Astronomie

Utiliser un télescope pour observer l'histoire de la Terre en détail

Utiliser un télescope pour observer l'histoire de la Terre en détail


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Le paragraphe suivant est un fait scientifique.

Lorsque nous regardons de loin dans l'univers (avec des télescopes), nous voyons des galaxies (ou tout ce que vous voyez) telles qu'elles étaient il y a des millions d'années - en d'autres termes, c'est à quoi elles ressemblaient dans le passé (c'est à cause de la vitesse de la lumière).

Ma question est donc la suivante : pourrions-nous construire une technologie (en utilisant la science actuelle ou une science plus spéculative/théorique) en utilisant ce fait scientifique pour voir l'histoire de la Terre ou le passé à un tel niveau de détail que nous pourrions voir des événements historiques (par exemple des dinosaures individuels) et le les visages de personnes célèbres (dans les livres d'histoire) - comme si nous étions face à face avec eux - d'il y a longtemps ? Quel est le meilleur niveau de détail que nous pourrions théoriquement voir ?


Non.

Disons que nous voulons voir la Terre telle qu'elle était il y a 1000 ans. Supposons que quelqu'un ait installé un miroir parfait à 500 années-lumière, afin que nous puissions réellement voir la lumière qui a quitté la Terre il y a 1000 ans. (C'est un vraiment gros supposition.)

Les meilleurs télescopes du monde ne peuvent pas voir les sites d'atterrissage d'Apollo depuis la Terre. Nous n'avons pas eu d'images décentes des étapes de descente, qui ont été laissées à la surface, jusqu'à ce que le Lunar Reconnaissance Orbiter renvoie des photos qu'il a prises depuis l'orbite lunaire. Voir http://www.nasa.gov/mission_pages/LRO/news/apollo-sites.html

1000 années-lumière, c'est environ 20 milliards fois aussi loin que la Lune. Il n'y a aucun moyen de voir les visages des gens à cette distance avec la technologie actuelle - ou avec toute technologie future raisonnable. (Il existe des limites physiques à la résolution d'un télescope optique d'une taille donnée.)

Et tout cela suppose que nous ayons ce miroir parfait là-bas. Pour autant que je sache, personne n'a installé un tel miroir pour nous, et toute la lumière qui a quitté la Terre il y a 1000 ans est maintenant à 1000 années-lumière, gravement fanée et hors de notre portée.

Il est concevable que nous puissions développer des voyages plus rapides que la lumière (ce qui peut ou non être physiquement possible), aller là-bas, construire un télescope avec une très grande ouverture et le pointer vers la Terre. Mais cela n'arrivera probablement pas de sitôt, et je ne saurais pas comment déterminer la qualité d'une image que nous force pouvoir obtenir.

Et remonter des millions d'années en arrière ne fait qu'aggraver le problème.


Pouvons-nous voir les surfaces des étoiles ?

Le Dr Danny Faulkner, AiG-États-Unis, explique si les astronomes peuvent voir la surface des étoiles et quelles méthodes ils utilisent.

Madame, Monsieur,
Merci d'avoir pris le temps de répondre à cette question. J'ai regardé dans la section "astronomie" et je n'ai pas trouvé la réponse. J'ai regardé "Created Cosmos" du Dr Jason Lisle (qui est remarquable d'ailleurs). J'ai un ami qui dit que nous n'avons jamais vu la surface d'une étoile. Est-ce correct? Dans la vidéo, plusieurs stars sont mises en scène, à savoir : Bételgeuse, Alpha Centauri. Il dit qu'ils sont trop loin pour que nous puissions les voir, nous ne pouvons voir que leur lumière, donc nous supposons à quel point ils sont grands ou à quoi ils pourraient ressembler. Il a même demandé une photo d'une star si vous en avez une. Merci. LOUEZ LE SEIGNEUR ! Les cieux déclarent la gloire de Dieu… Ps 19:1 .

- S.G.

Merci pour votre question. Les étoiles, à l'exception de notre Soleil, sont très éloignées - si loin qu'elles apparaissent comme de simples points de lumière même à travers les télescopes les plus puissants, de sorte que nous ne pouvons normalement pas voir leurs surfaces. Cependant, les images d'étoiles ne sont pas des points, mais plutôt de très petits disques.

Les astronomes expriment la petite taille d'un disque stellaire par son diamètre angulaire, l'angle qu'il sous-tend. On divise un degré en 60 minutes et une minute en 60 secondes, donc un degré contient 3 600 secondes d'arc. Aussi petit qu'une seconde d'arc soit, les disques stellaires sont encore beaucoup plus petits. Une grande image stellaire peut avoir un diamètre angulaire d'un millième de seconde d'arc (une milliseconde d'arc, ou mas). Un mas est le diamètre d'une pièce de dix cents vue à environ 2 000 milles ! Compte tenu de sa petite taille, il n'est pas surprenant que nous ne puissions pas réellement voir de disques stellaires dans un télescope.


Utiliser un télescope pour observer l'histoire de la Terre en détail - Astronomie

Dans une impression d'artiste, le pulsar PSR B1957+20 est vu en arrière-plan à travers le nuage de gaz enveloppant sa compagne naine brune. Image : Dr Mark A. Garlick Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics, Université de Toronto

L'observation équivaut à utiliser un télescope sur Terre pour voir une puce à la surface de Pluton.

L'observation extraordinaire a été rendue possible par la géométrie et les caractéristiques rares d'une paire d'étoiles en orbite l'une autour de l'autre. L'une est une étoile fraîche et légère appelée naine brune, qui présente un « sillage » ou une queue de gaz semblable à une comète. L'autre est une étoile exotique à rotation rapide appelée pulsar.

"Le gaz agit comme une loupe juste devant le pulsar", explique Robert Main, auteur principal de l'article décrivant l'observation publié le 24 mai dans la revue Nature. "Nous regardons essentiellement le pulsar à travers une loupe naturelle qui nous permet périodiquement de voir les deux régions séparément."

Main est un étudiant au doctorat en astronomie au département d'astronomie et d'astrophysique de l'Université de Toronto, travaillant avec des collègues de l'Institut Dunlap d'astronomie et d'astrophysique de l'Université de Toronto et de l'Institut canadien d'astrophysique théorique, et de l'Institut Perimeter.

Le pulsar est une étoile à neutrons qui tourne rapidement, plus de 600 fois par seconde. Lorsque le pulsar tourne, il émet des faisceaux de rayonnement à partir des deux points chauds à sa surface. Les régions intenses de rayonnement observées sont associées aux faisceaux.

L'étoile naine brune mesure environ un tiers du diamètre du Soleil. Il se trouve à environ deux millions de kilomètres du pulsar, soit cinq fois la distance entre la Terre et la Lune, et tourne autour de lui en un peu plus de 9 heures. L'étoile naine compagne est verrouillée par marée sur le pulsar de sorte qu'un côté fait toujours face à sa compagne pulsante, de la même manière que la lune est verrouillée par marée sur la Terre.

Parce qu'elle est si proche du pulsar, l'étoile naine brune est dynamitée par le fort rayonnement provenant de son plus petit compagnon. Le rayonnement intense du pulsar chauffe un côté de l'étoile naine relativement froide à la température de notre Soleil, soit environ 6000°C.

L'explosion du pulsar pourrait finalement sonner le glas de son compagnon. Les pulsars dans ces types de systèmes binaires sont appelés pulsars « veuve noire ». Tout comme une araignée veuve noire mange son partenaire, on pense que le pulsar, dans les bonnes conditions, pourrait progressivement éroder le gaz de l'étoile naine jusqu'à ce que cette dernière soit consommée.

En plus d'être une observation d'une résolution incroyablement élevée, le résultat pourrait être un indice sur la nature de phénomènes mystérieux connus sous le nom de Fast Radio Bursts, ou FRB.

"De nombreuses propriétés observées des FRB pourraient s'expliquer si elles sont amplifiées par des lentilles à plasma", a déclaré Main. "Les propriétés des impulsions amplifiées que nous avons détectées dans notre étude montrent une similitude remarquable avec les rafales du FRB répétitif, suggérant que le FRB répétitif peut être lentille par le plasma dans sa galaxie hôte."

1. Le pulsar est désigné PSR B1957+20. Des travaux antérieurs dirigés par le co-auteur de Main, le professeur Marten van Kerkwijk, de l'Université de Toronto, suggèrent qu'il s'agit probablement de l'un des pulsars les plus massifs connus, et des travaux supplémentaires pour mesurer avec précision sa masse aideront à comprendre comment la matière se comporte à les densités les plus élevées connues et, de manière équivalente, la masse d'une étoile à neutrons avant de s'effondrer dans un trou noir.

2. Main et ses co-auteurs ont utilisé les données obtenues avec le radiotélescope de l'Observatoire d'Arecibo avant que l'ouragan Maria n'endommage le télescope en septembre 2017. Les collaborateurs utiliseront le télescope pour effectuer des observations de suivi du PSR B1957+20.

INFORMATIONS DE CONTACT:

Robert Main
Département d'Astronomie et d'Astrophysique
Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics (Associé)
Université de Toronto
courriel : [email protected]

Chris Sasaki
Coordonnateur des communications | Attaché de presse
Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics
Université de Toronto
w : dunlap.utoronto.ca
Tél. : 416 978-6613
courriel : [email protected]

L'Institut Dunlap d'Astronomie et d'Astrophysique à l'Université de Toronto est un institut de recherche doté de plus de 70 professeurs, postdoctorants, étudiants et membres du personnel, dédié à la technologie et à l'instrumentation innovantes, à la recherche révolutionnaire, à la formation de classe mondiale et à l'engagement du public. Les thèmes de recherche de ses professeurs et des boursiers Dunlap couvrent l'Univers et comprennent : l'instrumentation optique, infrarouge et radio La structure à grande échelle de l'énergie noire le fond cosmique des micro-ondes l'évolution des galaxies moyennes interstellaires le magnétisme cosmique et la science du domaine temporel

L'Institut Dunlap, le Département d'astronomie et d'astrophysique, l'Institut canadien d'astrophysique théorique et le Centre des sciences planétaires constituent le principal centre de recherche astronomique au Canada, dans la principale université de recherche du pays, l'Université de Toronto.

L'Institut Dunlap s'engage à rendre ses activités scientifiques, de formation et de sensibilisation du public productives et agréables pour tous, sans distinction de sexe, d'orientation sexuelle, de handicap, d'apparence physique, de taille, de race, de nationalité ou de religion.


Un télescope de la taille de la Terre

Une combinaison de neuf radiotélescopes à travers le monde promet de produire la meilleure image jamais réalisée du trou noir au cœur de la Voie lactée.

La tempête la plus féroce de notre galaxie fait rage en son centre. C'est un maelström plus chaud que n'importe quelle étoile : un disque tourbillonnant de gaz surchauffé tirant deux jets, un au-dessus et un en dessous, qui tourbillonnent et se tordent comme des tornades. Au milieu se trouve un œil d'immobilité parfaite - une sphère d'un noir total, des millions de kilomètres de diamètre. C'est le trou noir supermassif au centre de la Voie lactée. Maintenant, en utilisant un télescope de la taille de la Terre, nous sommes sur le point d'en prendre notre première image.

Les trous noirs sont peut-être les objets les plus mystérieux de l'univers. Ce sont des régions de l'espace tellement déformées par la gravité que même la lumière ne peut s'en échapper. Ils entourent des objets d'une densité apparemment infinie appelés singularités gravitationnelles - où les lois de la physique, telles que nous les connaissons, s'effondrent.

« voir » un trou noir peut sembler impossible, mais la région juste à l'extérieur du bord, ou de l'horizon des événements, du trou noir est en fait incroyablement lumineuse.

La matière tombant dans un trou noir est chauffée, par un mécanisme mal compris, à des millions de degrés Celsius. Cela fait des plus gros – tels que les trous noirs supermassifs au centre des galaxies – parmi les objets les plus brillants de l'univers.

Beaucoup d'entre eux ont déjà été photographiés, mais uniquement sous forme de points lumineux, sans aucun détail sur leur fonctionnement interne.

Pour en voir un directement, notre meilleur pari est de pointer nos télescopes vers la constellation du Sagittaire et un point lumineux connu sous le nom de Sagittaire A *, où le trou noir supermassif de la Voie lactée est situé à environ 25 000 années-lumière.

Il y a un problème, cependant. Nous ne pouvons pas simplement prendre une photo du Sagittaire A* avec le télescope spatial Hubble parce que notre vue est obscurcie par le gaz et la poussière. Nous devons nous tourner vers les ondes radio, qui peuvent traverser la galaxie sans entrave.

Nous avons également besoin du plus grand radiotélescope jamais construit, car les radiotélescopes typiques ne peuvent détecter que des objets des millions de fois plus gros que le Sagittaire A*. Parce qu'il est si loin, le Sagittaire A* est un minuscule point dans le ciel, d'à peine 37 microsecondes d'arc de diamètre, soit à peu près la taille équivalente à un raisin posé à la surface de la lune.

Le télescope Event Horizon (EHT) comprend un réseau de neuf radiotélescopes dans le monde : au Chili, aux États-Unis, au Mexique, en France, en Espagne et en Antarctique. En triangulant les données de chacun, l'EHT fonctionne comme une énorme antenne parabolique, sur des milliers de kilomètres de diamètre. Le signal ne sera pas parfait, mais devrait suffire à capturer le point lumineux du Sagittaire A* et la silhouette noire en son centre.

Une telle image pourrait nous permettre de tester notre compréhension de la physique et de la cosmologie de nouvelles manières, en particulier la théorie de la relativité générale d'Einstein.

L'une des premières choses que les physiciens examineront est la forme du trou noir lui-même. La théorie de la relativité générale prédit que les trous noirs sont parfaitement sphériques, ce qui signifie que l'image de la silhouette par l'EHT devrait apparaître circulaire. Tout type de forme écrasée pourrait être le premier désaccord d'observation avec l'orthodoxie acceptée - mettant en place une révolution potentielle en physique.

Un autre mystère concerne le disque d'accrétion, le nuage tourbillonnant de matière en mouvement autour du trou. Comment ça chauffe ? Les physiciens décrivent souvent le processus comme une sorte de "frottement" - comme si les particules de gaz se frottaient les unes contre les autres lorsqu'elles tournaient autour du disque. Pourtant, nous savons que le gaz serait trop diffus pour un contact physique direct. Il doit se passer autre chose, peut-être lié à de forts champs magnétiques entraînant des turbulences. Encore une fois, des images directes pourraient nous donner la réponse.

L'évolution des trous noirs supermassifs est liée à la croissance des galaxies elles-mêmes. Pour comprendre ces processus, nous devrons regarder au-delà de la Voie lactée. L'EHT devrait être suffisamment puissant pour imager le trou noir supermassif au centre de la galaxie Messier 87, dans la constellation de la Vierge, à plus de 50 millions d'années-lumière. Bien que Messier 87 soit plus de 2 000 fois plus éloigné de nous que Sagittaire A*, son trou noir est 1 500 fois plus massif, il ne devrait donc apparaître que légèrement plus petit que Sagittaire A*.

Les neuf télescopes ont braqué tous leurs « yeux » sur le Sagittaire A* en avril 2017. Depuis lors, les scientifiques ont compilé les données, rendu l'image et l'ont comparée à des modèles de ce à quoi nous nous attendons à ce que le trou noir ressemble. Les astronomes et les astrophysiciens s'attendent désormais à avoir bientôt les premières images de l'EHT.

Le résultat pourrait être l'événement astrophysique majeur de 2018, annonciateur d'une nouvelle ère dans l'astronomie des trous noirs - tout en regardant dans l'œil de la tempête qui fait rage au centre de notre galaxie.


5. Pourquoi mes images n'incluent-elles pas l'objet entier ?

Vous remarquerez peut-être que lorsque vous observez un objet tel que la nébuleuse de la Rosette ou la nébuleuse de la tête de poisson, vous ne pouvez pas voir l'ensemble, mais une petite région de l'objet. C'est parce que certains objets sont si grands dans le champ de vision du télescope de Liverpool que l'objet entier ne peut pas tenir dans une seule image. Le télescope de Liverpool n'a pas la capacité de zoomer et dézoomer sur des objets, mais a un champ de vision défini sur le ciel nocturne !


Blog du magasin Spectrum Scientifics'

Dans les articles précédents de ce blog, nous avons discuté des avantages des montures équatoriales par rapport aux montures altazimutales sur les télescopes, mais nous n'avons jamais vraiment expliqué en détail comment utiliser correctement l'une de ces montures. Voici quelques conseils de base pour un débutant essayant d'abord d'utiliser une monture équatoriale. Notez qu'il ne s'agit pas d'astuces pour un alignement de précision - elles sont strictement destinées aux débutants afin qu'ils ne soient pas débordés ! En parlant de ça

1) Gardez votre configuration de montage aussi simple que possible au début.

Regardez les instructions du télescope pour les montures équatoriales et vous verrez beaucoup d'informations sur le réglage des cercles de réglage, l'utilisation d'un télescope à axe polaire et d'autres détails lourds. Voici un indice : si vous ne prévoyez pas de faire de l'astrophotographie ou de longues séances de visionnage, vous n'avez pas besoin de toute cette configuration ! Voici ce que tu dois faire:

2) Réglez l'échelle de latitude sur votre latitude et visez l'axe polaire afin qu'il pointe vers le nord

Cela fait beaucoup de mots, mais nous allons simplifier et utiliser des images ! Tout d'abord, vous devez définir l'alignement de votre monture en fonction de votre position sur le globe. L'alignement est défini à partir de l'échelle de latitude sur le côté de la monture, près du bas. Voici où il se trouve sur un petit télescope :

Il y a trois petites parties à cela. La première est cette flèche pointant vers des chiffres. Vous voulez que cette flèche pointe vers un nombre qui est très, très proche de votre latitude personnelle. Allez chercher une carte si vous en avez besoin. Nous plaçons le nôtre à 40 degrés car c'est la latitude de notre magasin à Philadelphie. Ou du moins c'est proche de ça.

La partie suivante consiste à viser la monture de manière à ce que l'axe de l'ascension droite soit orienté vers le nord. Cette image utile indiquera quelle partie du télescope il s'agit.

Pointez cet arbre (après avoir ajusté la latitude) vers le nord. Essayez d'être aussi précis que possible, mais ne vous y attardez pas, utilisez une boussole pour vous aider.

Une fois que vous avez fait cela, félicitations! Vous avez effectué un alignement polaire de base ! Cela signifie que l'axe que vous visez est maintenant parallèle à l'axe de la Terre et que si vous pouviez regarder à travers, il serait orienté à peu près vers l'étoile polaire (polaris).

Il s'agit d'un alignement rudimentaire et parfaitement acceptable pour la plupart des débutants. Si vous passez à des choses plus avancées comme l'astrophotographie, vous devrez être beaucoup plus précis dans votre alignement.

OK, donc c'était facile mais maintenant c'est la partie la plus difficile, vous devez changer votre façon de voir les choses :

3) Arrêtez de penser en termes de haut et bas, gauche et droite, commencez à penser en termes d'ascension droite et de déclinaison.

OK, donc un télescope altazimutal ou Dobson se déplace en haut/en bas à gauche/à droite, ce qui est facile à comprendre, mais moche pour le suivi. Le télescope équatorial se déplace en ascension droite et déclinaison, ce qui est un peu plus difficile à comprendre.

Fondamentalement, si vous regardez les étoiles dans le ciel se déplacer (ou semblent se déplacer lorsque la Terre tourne), vous remarquerez qu'elles se déplacent en arc de cercle à travers le ciel. En configurant votre télescope comme dans la partie 2, vous avez configuré votre télescope pour qu'il puisse suivre ces objets lorsqu'ils se déplacent. L'astuce est maintenant que vous devez déplacer le télescope en ascension droite et en déclinaison, et non en haut/en bas à gauche à droite. C'est un changement d'état d'esprit qu'il va falloir s'adapter pour bien utiliser la monture. Le graphique peut aider à le comprendre (bien que nous ayons dû utiliser une ligne droite au lieu d'une courbe pour l'acension droite).

Ainsi, lorsque vous êtes sur un objet céleste et que vous devez le déplacer vers un autre, vous ne pouvez pas simplement aller un peu vers la gauche, puis pointez le télescope beaucoup plus vers le haut qu'il ne l'est maintenant. Vous devez déplacer le télescope en Ascension Droite, puis le déplacer presque en diagonale en Déclinaison pour atteindre la cible. Cela peut être frustrant à apprendre. Avec des montures équatoriales plus grandes et un Star Atlas, cela peut être plus facile en "visant simplement avec les cercles de réglage", mais la configuration des cercles de réglage complique les choses plus que ce que nous essayons de faire pour cet article de blog.

Donc année, vous devrez pratiquer ce type de mouvement jusqu'à ce que vous vous y habituiez. Mais gardez à l'esprit que lorsque vous déplacez votre télescope, vous remarquerez peut-être quelque chose :

4) Votre télescope à monture équatoriale ne ressemblera jamais, jamais, à ce qu'il fait dans le catalogue pendant son utilisation.

OK, alors vous vous souvenez de cette image du haut de cette entrée de blog ?

Eh bien, c'est un peu un mensonge. Un gros gros mensonge.

Oh, ça regards agréable. Le télescope est le plus attrayant dans cette position, c'est pourquoi presque tous les télescopes EQ de toutes les entreprises le montrent dans cette position.

Croyez-moi, ils ont essayé de le montrer dans d'autres positions, mais ce n'est tout simplement pas photogénique du tout.

Voyez ici le problème : avez-vous remarqué ce gros poids collé sur un poteau du tube du télescope ? C'est ce qu'on appelle un contrepoids et il est là pour équilibrer le poids du tube optique lorsqu'il est visé. Mais dans cette position montrée (pointée vers le bas), ça ne marche pas n'importe quoi!.

Car en réalité, le télescope ressemblera plus souvent à ça (ou du moins pointé comme ça s'il était à l'extérieur) :

C'est bien sûr tourné à l'intérieur, mais cela vous donne une idée de la façon dont le télescope pourrait être orienté. Ceci est tourné depuis l'avant (nord) de la monture afin que le télescope pointe vers l'ouest. Maintenant, le poids du télescope fait quelque chose, mais il ferait encore plus si le télescope était pointé vers le nord ou le sud, car il ressemblerait à ceci :

il fait vraiment son boulot.

Donc, à propos de la mise en place du télescope :

5) Utilisez les commandes de ralenti lorsque vous êtes proche de votre cible, déplacez le télescope en desserrant le

e verrouiller les vis pour tout ce qui est plus grand.

D'accord, vous avez peut-être remarqué ces boutons en plastique grêles s'étendant du support. Ici, nous les avons marqués sur cette photo en rouge.

Ce sont les commandes de ralenti, elles vous permettent de viser le télescope, et celle d'Ascension droite vous permettra de suivre un objet alors qu'il se déplace dans le ciel nocturne en tournant son bouton. Ces choses sont impressionnantes et l'une des principales caractéristiques d'une monture équatoriale.

Et vous ne devriez les utiliser qu'une fois que vous êtes très près de l'endroit où se trouve l'objet que vous regardez.

Les commandes de ralenti ne peuvent pas beaucoup déplacer le télescope, elles peuvent aller de quelques degrés, mais elles atteindront alors leur limite et ne déplaceront plus le télescope. Vous devriez essayer d'éviter d'atteindre cette limite car il est difficile de revenir en arrière et vous pourriez avoir besoin de ce mou plus tard.

Ainsi, pour les mouvements plus importants, il est préférable de desserrer les vis de blocage (marquées par des flèches bleues (au moins celles encore sur la photo)) et de déplacer le tube à la main, en tournant en R.A. et déclinaison au besoin. Une fois que vous êtes proche de l'objet cible, serrez les vis (essentiel !) et utilisez les commandes de ralenti.

Ces conseils devraient vous donner une idée rudimentaire du fonctionnement de votre télescope à monture équatoriale. Il y a une courbe d'apprentissage ici et vous devrez vous y adapter. Mais les avantages en valent la peine, un ciel dégagé !


Si les télescopes sont des machines à remonter le temps, le JWST nous ramènera le plus loin en arrière à ce jour

En regardant loin, on peut remonter dans le temps. Ce fait simple mais époustouflant permet aux astronomes d'observer des instantanés de l'univers à différents moments, en les utilisant pour reconstituer l'histoire complexe de l'évolution cosmique. Avec chaque nouveau télescope que nous construisons, nous pouvons voir plus loin et plus tôt dans l'histoire de l'univers. Le télescope spatial James Webb (JWST) espère remonter jusqu'à la formation des premières galaxies.

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L'idée que regarder dehors correspond à regarder en arrière est relativement jeune. Cela vient de la théorie de la relativité restreinte d'Einstein, qui affirme entre autres que la lumière voyage à la vitesse de la lumière et que rien ne voyage plus vite que cela. Au quotidien, nous ne subissons presque jamais les conséquences de ce concept, car la vitesse de la lumière est si grande (300 000 km/s, soit environ un million de fois plus rapide qu'un avion à réaction) que ce “temps de voyage” importe peu . Si nous allumons la lumière ou si quelqu'un nous envoie un e-mail depuis l'Europe, nous percevons ces événements (nous voyons l'ampoule s'allumer ou recevoir l'e-mail) comme instantanés, car la lumière ne prend qu'une infime fraction de seconde pour traverser un pièce ou même autour de la Terre entière. Mais à une échelle astronomique, la finitude de la vitesse de la lumière a des implications profondes.

Le soleil est à environ 150 millions de km, ce qui signifie que la lumière du soleil met environ 8 minutes et 20 secondes pour nous atteindre. Lorsque nous regardons le soleil, nous voyons une image vieille de 8 minutes. Notre galaxie voisine la plus proche, Andromède, est à environ 2,5 millions d'années-lumière quand nous regardons Andromède, nous la regardons telle qu'elle était il y a 2,5 millions d'années. Cela peut sembler beaucoup sur l'échelle de temps humaine, mais c'est très court en ce qui concerne les galaxies, notre image "périmée" est probablement encore une bonne représentation de l'apparence d'Andromède aujourd'hui. Cependant, l'immensité de l'univers garantit qu'il existe de nombreux cas pour lesquels le temps de trajet de la lumière est important. Si nous regardons une galaxie à un milliard d'années-lumière, nous la voyons telle qu'elle était il y a un milliard d'années, suffisamment de temps pour qu'une galaxie change de manière significative.

Alors jusqu'où pouvons-nous remonter dans le temps ? La réponse à cette question est déterminée par trois facteurs différents. L'un est le fait que l'univers n'a que 13,8 milliards d'années, nous ne pouvons donc pas remonter dans le temps à une époque plus éloignée que le début de l'univers, connue sous le nom de Big Bang. Un autre problème, du moins si nous nous intéressons aux objets astrophysiques tels que les galaxies, est que nous avons besoin de quelque chose à regarder. L'univers primordial était une soupe bouillante de particules élémentaires. Il a fallu un certain temps pour que ces particules se refroidissent et se regroupent en atomes, étoiles et galaxies. Enfin, même une fois ces objets en place, les voir depuis la Terre plusieurs milliards d'années après nécessite des télescopes extrêmement puissants. La luminosité des sources physiques diminue rapidement avec la distance, et essayer de repérer une galaxie à une distance de 1 milliard d'années-lumière est aussi difficile que d'essayer de repérer le phare d'une voiture à environ 60 000 milles. Essayer de repérer la même galaxie à une distance de 10 milliards d'années-lumière est 100 fois plus difficile.

Jusqu'à présent, cela a été le facteur déterminant pour limiter la distance aux galaxies les plus éloignées que nous puissions voir. Jusque dans les années 1980, tous nos télescopes étaient basés au sol, où l'atmosphère terrestre et la pollution lumineuse entravent leurs performances. Néanmoins, nous connaissions déjà des galaxies à plus de 5 milliards d'années-lumière. Le lancement du télescope spatial Hubble en 1990 nous a permis de battre ce record de distance à plusieurs reprises et, au moment où j'écris ces lignes, la galaxie la plus éloignée connue est située il y a 13,4 milliards d'années.

Le JWST utilisera la lumière infrarouge pour étudier chaque phase de l'histoire cosmique, allant des premières lueurs lumineuses après le Big Bang à la formation de systèmes stellaires capables de supporter la vie sur des planètes comme la Terre. (NASA)

Cela nous amène à l'une des questions clés de l'astronomie moderne : quelles propriétés de ces galaxies lointaines pouvons-nous réellement mesurer ? Alors que les observations des galaxies proches montrent leurs formes et leurs couleurs de manière très détaillée, souvent la seule information que nous pouvons collecter sur les galaxies les plus éloignées est leur luminosité globale. Mais en les regardant avec des télescopes sensibles aux fréquences de lumière au-delà du domaine visible, telles que l'ultraviolet, la radio et l'infrarouge, nous pouvons découvrir des indices sur les populations stellaires de la galaxie, ainsi que sur sa distance par rapport à nous.

En observant les galaxies à autant de fréquences différentes que possible, nous pouvons créer un spectre qui montre la luminosité de la galaxie dans chaque type de lumière. Parce que l'univers est en expansion, les ondes électromagnétiques détectées par nos télescopes ont été étirées en cours de route, et il se trouve que la quantité d'étirement dans les spectres est proportionnelle à la distance de la galaxie par rapport à nous. Cette relation, appelée loi de Hubble, nous permet de mesurer à quelle distance se trouvent ces galaxies. Les spectres peuvent également révéler d'autres propriétés, telles que la masse totale des étoiles, la vitesse à laquelle la galaxie forme des étoiles et l'âge des populations stellaires.

Il y a quelques mois seulement, une équipe d'astronomes américains et européens a utilisé les observations du télescope spatial Hubble et du télescope spatial infrarouge Spitzer pour découvrir la galaxie la plus éloignée connue à ce jour, GN-z11. Observé seulement 400 millions d'années après le Big Bang (lorsque l'univers n'avait que 3 % de son âge actuel, selon le chercheur principal Pascal Oesch), il a une masse d'un milliard de soleils combinés, environ 1/25 ème  de notre propre Voie Lactée.

GN-z11 forme des étoiles environ 20 fois plus vite, au rythme remarquable de 25 nouveaux soleils par an. Il est étonnant qu'une galaxie aussi massive n'ait existé que 200 à 300 millions d'années après le début de la formation des toutes premières étoiles. Il faut une croissance très rapide, produisant des étoiles à un rythme énorme, pour avoir formé une galaxie d'un milliard de masses solaires si tôt », explique Garth Illingworth, un autre chercheur de l'équipe de découverte.

L'existence d'un objet aussi massif à une époque aussi précoce se heurte aux scénarios actuels d'assemblage cosmique, posant de nouveaux défis pour les scientifiques qui travaillent sur la modélisation de la formation et de l'évolution des galaxies. "Cette nouvelle découverte montre que le télescope Webb (JWST) trouvera sûrement beaucoup de ces jeunes galaxies remontant à l'époque de la formation des premières galaxies", a déclaré Illingworth.

JWST devrait être lancé en 2018 et orbitera autour du système Soleil/Terre à partir d'un emplacement spécial à 900 000 miles de nous. Comme Hubble, JWST emportera plusieurs instruments, dont des caméras et des spectrographes puissants, mais il aura une sensibilité améliorée : son miroir primaire sera presque sept fois plus grand et sa gamme de fréquences s'étendra beaucoup plus loin dans la région infrarouge. La gamme de fréquences différente permettra à JWST de détecter des spectres avec un étirement plus élevé, appartenant à des objets plus éloignés. Il aura également la capacité unique de prendre des spectres de 100 objets simultanément. Avec JWST, nous espérons repousser encore plus loin la barrière de la distance, à une époque seulement 150 millions d'années après le Big Bang, et découvrir les toutes premières galaxies jamais formées. JWST nous aidera à comprendre comment les formes des galaxies changent avec le temps et quels facteurs régissent les interactions et les fusions de galaxies.

Mais JWST ne regardera pas seulement les galaxies. En scrutant l'univers à la lumière infrarouge, nous pourrons voir à travers les épais rideaux de poussière qui enveloppent les étoiles et les planètes nouvellement nées, offrant une fenêtre sur la formation d'autres systèmes solaires. De plus, des instruments spéciaux appelés coronographes permettront d'imager des planètes autour d'autres étoiles et, espérons-le, mèneront à la découverte de plusieurs planètes semblables à la Terre capables d'héberger la vie. Pour tous ceux qui ont déjà regardé le ciel et se sont demandé ce qui se passait là-bas, la prochaine décennie sera une période très excitante.


Résumé

L'invention du télescope à lumière visible/télescope optique a changé à jamais la perspective de notre monde. Désormais, chacun d'entre nous peut regarder le ciel avec ces instruments et voir la Lune, les planètes, les galaxies et les étoiles lointaines, et pourquoi pas, même découvrir de nouveaux objets célestes là-bas.

N'oubliez pas qu'avec un télescope réfracteur, vous pouvez voir la lune, les planètes avec un télescope réflecteur, vous pouvez voir des objets du ciel profond, et avec le télescope catadioptrique, vous pouvez faire les deux. L'univers est à conquérir, et tout cela grâce à l'invention du télescope à lumière visible.


Crédits image

Le drapeau laissé par les astronautes est-il toujours sur la lune ? Si oui, peut-on le voir avec un télescope ? Et le rover lunaire ? Pouvons-nous utiliser le télescope spatial Hubble pour voir quoi que ce soit laissé par les astronautes ?

Oui, le drapeau est toujours sur la lune, mais vous ne pouvez pas le voir avec un télescope. J'ai trouvé des statistiques sur la taille de l'équipement lunaire dans un dossier de presse pour la mission Apollo 16. Le drapeau mesure 125 cm (4 pieds) de long, et vous auriez besoin d'un télescope optique à longueur d'onde d'environ 200 mètres (

650 pieds) de diamètre pour le voir. Le plus grand télescope à longueur d'onde optique que nous ayons actuellement est le télescope Keck à Hawaï, qui mesure 10 mètres de diamètre. Le télescope spatial Hubble ne mesure que 2,4 mètres de diamètre - bien trop petit !

Resolving the larger lunar rover (which has a length of 3.1 meters) would still require a telescope 75 meters in diameter.

Even barely resolving the lunar lander base, which is 9.5 meters across (including landing gear), would require a telescope about 25 meters across. And in reality you would want a couple (or a few) resolution elements across the object so that it's possible to identify it. (Otherwise it'll look like a one pixel detection, not an image, and I don't think people would be convinced by a couple pixels!) In addition, with a ground based telescope, you have to deal with distortion by the atmosphere as well, so you'll probably want something considerably larger than 25 meters if you want a good, believable, image of the lander. We don't have anything that big built yet! So there's really no way to image equipment left behind by the astronauts with current telescope technology.

More details for the mathematically inclined: How did I calculate this stuff? Well, here's the procedure. Let's take the case of Hubble and find out what the smallest thing it can see on the surface of the Moon is.

  1. Resolution (in radians) = (wavelength)/(telescope diameter) or R= w/D. This is a formula from optics.
  2. So for Hubble we know that the telescope diameter is 2.4 meters (it's not very big - it had to fit into the Shuttle.) Also, we know that visible wavelength light is in the range 400-700 nanometers. I'll use 600 nm, because it's somewhere in the middle and I've used it before for this calculation.
  3. If you use all units of meters and do R= (600e -9 )/(2.4) = 2.5e -7 . Well, that gives us the resolution of Hubble in radians which isn't too intuitive, but we can convert to meters on the surface of the Moon.
  4. To find the spatial extent that 2.5e -7 radians is at the distance of the moon, set up a triangle between Earth and the Moon, where R is the angle in radians that we calculated, x is the side opposite angle R which corrosponds to the object on the moon, and the adjacent side is the Earth-Moon distance. Then you have Tangent(R)=x/(distance Moon). The distance to the moon is 384,400 km. So converting to meters again and plugging in R and dmoon will give you a size in meters of the smallest size thing HST can see.
  5. When you do this you get 96.1 meters (315 feet). The astronauts didn't leave anything this big! If you look at this HST image of the Moon you can see that they say "Hubble can resolve features as small as 280 feet across." I think they used 500 nm as their wavelength instead of 600 nm, but it's the same order of magnitude as what we got here. So there's no way HST can see anything humans left behind. HST can do a good job of studying large-scale geology, like craters, which is what the images were of. People and their stuff are just really small on a planetary scale!

Update from Ann: It's still the case that the relatively small telescopes we have on Earth, and orbiting Earth, can't see these tiny features on the Moon. But in 2009 NASA launched the Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) probe to orbit the Moon, study the landscape in detail, and characterize the environment (mostly focused on checking for radiation, with which future astronauts would have to contend).

In addition to carrying out this scientific mission, LRO was able to take images of the Apollo landing sites (for the Apollo 11, 12, 14, 15, 16, and 17 missions) and could identify the flags and other equipment. Read more about that here or here, and check out NASA's multimedia image archive from LRO including this stunning image of the Apollo 11 site.


See For Yourself

While these alien volcanoes on Io may be out of reach for backyard sky-watchers, the moon and its host planet Jupiter are easy targets for the unaided eye and binoculars.

The largest planet in the solar system, Jupiter is easy to find in the night sky, as it dominates the starry heavens with its brilliance. After night falls this week, look halfway up the western sky for the brightest star-like object—that will be the gas giant nestled within the constellation Cancer, the crab.

While the planet itself is easily found with just the naked eye, even from light-polluted cities, to catch sight of its four largest moons, including Io, you will need a pair of binoculars or, even better, a small telescope.