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1hubblebg.jpg
Hubble Space Telescope (HST)
Académie des Sciences, Belles-Lettres et Arts de Lyon
18 mars 2003
François Sibille
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Pourquoi un "grand télescope" dans l'espace ?
Pour voir plus loin
Pour voir plus de détails
Pour gagner en résolution angulaire
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Théoriquement (Diffraction) DANS LE CIEL => IMAGE AU FOYER
/D
2 étoiles bien séparées
2 étoiles encore séparées
/D
Limite de résolution /D 1
2
=>
=>
=>
Résolution angulaire
On ne peut plus distinguer les 2 images
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Dans la pratique : Turbulence atmosphérique => dégradation
Vent
Bulles d'air poussées par le vent température et humidité variablesindice de réfraction variable=> effet de prisme=> trajet optique perturbé
Onde plane Atmosphère Onde froissée
r0 = diamètre d'une portion d'onde à peu près plane ( à /10)Visible : r0 10 cmr0 caractérise l'état de la turbulence
Etoile
Télescope
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Dtel < r0 Onde plane sur la surface du miroir => tache de diffraction théorique
Dtel > r0 Onde froissée sur la surface du miroir => Speckles (Tavelures)
Image d'une étoile au foyer d'un grand télescope
Pose courte (tpose < 0,1 sec) Pose longue
/r0
/D
En pose longue :Télescope Résolution théorique Résolution limitée par la turbulence• D = 10 cm 1"• D = 10 m 0,01"
/r0 1" Même performance !
Speckles
Poses courtes et poses longues
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Petite remarque :
En 2000, on sait corriger au sol les défauts dus à la turbulence,
Le projet du HST ne passerait pas !
Premier principe du "spatial" :
On ne fait dans l'espace que ce qu'on ne peut pas faire au sol
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Années 1970 : Un grand projet pour un grand télescope
•Pour le visible
•Dans l'espace => plus de turbulence=> transparence parfaite
Résolution : /D 0,01 " (1cm à 200 km) (dans l'UV)
Exigences : Optique parfaite : taille à /20 = 0,02µm Pointage parfait : < 0,01" /D
Longue durée de vie => "visitable" => lancement navette
Grande résolutionspatiale
diamètre 2,4mCompromis entre :
masse embarquable <=> taille du miroir
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Rapide présentation du HST ...
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hst shuttle
Lancement 24-4-90 Navette Discovery13m x 4m10,3 TonnesOrbite à 590 km
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hst sys support
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layouthst_img08.jpg
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Composite%20Focal%20Plane.gif
Des instruments : • variés, • renouvelés lors des visites
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Horreur : il est myope !
• Erreur de montage équivalente à 4 µm sur la surface d'un miroir
40 au lieu de /20 !
• La 1ère mission de visite (1/12/93)rattrape le coup avec "COSTAR"
• Enfin les performances espérées :limite de diffraction dans l'UV
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2ème mission de visite (2/97):
• Nouveau spectro (STIS)
• Pointage amélioré (FGS)
• Une mémoire digitale (12 Gb) remplace les bandes magnétiques
• NICMOS incursion dans l'infrarouge
(Near Infrared Camera and Multi Object Spectrometer)
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Aperçu des découvertes du HST
depuis Mars jusqu'aux aux confins de l'Univers
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Mars-HST0124yresized.jpg
La passionde
Mars
Système solaire
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SL9Gevol4.jpg
18 Juillet 1994 : Impact de la comète SL9 sur Jupiter
impact G !
G + 1,5 h
L + 1,3 jourG + 3 jours
G + 5 jours
Système solaire
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UranusB.jpg
Les Anneaux
d'Uranus
(Contraste très accentué)
Système solaire
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pelevolcanio97-21.jpg
Pele : Volcan actif sur Io
Galileo HST
Système solaire
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KuiperBComets.jpg
Future comète (?) dans la ceinture de Kuiper
Galaxie
Etoiles de fond
Trajectoire de l'objet
Système solaire
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betaPicZodi95-39.jpg
Disque planétaire de l'étoile
Pictoris
Un "système solaire" en formation
(Nuage zodiacal)
Masque de l'étoile
Systèmes pre-planétaires
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OriEODsk.jpg
Disque de poussière protoplanétaire dans Orion
Une étoile et son système planétaire en formation
Systèmes pre-planétaires
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nicmos orion97-13.jpg
Région active de formation d'étoiles dans Orion
Visible Infrarouge
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modelstarbirthi0202aw.jpg
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gliese22995-48.jpg
Une très petite étoile : la "Naine Brune" compagnon de l'étoile Gleise 229Masse = 20 MJupiter = 0,02 MSoleil
Naines brunes
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DarkMatAréduite.jpg
Pour la "matière noire", cherchez autre chose que les naines brunes ...
Naines brunes
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Le milieu interstellaire
ou
le faux vide entre les étoiles
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CygnusLoop.jpg
Matière interstellaire
dans la constellation
du Cygne
"La dentelle du Cygne"
Milieu interstellaire
Milieu diluéEn moyenne : 10 atomes/cm3
très inhomogène
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pillarsM16Full.jpg
Milieu interstellaire
Nuages "moléculaires"denses dans Messier 16
Illuminés par une étoilechaude
Milieu dense 106 atomes/cm3
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KnotsHelix96-13b.jpg
pillarsM16WF2.jpg
Des détails
Milieu interstellaire
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SN1987debris97-03réduite.jpg
SN1987A_Ringsréduite.jpg
Super nova SN 1987 (50 kPc)
Matière éjectée il y a 30000 ans Matière éjectée lors de l'explosion en 1987
Milieu interstellaire Super nova
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SN1987ringspectro97-14.jpg
OxygèneSoufre
Azote et HydrogèneSpectroscopie de l'anneaude SN1987
Milieu interstellaire Super nova
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nicmos eggneb97-11.jpg
CRL 2688 : étoile à l'agonie => enrichissement du MIS en éléments lourds
Visible Infrarouge (poussière + H)
Milieu interstellaire Nébuleuse planétaire
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Des galaxies ...
... ordinaires ...
... et moins ordinaires
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galcenterm31centreHST.jpg
galcenterm31centresol.jpggalcenterm31csol.jpg
Notre voisine : Galaxie Messier 31 (Andromède)
20 000 PcEntière, vue du sol
109 étoiles
700 PcCentre, vu du sol
10 PcNoyau doublevu par le HST
106 étoiles
Galaxies ordinaires
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galcenter97-12.jpg
Un peu plus loin (18 106 pc) : Amas de Virgo, noyau de Messier 84
Trou noir super massif (3 108 MSoleil) entouré d'un nuage d'étoiles en rotation
+ 400 km/sec- 400 km/sec
Région du noyau central
Fente du spectrographe
Galaxies ordinaires
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Galaxies ordinaires
Etoile variable Céphéide dans Messier 100 (20 000 kpc)
Relation Période-Luminosité des CéphéidesPériode 50 jours => Luminosité absolue = Mmagnitude apparente : m = M - 5 + 5log(d) 25
Distance de la galaxie M100CphBreduite.jpg
Calibration de l'échellede distance de l'Univers avec la loi de Hubble :
V = H d
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HDFMosaicFull.jpg
Relevé profond avec le HST (HDF = Hubble Deep Field)
Galaxies de toute sortes
1500 galaxies
1/20 du diamètre de la Lune
150 orbites du HST
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HDFWF3.jpgHDF
Détails
Galaxies de toute sortes
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Encore plus profond avec NICMOS dans l'infrarouge
0,45 µm
1,1 µm
1,6 µm
Galaxies de toute sortes
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earlygal96-29breduite.jpg
Galaxies primitives
Amas d'étoiles pre-galactiques, il y a 11 109 ans
18 objets, dans un volume (Andromède-Voie lactée) , taille des objets 1/3 Voie lactée
Fusion pour donner les galaxies spirales
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Cartwheel-partie.jpg
Quand une galaxie en traverse une autre ...
Choc frontal => festival de super novae
Anneau d'étoile jeunesexpansion à 100 km/sec
La galaxie spirale réapparaît
après le choc
Quel était l'intrus ???
Galaxies moins ordinaires
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quasar96-35areduiye.jpg
Les quasars : Super trou noir, avaleur d'étoiles
Luminosité : 1011 LSoleil On en trouve partout
Galaxies en collisionGalaxies "normales" Fusion de galaxies
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arcA2218.jpg
Arclet dans l'amas Abell 2218 : mirages gravitationnels
HST
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Et pour aller encore plus loin ?
Dans l'infrarouge, sûrement,
au sol ... dans l'espace ...
ou les deux !
"Owl" (la chouette) Télescope de 100 m, étude ESO
Next Generation Space Telescope (NGST)Télescope de 8 m dans l'espace (Lagrange 2)
Un des concepts proposés