Club d’Astronomie de Lyon Ampère

Les radiotélescopes

samedi 12 mai 2007 par Raphaëlle Bouchardon

Depuis 1936 l’astronomie a considérablement élargi son champ d’études grâce aux radiotélescopes qui captent les ondes radio en provenance de l’univers.

En astronomie, on utilise plusieurs types de rayonnements électromagnétiques : la lumière visible perçue à travers les lunettes et télescopes classiques ; l’ultraviolet, les rayon X et gamma, et les infrarouges pour la réception desquels nous nous servons de plus en plus, détectés par des satellites spécialisés ; le submillimètrique, et les rayonnements radio qui, eux, sont reçus et étudiés par les radiotélescopes.

Les débuts de la radioastronomie

Le radiotélescope de Karl Jansky

On peut considérer que la radioastronomie date de 1931, lorsque l’ingénieur de chez Bell, Karl Jansky, découvre par hasard une source radio. Cherchant à résoudre le problème des parasites radio terrestres, il remarque un signal revenant périodiquement toutes les 23 h 56 min, soit la durée d’une rotation de la terre sur elle-même. En analysant plus précisément la provenance du signal, il s’aperçoit qu’il se situe dans la constellation du Sagittaire, soit au centre de notre galaxie. C’est la première source radio découverte. Mais cette technique a du mal à s’imposer et ce n’est qu’en 1936 que l’astronome amateur Grote Reber fabrique un radiotélescope. Il sera le seul à analyser le ciel en radio durant dix années.

Le principe

Le principe du radiotélescope est sensiblement le même que celui du télescope : il s’agit de recueillir un maximum d’ondes. Alors que les télescopes sont des entonnoirs à photons, les radiotélescopes sont, eux, de gigantesques oreilles à ondes dites « radio ». Pour améliorer le pouvoir de résolution des radiotélescopes, on va utiliser la plus grande parabole possible. Ainsi, les rayons sont concentrés en un point : le foyer, où l’on place le détecteur. La parabole n’a absolument pas besoin d’être aussi lisse qu’un miroir optique. En effet, pour que la focalisation se fasse correctement, les plus gros défauts doivent être d’une taille inférieure à la longueur d’onde. En optique cela correspond à environ 100 nm. Pour les ondes radios qui font plusieurs centimètres, on accepte un lissage assez grossier de la parabole, ce qui en réduit le prix. Autre avantage de la radioastronomie : elle est praticable de jour comme de nuit et par tous les temps, les ondes radio voyageant continuellement. Sur une source circumpolaire, il est donc possible d’observer 24 heures sur 24 ce qui représente un intérêt non négligeable pour les phénomènes d’évolution rapide. Mais le grand défaut de la radioastronomie réside dans la mauvaise résolution des instruments. On remarque que si l’on augmente le diamètre du télescope, meilleure est la résolution. Mais on constate également que, si la longueur d’onde est élevée, on diminue cette dernière, ce qui est le cas en radioastronomie. Par exemple avec un radiotélescope de 100 m de diamètre on obtient la médiocre résolution de 2000 secondes d’arc soit environ la taille du soleil !

Le radiotélescope d’Arecibo, à Porto Rico

On a construit en 1963, le radiotélescope d’Arecibo, à Porto Rico . Il mesure 305 m de diamètre et se trouve dans une cuvette naturelle en forme de parabole. La parabole elle-même ne peut pas se déplacer pour observer un objet précis. Il est en revanche possible d’orienter le détecteur, ce qui permet une observation de 20° de part et d’autre du point zénithal. Un tel système améliore légèrement la résolution mais pas de manière significative. C’est, en fait, dans l’interférométrie que réside la solution. Cette technique fait appel à l’utilisation de deux ou plusieurs radiotélescopes, relativement éloignés les uns des autres. En pointant une certaine source, l’onde radio doit parcourir une plus grande distance pour arriver à l’un des instruments par rapport à l’autre. En mesurant ces distances, on peut connaître précisément la position de la source. Une grande expérience d’interférométrie a été réalisée au Nouveau-Mexique avec le

Le centre du Very Large Array Telescope au Nouveau Mexique

VLA (Very Large Array), où en 1980 ont été installées 27 antennes de 25 m de diamètre chacune. Mobiles et mises en interférométrie elles peuvent finalement former un instrument de 36 km ! Néanmoins les scientifiques n’en sont pas restés là : ils ont réalisé le VLBA (Very Large Baseline Array).
Ici, au lieu de construire des paraboles relativement proches les unes des autres on utilise 10 radiotélescopes répartis dans le monde entier.
En enregistrant les données recueillies et en les confrontant informatiquement dans un centre de traitement, on obtient un instrument qui fournit une résolution exceptionnelle : un millionième de seconde d’arc ! Ainsi on réalise un instrument de la taille de la terre. L’étape suivante consiste à aller dans l’espace, et à construire des radiotélescopes à l’échelle du système solaire : déjà, certains sites lunaires ont été retenus en vue d’y placer les premiers radiotélescopes extraterrestres.

Le radiotélescope de Nançay

En pleine forêt au coeur de la Sologne, loin des parasites urbains, s’élèvent les deux immenses réflecteurs du radiotélescope de Nançay, l’un des plus grands radiotélescopes du monde.

Les deux grands miroirs radio du radio-téléscope de Nancay

Il a été inauguré le 15 mai 1965 par le général de Gaulle. Construit sous l’impulsion de l’École normale supérieure et de son directeur d’alors, André Donjon, il répond aux besoins de la France dans le domaine de la radioastronomie, qui était en pleine expansion depuis les années 1950. Fonctionnant depuis 42 ans, objet d’un entretien vigilant, régulièrement modernisé, il est encore aujourd’hui le deuxième plus grand radiotélescope du monde après celui d’Arecibo. Sur la station, une cinquantaine d’ingénieurs et de techniciens travaillent à l’entretien des instruments et au développement de nouvelles techniques. Une quarantaine de chercheurs, basés à Meudon, participent à ce développement et utilisent régulièrement les observations effectuées à Nançay. De plus, les équipes de recherches du monde entier viennent travailler avec ces instruments ou consultent les données à distance grâce aux réseaux informatiques. D’une superficie totale de 7000 m², les réflecteurs de Nançay « écoutent » en permanence les ondes radioélectriques en provenance du cosmos. Ces ondes sont émises par divers objets célestes (étoiles, quasars, galaxies, etc.) dont la plupart sont très éloignés du système solaire. De plus, les ondes radios, contrairement à la lumière visible, traversent bien la matière interstellaire, ce qui leur permet d’atteindre des régions inaccessibles avec les meilleurs télescopes optiques.

Un radiotélescope ne donne pas d’image visuelle de ce qu’il observe.

La source Sagitarius A au centre de notre galaxie en ondes radio - VLA

Il reçoit des signaux qui emettent un sifflement caractéristique. Une fois amplifiés, ces signaux sont restitués par analyse, de façon à obtenir des cartes des différents objets célestes observés. Le radiotélescope de Nançay est spécialisé dans les études galactiques et extragalactiques. Plusieurs instruments le constituent. Un premier miroir plan, constitué de six panneaux indépendants de 20 x 40 m reçoit l’énergie des ondes cosmiques. Ces panneaux sont mobiles autour d’un axe horizontal orienté Est-Ouest. L’énergie est alors réfléchie vers le second miroir incurvé, à 500 m en face de lui, mesurant 300 m de long sur 35 m de haut. Ces deux réflecteurs sont recouverts d’un grillage métallique dont la maille mesure 1,25 cm. Cette dimension s’explique par le fait que la maille doit avoir une précision 10 fois plus grande que les longueurs d’ondes étudiées. L’énergie est réfléchie par le second miroir vers le foyer, situé entre les réflecteurs. Il s’agit d’un chariot mobile (ou « chariot focal ») qui roule sur des rails et qui concentre les ondes reçues. Les champs électromagnétiques collectés y sont très faibles. Ils induisent des courants électriques tout aussi faibles (quelques microvolts) qui sont amplifiés par les récepteurs proprement dits, d’une très haute sensibilité et d’une grande stabilité. Le tout est ensuite analysé pour construire des cartes célestes. À l’origine, la vocation du radiotélescope de Nançay était l’étude des galaxies. C’est aujourd’hui toujours le thème principal de ces recherches, auxquels il faut ajouter l’étude du soleil, des comètes, des galaxies extraordinairement lointaines (jusqu’à 2 milliards d’années-lumière), ou encore de pulsars.

Le radiohéliographe constitué de deux

Le Soleil à 327 MHz

réseaux d’antennes perpendiculaires, observe la structure et l’activité de la couronne solaire. Le premier réseau, orienté est-ouest, comprend 16 antennes de 3 m de diamètre auxquelles s’ajoutent deux antennes de 10 m, le tout aligné sur 3200 m. Le second réseau, orienté nord-sud, comprend 24 antennes de 5 m de diamètre sur une base de 1250 m de longueur. Le but de ces observations est de parvenir à prévoir l’intensité de l’activité solaire.
Le radiospectrographe multicanal surveille également le soleil mais plus précisément ses sursauts radioélectriques.

Il fournit ainsi des spectres des événements agitant la couronne solaire et même du milieu interplanétaire. Certaines ondes planétaires, décamétriques, sont également étudiées.

C’est le cas de Jupiter qui présente un champ magnétique très intense. Le réseau décamétrique de Nançay observe ces émissions grâce à 144 antennes en forme d’hélice, inclinées de 20° par rapport à la verticale. Ces instruments sont sans cesse améliorés. La sensibilité du radiotélescope a été augmentée d’un facteur 100 depuis sa mise en service. Grâce à ces progrès constants, le site de Nançay maintient son rang et sa contribution à la radioastronomie mondiale.


Accueil | Contact | Plan du site | | Statistiques du site | Visiteurs : 14882 / 978674

Suivre la vie du site fr  Suivre la vie du site De la technique  Suivre la vie du site De la culture   ?    |    titre sites syndiques OPML   ?

Site réalisé avec SPIP 3.1.4 + AHUNTSIC

Creative Commons License