apports des téléscopes spatiaux dans la connaissance de l'univers
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Danièle IMBAULT Direction des Sciences de la Matière
CEA / Saclay
Apports des télescopes spatiaux dans la connaissance
de l’Univers
Soleil - Terre = 1 UA 150 millions de km (1,5 . 108 km) Soleil – Neptune = 30 UA 4,5 milliards de km (4.5 . 109 km)
La lumière se propage dans le vide à la vitesse de 300.000 km par seconde
8 mn.L
4 h.L
Rosetta + Philae comète Churyumov-Gerasimenko
mars 04 mai 14 août 14 11 novembre 14 2015 ??? à 4 UA, « altitude » 25 km, vitesse 40 km/s
21 janvier à 10 h GMT
en « sommeil » depuis juin 2011
1 h.L ~ 1 milliard de km (109 km)
1 AL ~ 10.000 milliards de km (1013 km)
La Licorne Mon R2 2400 AL 40 AL
La lumière se propage dans le vide à la vitesse de 300.000 km par seconde
L’étoile Proxima du Centaure est à 4,3 AL de nous, soit 10.000 fois plus loin que Neptune…
imagerie
spectro-photométrie
astrométrie
Instrumentation
Observations Modélisation
(mégalithes -7000, Hipparque -150, Mayas -3000 +1500, astrolabes et sextant)
Galileo Galilei
1610
Isaac Newton 15 cm, 1670
William Herschel
1.2 m, 1790
Mont Palomar
5 m, 1950
VLT Cerro Paranal
8.2 m, 2000
Principales limitations des performances du
télescope (luminosité, résolution spatiale…) :
- diffraction de la lumière
- stabilité installation
- qualité de l’air
- pollution lumineuse
- turbulence atmosphérique
0 6000 3000 100 2000
construction et choix du site
optique adaptative
diamètre >>
EELT – European Extremely Large Telescope Désert Atacama (Chili) – 3060 m ESO / 2010 – 2020
Réflecteur 39.3 m, 1000 m2 (lumière collectée = VLT x 15, résolution x 100) 800 miroirs hexagonaux 1.4 m , 7000 actionneurs /1 kHz, étoiles laser artificielles
Coût : 1 G€ Herschel / miroir 3,5 m 1/5 futur JWST 6 m
?
Parce que…
• les astres émettent d’autres lumières, selon leur température
K
mm 1 10 0,1 0,01
• … et que l’atmosphère en limite fortement notre perception
V
mm .TK = 3000
Radio
km-m
Visible eV
µm
Infra- rouge
X keV
MeV-GeV
THE
TeV
0 km
1000 km
100 km
10 km
UV
Micro- ondes
mm
nm
HESS
Herschel
ISO XMM-Newton
Integral
Yeux artificiels, au sol ou en orbite
VLT
JWST
ALMA
« Les avantages d’un observatoire extra-terrestre dans le domaine de l’astronomie »
Lyman Spitzer 1946 Rayons X (découverte 1895) 1948 : V2 + compteurs Geiger 1ère source … le Soleil
Spoutnik 1957
Explorer 11 1961 1er satellite astro (gamma)
Explorer 1 - 1958 découverte Ceintures Van Allen
Hubble Space Telescope 1990
2.5 m, sensibilité x 100 / sol
résister à un milieu « hostile »
(température, vibrations,
vide, rayonnements)
limiter
• l’encombrement
• la masse
• la consommation électrique
… et garantir , à coup sûr, le fonctionnement en orbite
4-17 µm - 270 °C
précision 100 mm
Constellation d’ Orion M42 1350 AL
Bételgeuse
500 AL Ø 650 15 m
Rigel 800 AL Ø 80
21 m 60.000
Orion en infrarouge (IRAS)
HST – infrarouge proche VLT – visible
ISOCAM 1985 - 1998
HERSCHEL 1996 – 2013
William Herschel 1738-1822
IR 1800
14 mai 2009
« Dark river » 20 Ø Lune Scorpion
Antares
500 AL Rho Ophiuchi
IRAS / 1983
ISO / 1995
SPITZER / 2003
HERSCHEL / 2009
?
NGC 281 / Cassiopée 10000 AL Ø 80 AL
M16 Nébuleuse de l’Aigle Serpent 6500 AL Ø 20 AL
Les étoiles, enfants des nuages moléculaires, naissent par portées …
Ce sont des boules de gaz en équilibre entre 2 forces : la gravitation qui tend à les condenser et la pression consécutive aux réactions de fusion thermo-nucléaire actives en leur coeur
2 (e+,) +
74% H
24% He
106 y
108 y
1010 y
109 K
108 K
107 K
H He
He C, N, O…
C, N, O… éléments + lourds
RBH (km) = 3 M / M
Radio
m
Visible eV
µm
Infra- rouge
X keV
MeV-GeV
THE
TeV UV
Micro- ondes
mm
Bolomètres
Semi
conducteurs CCD X Germanium Scintillateurs
102 K 1 K 104 K 109 K
nm
106 K 1012 K 103 K
10 AL
HST / Visible Herschel / Sub-millimétrique + XMM-Newton / Rayons X
Etoiles massives et chaudes, rémanent de SN 6000 ans Onde choc destructive à voir dans qq 102 années ?
M16 Nébuleuse de l’Aigle 6500 AL
NGC 7129 / Céphée
3000 AL 106 ans NGC 602 SMC
Amas des Pleïades
400 AL 50 106 ans NGC 290 / Toucan 65 AL à 200 kAL
NGC 3603 Carina
20 kAL Ø 17 AL
M57 Anneau Lyre
2000 AL Ø 1 AL
Helix NGC 7293 Poissons
11.000 ans 700 AL Ø 6 AL
22.02.87 23.02.87
Grand Nuage de Magellan, 170 kAL 1ère SN visible à l’oeil nu depuis 383 ans…
Brillance x 100 en 3 h
1994
2003
?
X – 106 K 2000
Sanduleak, SGB, 10 millions d’années, 20 M
Anneaux éjectés 20.000 ans plus tôt Onde de choc à 5.103 km/s
Chaco Canyon (Arizona) 11ème siècle
M1 Crabe Taureau 4/07/1054
6500 AL Ø 12 AL 1500 km/s
Infra-rouge Visible
Rayons X
étoile à neutrons pulsar 30 Hz Ø 20 km Chandra + HST 2000
visible
rayons X
Ultra-violet
Dentelles du Cygne, 1500 AL
3° = 70 AL, - 10.000 ans
Dentelles du Cygne, 1500 AL
3° = 70 AL, - 10.000 ans
GRB 130427, 94 GeV, qq heures
Fermi Space Observatory 27.04.13
« notre » Voie Lactée
NGC 891 dans Andromède
M88 - Chevelure de Bérénice
(1.4 GHz)
(115 GHz)
Nous sommes ici…
200 106 ans à 200 km/s
100.000 AL
~ 100 milliards d ’étoiles
Hipparcos 1989-1993
1 arcmn / 1 € à 65 m 1 € à 4000 km
Résolution spatiale
Télescope 150 mm : 1 arcsec / 4 km
HST : 0,1 as / 40 km
VLT : 20 mas / 200 km
< 1989 1536 * 50 mas 30 AL
Hipparcos 100.000 1 mas 3000 AL
GAIA 1 milliard 10 mas 3.106 AL
18/12/13 GAIA
1 € à 400.000 km
M 31 Andromède à 2,5 millions d’AL 140 km/s 500.000 km/h 109 ans
M 83 Mille rubis Hydre 12 M AL
IRAS 1983
M 51 Chiens de chasse 31 M AL
ISOCAM 1995
Herschel 2009 HST 2001
NGC 4921 320 M AL
Expansion cosmique Edwin HUBBLE - 1929
7000 km/seconde
« Big-bang » (1950)
NGC 7331 50 MAL
Hubble Space Telescope
sept 03 - janvier 04
106 s 12 j de « pause »
3 x 3 arcmin
10.000 galaxies
HUDF.YD3
13,7 109 ans
« redshift » 8,6
vitesse 98% C
?
COBE 1989
2,725 °K ± 0.2 mK
Rayonnement fossile "3 K" ( 1 mm)
Prédiction Gamow (1948) Découverte en radio (1965, = 7 cm)
1978
Anisotropies FDC Smoot & Mather
(1992)
2006
WMAP 2001
PLANCK
2009
Age Univers 13.82 109 ans
H = 67.15 km/s/Mpc 26.8 %
68.3 %
4.9 %
21/03/13
NGC 2841 Grande Ourse Ø 150 kAL 50 MAL M 83 Hydre 12 MAL NGC 3372 Carina Voie Lactée 7500 AL Ø 300 AL
Merci de votre attention…