Une journée dans la vie d’un des plus grands télescopes au monde Understand article

Traduction Nausicaa Delmotte. Qui n'a jamais été intrigué par les machines et les hommes qui se cachent derrière les splendides et fascinantes images astronomiques prises par les télescopes modernes? Douglas Pierce-Price de l'ESO, l'organisation européenne pour des recherches astronomiques…

La nébuleuse du Crabe est le
reste de l’explosion d’une
supernova

Autrefois, la vie d’un astronome aurait pu être celle d’une succession de nuits passées l’œil rivé à l’oculaire d’un télescope. Mais au début du XXIème siècle, l’astronomie est une entreprise internationale palpitante. La recherche moderne en astronomie englobe les distances et les masses les plus démesurées, mais aussi les conditions les plus extrêmes que l’on puisse trouver dans l’univers.

Néanmoins, toutes les personnes impliquées dans l’astronomie ne sont pas nécessairement des astronomes. En effet, les télescopes dédiés à la recherche sont à la pointe de la technologie. Leurs détecteurs sont refroidis à une température proche du zéro absolu grâce à la cryogénie. Leurs systèmes utilisent les dernières techniques en matière d’optique et l’entière structure des télescopes est un exploit complexe d’ingénierie. Des systèmes informatiques sophistiqués sont nécessaires pour gérer le flot de données. Ainsi, pour entretenir toute cette technologie, un observatoire moderne emploie également des ingénieurs, des techniciens, des spécialistes informatiques ainsi qu’une armée de personnel de soutien.

Penchons-nous maintenant sur une journée dans la vie du Very Large Telescope (VLT) de l’ESO, en opération au Chili. Nous verrons comment des personnes aux talents divers travaillent ensemble pour assurer le bon fonctionnement du télescope tout au long de l’année. Observer sur des télescopes dédiés à la recherche est une activité soumise à une telle demande que chaque nuit est précieuse et chaque jour rempli d’activité.

La plate-forme du télescope au coucher du soleil, vue depuis la Résidence

Le VLT est situé sur le Cerro Paranal au Chili, une montagne haute de 2635 mètres dans le désert d’Atacama, vraisemblablement l’un des endroits les plus secs au monde. Certaines zones de cette région n’ont même jamais enregistré de pluie. La haute altitude de ce site ainsi que sa sécheresse extrême en font un site d’excellence pour les observations astronomiques.

Nous démarrons notre journée au VLT dans l’après-midi, avant que le soleil ne commence à se coucher. Dans la résidence de Paranal, l’équipe qui va faire fonctionner le télescope cette nuit se prépare au travail.

La Résidence

La résidence est un bâtiment futuriste dans lequel le personnel de l’observatoire vit et travaille. Ce bâtiment est partiellement construit sous terre avec un dôme vitré large de 35 mètres sur le toit. Il fait partie du camp de base du VLT, situé à une courte distance sous le sommet du Cerro Paranal.

Les excellentes conditions astronomiques à Paranal ont un prix à payer. Dans cet environnement désertique inhospitalier, pratiquement rien ne peut pousser dehors. Le taux d’humidité peut être aussi bas que 10%, le rayonnement ultraviolet en provenance du soleil y est intense et l’altitude élevée peut rendre le souffle court. La ville la plus proche étant à deux heures de route, il y a donc une petite clinique paramédicale au camp de base. Vivre dans cet endroit d’isolation extrême ressemble à une visite sur une autre planète.

La piscine de la Résidence

À l’intérieur de la Résidence, un petit jardin et une piscine ont été conçus pour accroître le taux d’humidité à l’intérieur. Le bâtiment fournit aux visiteurs et au personnel un peu de soulagement face aux âpres conditions extérieures. On y trouve environ 100 chambres pour les astronomes et le personnel, ainsi que des bureaux, une bibliothèque, un cinéma, un gymnase et une cafétéria. Le bâtiment a quatre étages, bien qu’en raison de sa construction souterraine, l’entrée se situe au sommet.

Depuis la Résidence, l’astronome visiteur et l’astronome de nuit conduisent quatre kilomètres le long d’une route pavée spécialement construite pour mener à la plate-forme du télescope. Ici, sur le sommet plat du Cerro Paranal, se trouvent les télescopes de l’observatoire visible et infrarouge le plus puissant au monde.

Les astronomes préparent les systèmes informatiques pour leurs observations de la nuit puis sortent sur la plate-forme pour jouir du spectacle du soleil couchant chilien. Le ‘Chemin des Étoiles’, qui court entre la Résidence et le sommet, est un chemin de promenade très populaire pour le personnel du VLT et les visiteurs.

Antu durant la séquence de
démarrage en début de
soirée

En dépit de son nom, le VLT est en réalité un ensemble de plusieurs télescopes. Les quatre unités du VLT ont chacune des miroirs entiers de 8,2 mètres de diamètre. Elles sont accompagnées de plusieurs petits télescopes auxiliaires amovibles, dont deux sont actuellement opérationnels, un troisième étant en phase de mise en service et un quatrième devant suivre. Les unités du VLT sont appelées Antu (le soleil), Kueyen (la lune), Melipal (la croix du sud) et Yepun (Venus, l’étoile du soir) dans la langue Mapudungun locale.

L’une des caractéristiques les plus importantes d’un télescope est sa taille, et plus précisément son diamètre. Ceci régit à la fois la quantité de lumière qu’il peut collecter (pour voir des objets plus faibles) et la résolution angulaire qu’il peut mesurer (pour voir plus de détails sur les objets). Les unités individuelles du VLT, avec leurs miroirs de 8,2 mètres de diamètre, sont déjà parmi les télescopes optiques les plus grands de la planète. Leur taille signifie qu’ils peuvent détecter des objets des milliards de fois plus faibles que ceux visibles à l’œil nu. Avec ses systèmes d’optique adaptative qui permettent de s’affranchir d’une bonne partie du trouble créé par l’atmosphère terrestre, la vue du VLT est suffisamment perçante pour autoriser quelqu’un, en théorie, à lire les gros titres d’un journal à une distance de plus de 10 kilomètres.

La lumière en provenance des quatre unités du VLT peut aussi être combinée avec celle des télescopes auxiliaires en utilisant une technique appelée interférométrie produisant ainsi l’effet d’un télescope unique aussi grand que l’ensemble du réseau de télescopes individuels. Cela permet au système combiné, connu sous le nom d’interféromètre du VLT, de se comporter comme un télescope d’un diamètre allant jusqu’à 200 mètres. Avec cette résolution angulaire, l’interféromètre du VLT pourrait voir en théorie un astronaute marcher sur la surface de la lune.

Juste avant le coucher du soleil, les astronomes sont rejoints par l’opérateur du télescope et de l’instrument (TIO en anglais). Les TIOs sont des techniciens hautement expérimentés qui prennent en mains les opérations concrètes sur le télescope et les instruments. Comme une partie de leur rôle est de veiller sur le télescope et les observateurs, ce n’est peut-être pas un hasard si le mot ‘tio’ en espagnol signifie ‘oncle’.

Les TIOs et les astronomes de l’ESO vivent habituellement à Santiago ou Antofagasta, mais viennent à Paranal pour les changements d’équipes de service. Le voyage dure environ deux heures par avion, suivi de deux autres heures de bus sur une route partiellement non-pavée. Les astronomes de l’ESO passent une partie de leur temps à réaliser leurs tâches de service aux télescopes et une autre partie à poursuivre leurs propres recherches en astronomie.

L’astronome visiteur, quant à lui, peut venir de n’importe où dans le monde. Bien que la plupart des candidatures viennent des pays membres de l’ESO, les chercheurs de n’importe quelle institution dans le monde peuvent demander du temps d’observation sur les télescopes. Il s’agit d’un processus concurrentiel, le VLT étant significativement sur-demandé. En effet, le temps demandé est trois à quatre fois plus élevé que ce qui est actuellement disponible.

Environ la moitié du temps au VLT est alloué aux projets des astronomes en visite et l’autre moitié aux observations de service, pendant lesquelles le TIO et l’astronomes de l’ESO réalisent des observations au nom d’autres chercheurs qui ainsi n’ont pas besoin de quitter leur institut de travail.

Maintenant que le soleil s’est couché sur le Cerro Paranal, les observations peuvent commencer. Le bâtiment géant a déjà été ouvert et le télescope peut maintenant plonger son regard dans le ciel étoilé. L’astronome visiteur ne contrôle pas le télescope directement, laissant cette tâche au TIO. Il doit uniquement décrire les observations qu’il ou elle souhaite réaliser.

Bien que les excellentes conditions atmosphériques de Paranal soient une des raisons du choix du site, il n’est pas toujours possible de s’y fier. Quelques fois, elles ne sont pas assez bonnes pour les observations planifiées et l’astronome est alors rebuté. Si cela se produit, il peut être possible de changer le programme prévu pour un des projets de réserve ou bien pour un projet du stock d’observations de service.

Suffisamment brillante pour
être vue a l’œil nu, la
nébuleuse d’Orion est un
complexe de gaz et de
poussières large de plusieurs
dizaines d’années-lumières

Depuis 1998 (quand Antu, la première des quatre unités du télescope, a vu la première lumière), le VLT est à l’avant-garde de la recherche astronomique. Il a servi à observer des objets de notre système solaire ainsi que de splendides nébuleuses et des restes de supernovae dans la Voie Lactée. Les astronomes ont observé des étoiles en orbite dans le champ gravitationnel du trou noir super-massif au cœur de notre galaxie et ils ont trouvé des galaxies lointaines bien au-delà de la nôtre. Les observations du VLT ont jeté une lumière nouvelle sur les mystérieuses explosions cosmiques connues sous le nom de sursauts gamma, qui sont les explosions les plus puissantes dans l’Univers. Les astronomes utilisant le VLT ont aussi été les premiers à réaliser une image d’une exo-planète, un monde en dehors de notre système solaire.

Au cours de la nuit, l’équipe peut réaliser de longues observations pour seulement quelques objets astronomiques ou bien elle peut se déplacer de cible en cible tout en essayant toujours de réaliser la meilleure utilisation possible du temps et des conditions météorologiques. Mais toutes les nuits ont une fin et quand le soleil se lève sur le Cerro Paranal, les observations sont accomplies. Le TIO remet le télescope géant dans sa position de veille, referme le bâtiment et retourne avec les astronomes à la Résidence pour se reposer et dormir.

Le VLT ne reste vide sur la montagne que pour un court instant, jusqu’à ce qu’un groupe différent de travailleurs arrive. L’équipe de jour composée d’ingénieurs et de techniciens, rejoints par les astronomes en service de jour, sont responsables de la maintenance du télescope. Les ingénieurs vivent typiquement à Antofagasta mais ils peuvent travailler par roulements une semaine au VLT, suivie d’une semaine d’arrêt. Ils peuvent travailler à la résolution les problèmes survenus durant la nuit ou bien à l’amélioration des installations. Une partie du travail est effectué sur le VLT lui-même, mais il est également entrepris dans les laboratoires et ateliers du camp de base, près de la Résidence.

Quand le soleil commence à se coucher, l’équipe de jour fait le contact radio avec le TIO qui conduit alors de nouveau jusqu’au sommet. L’équipe prépare le matériel du télescope et ouvre de nouveau le bâtiment, prêt pour l’arrivée du TIO et des astronomes. Une fois que le télescope a changé de mains, et peut-être après avoir admiré le coucher de soleil, l’équipe de jour rentre en voiture à la Résidence. Quand une journée touche à sa fin, une nouvelle nuit de découvertes commence.

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Institution

ESO

Review

Cet article décrit le travail des scientifiques et ingénieurs sur le site d’un télescope moderne. Il informe les enseignants sur la nature du travail qui y est entrepris par les astronomes. Cet article est spécialement destiné aux enseignants de physique bien qu’il soit également adapté à toute discipline scientifique générale.

La présentation type journal de bord rend l’article vivant et attrayant, même pour les personnes n’étant pas familières de l’astronomie. Bien que cet article ne contienne pas directement de matériel pédagogique, les enseignants et leurs étudiants trouveront intéressant d’en apprendre plus sur le travail des scientifiques.

Bien que cet article présente une vue assez idéalisée de la vie des astronomes au Very Large Telescope (VLT), il soulève aussi de nombreuses questions et ne manquera pas d’éveiller l’intérêt du lecteur sur le sujet.


Roeland van der Rijst, Pays-Bas




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