qui est le constituant le plus abondant du gaz interstellaire. Dans les années soixante-dix, l’exploration dans le domaine des ondes millimétriques a révélé dans la Voie lactée et dans des galaxies proches la présence de raies dues à de nombreuses molécules minérales et surtout organiques, analogues à celles constituant les briques élémentaires dans l’échafaudage des acides aminés.
Le tableau 1 donne la liste des catégories de radiosources ainsi que la nature du rayonnement émis. Nous décrirons tout d’abord la technologie la plus avancée utilisée en radioastronomie et passerons en revue les résultats acquis dans le domaine de l’astrophysique grâce à cette technique.
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Radiotélescopes1. Généralités
1.1 Spectre du rayonnement électromagnétique
Le spectre du rayonnement électromagnétique émis par les astres couvre un domaine étendu de longueurs d’onde, des ondes les plus courtes (le rayonnement γ ) aux ondes les plus longues (les ondes radioélectriques). La figure 1 représente le domaine spectral des ondes électromagnétiques.
Le rayonnement provenant de l’espace est absorbé ou réfléchi par l’atmosphère terrestre dans un grand domaine du spectre. Les rayonnements γ , X et ultraviolet (UV) sont absorbés par les noyaux d’atomes ou les atomes et les molécules de la couche atmosphérique. La majeure partie des ondes du domaine infrarouge (IR) est filtrée par les molécules d’eau et de gaz carbonique. Les ondes radio de longueur supérieure à 30 m sont par contre renvoyées dans l’espace par suite de la réflexion sur la couche de gaz ionisé (ionosphère) qui se trouve dans la haute atmosphère. Il n’existe que deux fenêtres où l’atmosphère est pratiquement transparente : la fenêtre dans le domaine visible et proche IR, entre » 0,35 et » 3 µm et celle dans le domaine radio, entre » 1 mm et » 30 m. Certaines parties du spectre de l’infrarouge, vers 20 µm, peuvent être accessibles grâce aux télescopes installés dans des sites de haute altitude (» 2 000 à 4 000 m) où l’atmosphère est relativement dépourvue de vapeur d’eau. De tels sites contribuent également à améliorer les conditions d’observation dans le domaine des ondes millimétriques.
La connaissance des processus physiques qui s’effectuent dans les astres exige l’exploration d’un domaine spectral aussi vaste que possible. Les astronomes ont ainsi parfois recours à des télescopes et radiotélescopes installés hors de l’atmosphère à l’aide de ballons, fusées et satellites.
Ces moyens spatiaux au service de l’astronomie moderne sont largement utilisés, notamment dans le domaine des rayons γ , X, ultraviolets et infrarouges. La navette spatiale américaine a mis en orbite en 1990 le Hubble Space Telescope, avec beaucoup de retard sur le projet initial. De plus, on sait qu’une erreur dans les procédures de contrôle a fait que le miroir de 2,4 m de diamètre est affecté d’une sévère aberration, qu’il est possible d’éliminer en grande partie au prix...
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