Du visible...

Depuis toujours, l'Homme regarde le ciel et essaye de le comprendre. Jusqu'en 1609, il n'avait que ses yeux pour l'étudier. Cette méthode est efficace pour observer la Lune, les éclipses solaires et le mouvement des planètes, comètes et autres astéroïdes. Mais impossible de voir plus.

En 1609, l'astronome Galileo Galilei construit une lunette astronomique composée d'un tube doté de lentilles. Grâce à son invention, il observe l'année suivante des petits points s'animant autour de Jupiter. Il venait de découvrir les principales lunes de la planète géante.

Quelques années plus tard, Isaac Newton a l'idée de construire un télescope non pas avec des lentilles, mais avec des miroirs. On parle de télescope à réflexion alors que celui de Galileo est à réfraction. De nos jours, les 2 systèmes sont encore utilisés. Les lentilles sont principalement utilisées pour les petits instruments comme les paires de jumelles tandis que les miroirs sont utilisés pour les télescopes astronomiques.

Que ce soit à travers l'un ou l'autre, il n'est possible de voir que la lumière émise par les corps célestes observés. Dans le spectre électromagnétique, la lumière visible n'est qu'une infime partie de la gamme des ondes émises par les astres. Pour observer ces ondes invisibles pour nos yeux, les télescopes doivent être munis d'accessoires adaptés. Le plus connu d'entre eux est le spectromètre. Il permet de diviser la lumière visible en 7 couleurs virant du rouge au violet. C'est ce qu'on appelle les raies d'émission car chacune des raies absorbe toutes les couleurs sauf celles qu'elles émettent.

En 1802, en observant le spectre solaire, un astronome anglais découvre des rayures noires parallèles aux raies d'émission. Plus tard, on comprendra l'importance de ces rayures. Elles sont appelées raies d'absorption car elles absorbent toutes les couleurs y compris la couleur de la raie d'émission dans laquelle elles se trouvent. C'est la signature chimique des éléments composants la lumière observée.

Hubble Space Telescope
Hubble Space Telescope sur fond d'une portion de l'Univers qu'il a lui même photographié - Photo Nasa

... Vers l'invisible

En regardant le spectre électromagnétique dans son ensemble, on peut remarquer que la lumière visible ne représente qu'une infime partie des ondes. Plus on va vers la gauche, plus les ondes sont courtes et plus on va vers la droite et plus elles sont longues.

Le Soleil sous différentes longueurs d'ondes
Le Soleil sous différentes longueurs d'ondes - Photo Nasa/SDO Team/Jaxa/National Solar Observatory/Kitt Peak/NOAO/P. Volvert (Agrandir)

L'astronomie en infrarouge

Observer dans l’infrarouge, c’est voir la chaleur dégagée par un objet. Aussi froid puisse t’il être, un objet émet des radiations qui sont visibles par des capteurs infrarouges. Cette longueur d’onde est principalement utilisée pour l’observation des objets froids. L’astronomie infrarouge a permis de grandes découvertes. On notera celle faite par le télescope ISO (Infrared Space Observatory) de l’agence spatiale européenne dans les années 90. C’est à lui que l’on doit notamment la découverte de vapeur d’eau dans de nombreuses régions de l'espace et qu’elle est monnaie courante dans l'Univers, jusque dans les galaxies lointaines.

L'astronomie millimétrique et submillimétrique

Tout comme l'infrarouge, l'astronomie millimétrique/submillimétrique s'attache à l'étude des objets froids dans l'Univers et plus particulièrement les régions où se forment les étoiles. Les informations recueillies vont de la chimie atmosphérique à l'astrochimie en passant à la cosmologie.

L'astronomie dans l'ultraviolet

L'astronomie dans l'ultraviolet n'est possible que depuis l'espace. En effet, la couche atmosphérique bloque la majeure partie de ce rayonnement. Une large partie de l'énergie des étoiles chaudes est émise dans l'ultraviolet (c'est souvent le rayonnement UV qui ionise les nuages interstellaires, lesquels réémettent des radiations IR ou visibles). Dans cette longueur d'onde, il est possible de suivre les étapes de la vie d'une étoile dans le milieu interstellaire, depuis sa formation jusqu'à sa mort (supernovae, novae ou étoiles éruptives).

L'astronomie dans le rayonnement gamma

Tout comme le rayonnement ultraviolet, le rayonnement gamma ne peut être observé que depuis l'espace. Il se présente sous forme de rayonnement électromagnétique de haute énergie. Une particule de lumière dans le domaine gamma est environ 100 000 fois plus énergétique que dans le domaine de la lumière visible. Il traverse facilement les gaz et poussières dans lesquels les étoiles de la galaxie baignent. Le centre de la galaxie, invisible en lumière visible, devient observable dans le rayonnement gamma. Dans l'univers, les trous noirs constituent l’une des sources de ce rayonnement.

L'astronomie dans le rayonnement X

L'astronomie X doit également se faire depuis l'espace. La radiation X est produite par des sources qui contiennent du gaz extrêmement chaud, à des températures d'un million à plusieurs centaines de millions de kelvins. Le gaz est alors composé d'atomes et d'électrons à très haute énergie. C'est cette énergie que les télescopes détectent. Les principales sources de ce rayonnement sont les étoiles à neutrons, les trous noirs ou encore les étoiles massives.

L'astrométrie

Comme son nom l'indique, l'astrométrie est dédiée à la mesure de distance et de mouvement des astres. C'est l'agence spatiale européenne qui s'est lancée la première dans cet objectif avec la mission Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite). Ce satellite a pu mesurer avec précision la distance qui nous sépare de quelques 118 000 étoiles de notre galaxie permettant de créer une première carte 3D de la Voie Lactée. En 2011, Gaia prendra la relève d'Hipparcos et fournira une carte dix fois plus riche.

La méthode utilisée pour mesurer cette distance est la parallaxe. La parallaxe est l'angle sous lequel peut être vue depuis un astre une longueur de référence. La référence est le demi-grand axe de l'orbite terrestre, soit une unité astronomique (150 millions de km). On parle de la parallaxe annuelle. Pour Hipparcos, le demi-grand axe est l'axe tracé entre la position du satellite à un moment donné sur son orbite et sa position une demi orbite plus tard.

Sources

  • ESA
  • L'univers de Hubble
  • Space Connection 25 - Astronomie en direct de l’espace
  • Dictionnaire de l'astronomie et de l'espace de Philippe de La Cortadière et Jean-Pierre Penot (Larousse)