Astronomie 101 - L’abc de l’exploration

par Peter McMahon

Depuis nos premiers exploits technologiques (construction d’abris et de foyers et invention de la roue), nos premiers moments à parcourir les mers et la création de nos premières civilisations, nous nous demandons ce que sont ces points de lumière dans le ciel la nuit : nous remarquons ces points ainsi que les « étoiles errantes » qui se laissent aller devant le reste du cosmos. Nous rêvons également de nous rapprocher de ces merveilleux globes célestes qui créent le jour et qui parfois, illuminent la Terre la nuit.

étoiles

Aujourd’hui, nous savons que…

  • ces points de lumière sont des étoiles comme notre Soleil; nous avons même photographié la surface visible de certaines d’entre elles et découvert que celles que nous pouvons voir font partie d’une plus grande galaxie de centaines de milliards d’objets semblables.
  • ces « étoiles errantes » se sont avérées être les planètes, qui semblent se déplacer devant des étoiles encore plus éloignées en « arrière-plan ».
  • l’une de ces sphères éclatantes est le Soleil, notre étoile locale. Bien qu’elle ne soit pas le centre de l’univers, nous avons découvert que ce ballon de gaz de très grande envergure (d’un million de kilomètres de diamètre) est le centre d’un système de planètes qui sont en orbite autour, dont la Terre et sa Lune (cette autre « sphère céleste » dans notre ciel).

Quoique nous ayons exploré la voûte céleste à partir de la Terre depuis des centaines d’années (ou des milliers d’années, selon certaines définitions), c’est seulement au cours des cinquante dernières années que nous avons envoyé des pièces de notre arsenal technologique dans l’espace pour explorer notre système solaire.

Regardons de plus près les diverses façons d’explorer l’espace :

TÉLESCOPES

Télescopes optiques

Depuis plus de 400 ans, nous utilisons lentilles et miroirs pour grossir les objets dans l’espace. En 1610, l’astronome italien Galileo Galilei s’est servi de son télescope fait maison d’un pouce de large pour découvrir les lunes principales de Jupiter, les phases de Vénus similaires aux phases de la lune, les anneaux de Saturne, pour observer les taches solaires sur le Soleil et pour détecter les cratères et les montagnes de la Lune.

Depuis, les astronomes ont utilisé des morceaux de verre de plus en plus grands pour observer l’univers : ils se sont servis de télescopes dont l’optique mesure entre un et dix mètres (30 pieds) de diamètre pour en apprendre davantage sur l’existence des trous noirs et des galaxies au-delà de la nôtre, sur le fait que l’univers est en expansion et même pour trouver des planètes au-delà de notre propre système solaire. L’un des instruments d’optique modernes qui correspondent à cette description est le Télescope Canada-France-Hawaii, situé sur le Mauna Kea à Hawaii.

Radiotélescopes

Very Large ArrayDes radiotélescopes géants, comme celui qui se trouve à Arecibo à Porto Rico et dont l’antenne mesure 300 mètres (1000 pieds) ou comme le Very Large Array, un radiotélescope formé d'un réseau de 27 antennes paraboliques au Nouveau-Mexique (équivalant à une antenne de 36 km de large), fouillent la voûte céleste pour des émissions radioélectriques provenant d’objets de l’espace lointain.

Les radiotélescopes ont démontré comment l’univers s’est formé et ont servi à chercher des signaux de civilisations extra-terrestres.

Autres dispositifs

D’autres genres de télescopes non optiques comprennent ceux qui fouillent la voûte céleste pour des rayons X, des rayons gamma, des rayons cosmiques, et des neutrinos (l’un des observatoires de neutrinos les plus modernes au monde est situé à 2 km sous terre à Sudbury en Ontario).

Dans les dix prochaines années, des télescopes optiques allant jusqu’à 39 mètres (128 pieds) de diamètre aideront à révéler les secrets de la masse manquante de l’univers (ce qu’on appelle la matière noire) et photographieront directement des planètes autour d’autres étoiles.

ENGINS SPATIAUX ROBOTISÉS

Télescope spatial James Webb « Télescopes spatiaux »

Libres de toute distorsion atmosphérique sur la Terre, les télescopes spatiaux comme le Hubble, l’observatoire Chandra à rayons X de la NASA et le télescope spatial James-Webb qui sera lancé prochainement, produisent des images d’objets distants plus clairement que les instruments au sol beaucoup plus gros

Sondes spatiales

Le fait de placer un appareil photo ou une sonde juste devant un monde de notre système solaire offre souvent beaucoup plus de données et une compréhension plus détaillée que le fait de les explorer de loin. L’inconvénient omniprésent de l’observation à distance est le coût beaucoup plus élevé d’envoyer des engins spatiaux dans d’autres mondes.

 VoyagerDepuis les années 60, nous avons envoyé des sondes sans équipage à chacune des planètes de notre système solaire. Dans les années 60, des vaisseaux spatiaux américains et soviétiques se sont envolés vers Mercure, Vénus et Mars. Dans les années 70, la NASA a envoyé des vaisseaux spatiaux pour décrire une orbite autour de Mars et s’envoler vers Jupiter et Saturne. Dans les années 80 et 90, des astronefs sont passés près d’Uranus, de Neptune et de la comète de Halley et ont roulé sur la surface de Mars.

Au 21e siècle, nous avons envoyé des sondes spatiales vers des astéroïdes et des comètes, vers les lunes de Mars, de Jupiter et de Saturne, puis pour des « affectations » semi-permanentes, afin d’observer Mars, comme le font les satellites qui observent la Terre en orbite au-dessus de notre planète. (Bien que Pluton ne soit plus considérée comme une planète, la sonde spatiale New Horizons [« nouveaux horizons »] de la NASA s’approchera de Pluton en 2015.)


« Robots » spatiaux

Depuis les années 70, nous avons envoyé des sondes munies de bras robotiques pour atterrir sur Mars, suivies de robots astromobiles dans les années 90 (la 3e génération d’astromobiles martiens, soit le large robot Curiosity à propulsion nucléaire de la NASA, est actuellement en déplacement sur la planète rouge; l’un de ses détecteurs principaux est un spectromètre de la taille d’un cube de Rubik « fait au Canada »; il a été développé à l’Université de Guelph).

La NASA et l’Agence spatiale européenne (ASE) ont envoyé des sondes encore plus loin de la Terre dans l’atmosphère de Jupiter et pour atterrir sur Titan, la lune de Saturne (à gauche , comparée à l’échelle à une image de l’atterrissage sur la Lune), d’où elles nous ont renvoyé les premières photos de la surface d’un monde du système solaire externe.

EXPLORATION SPATIALE HUMAINE


AtlantisEngins spatiaux orbitaux (et suborbitaux)

En 1961, le cosmonaute Youri Gagarine est devenu le premier être humain à aller dans l’espace, à décrire une orbite autour de la Terre et à entamer l’aube de l’ère spatiale, ainsi que la « course à l’espace » entre les États-Unis et l’Union soviétique, dans le but de capturer une série de « premières ».

En 1965, le cosmonaute Alexeï Leonov est devenu le premier être humain à effectuer une sortie dans l’espace, quittant le vaisseau spatial qui l’a emmené en orbite et flottant librement dans l’impesanteur.

En 1981, nous avons vu l’introduction de la navette spatiale de la NASA, le tout premier vaisseau spatial piloté réutilisable. Six de ces énormes astronefs multifonctionnels ont été construits et cinq se sont rendus dans l’espace sur une période de plus de 30 ans.

Le plaisir d’un astronef

En 2004, SpaceShipOne (« Vaisseau Spatial 1 ») est devenu le premier engin privé à atteindre l’espace. Cet astronef de la taille d’une minifourgonnette a fini par mener aux débuts de l’industrie du tourisme spatial, en y amenant des membres du public en vol suborbital et en ouvrant la voie à des entreprises privées pour qu’elles contribuent à l’exploration spatiale.

Stations spatiales

L’Union soviétique a encore été la première à construire la toute première station spatiale et à l’habiter : Saliout 1 en 1971.

En 1973, la NASA a lancé le laboratoire spatial habité Skylab, construit à partir d’une énorme fusée lunaire non utilisée.

Skylab a été la première station spatiale à grande échelle et en 1986, l’Union soviétique a lancé Mir, le premier complexe spatial de longue durée (il est demeuré en orbite pendant 15 ans).


Atterrissages lunaires

Entre 1969 et 1972, la NASA a lancé sept missions pour atterrir sur la Lune, soit les premières missions humaines à un autre monde (et jusqu’à maintenant, les seules). Apollo 13 a subi des problèmes qui ont empêché son équipage d’atterrir sur la Lune, mais les six autres missions ont permis à deux astronautes chacune de marcher sur la Lune.

Apollo 11Alors qu’ils étaient sur la lune, ces 12 hommes ont effectué des expériences scientifiques, ont installé de l’équipement permanent comme des réflecteurs pour faire réverbérer les rayons laser qui viennent de la Terre et ont recueilli des échantillons de sol, y compris des pierres de lune, pour les rapporter sur la Terre.

Bien que les atterrissages lunaires des années 60 et 70 étaient en partie de nature militariste (le but des États-Unis était d’aller sur la lune avant l’Union soviétique), ils représentent un événement marquant de l’histoire de l’humanité et des réalisations technologiques.

D’autre part, si des astronautes parviennent à aller sur Mars, cela s’avérerait avantageux, sur les plans scientifique et technologique, pour de nombreux pays coopérants : une mission humaine sur Mars pourrait s’avérer la percée nécessaire pour découvrir s’il y a de la vie au-delà de la Terre, après des dizaines d’années de préparation et une recherche au sol détaillée, soit les obstacles du passé qu’un robot télécommandé ne pouvait simplement pas enjamber. Une telle mission relancerait vraisemblablement d’énormes progrès technologiques sur la Terre (depuis la gestion des déchets jusqu’à l’énergie solaire, en passant par la production alimentaire et les progrès dans le domaine médical), tout comme le programme Apollo l’a fait dans les années 60.

Robert Zubrin, défenseur américain de la mission humaine sur Mars et auteur de livres sur l’exploration spatiale, le dit ainsi : « Les nations, comme les gens, sont stimulées par les défis et dépérissent sans eux. Le défi d'une mission humaine sur Mars serait une invitation à l'aventure pour tous les jeunes au pays, lançant l'appel puissant : "Apprenez bien vos sciences et vous pourrez faire partie des pionniers d'un nouveau monde". »

MarsMars, les astéroïdes et plus loin encore…

En date de 2013, la NASA vise à faire atterrir un équipage humain sur un astéroïde d’ici 2025, ce qui serait suivi par l’atterrissage d’un groupe d’êtres humains sur Mars « autour de 2030 ». Des recherches approfondies sur les conséquences qu’auraient de telles missions pluriannuelles sur les humains sont déjà en cours comme l’un des domaines d’intérêt principaux de la Station spatiale internationale, soit un complexe scientifique de la taille d’un terrain de football construit au cours des 10 dernières années par 16 différents pays, y compris le Canada. La Station spatiale est estimée à 100 milliards de dollars.

Une mission de la sorte sur la planète rouge pourrait coûter entre 200 et 500 milliards de dollars américains.

Cependant, diverses agences spatiales ont proposé de nouvelles façons de réduire ces coûts drastiquement en les étalant sur plusieurs dizaines d’années, en envoyant des approvisionnements et des équipages par étapes et même en prévoyant (de façon très controversée) d’envoyer des astronautes sur Mars sans voyage de retour, selon un « aller simple ».

Images courtoisie de NASA et Peter McMahon

L’équipe des services d’éducation

Ce contenu est fourni par l'équipe des services d'éducation de Parlons sciences.







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