Espace astronomique (16) Instrumentation des 30m

La nouvelle génération des télescopes au sol, qui devrait apparaître
juste avant les années 2020, va nécessiter de nouveaux instruments. Il
est évident que ces engins vont être conçu avec un champ important
pour avoir une rentabilité scientifique maximum. Je pense que l’on
peut estimer le diamètre de leur surface focale à 10% de celui du
miroir primaire, soit 3 m pour un 30 m comme le « télescope Moore »,
le Thirty Meter Telescope.

Avec des CCD dotés de pixels de 3 microns, cela donne un million de
pixels dans le diamètre d’une caméra couvrant la surface focale. Il
faut donc compter quelques 7,5 trillions de pixels pour la surface
entière. C’est 8 000 fois ce qui se construit actuellement, donc, avec
la loi de Moore (que l’on retrouve ici) 13 périodes de doublement. En
comptant un temps de doublement de 2 ans, cela met ce type de caméra
26 ans dans l’avenir au minimum. En effet, une caméra franchissant le
milliard de pixel ne devrait pas entrer en service avant 2014.

Cette génération de télescope va donc entrer en service une bonne
vingtaine d’années avant  qu’une instrumentation adaptée soit
disponible. Encore, le choix des pixels de 3 microns reflète la taille
actuelle de ces éléments sur les téléphones portables alors que la R&D
vise les 1,8 micron, ce qui demanderait donc pratiquement deux
générations de plus de circuits électroniques. On atteindrait alors 30
ans. Le TMT pourrait alors donner sa pleine capacité vers 2050. il en
va de même pour les autres projets similaires.

Mais pourquoi tant de pixels ? pourquoi réduire à ce point leurs
dimensions ? La réponse tient dans les techniques de compensation de
la turbulence atmosphérique. J’ai dit que ce procédé consistait à
créer une étoile artificielle dans la haute atmosphère par la
fluorescence des atomes de sodium vers 80 km d’altitude excités par un
laser. Il existe une autre technique basée sur la diffusion vers 30
km, mais cela ne change rien au principe. Pour corriger les
distorsions du front d’onde, il faut pouvoir voir les « speckles » ou
tavelures que produit l’étoile artificielle et cela nécessite un très
fort grossissement, donc un faible champ.

Réduire la taille des pixels des CCD de détection augmente la finesse
de l’image, ce qui permet de réduire le grossissement pour voir un
détail donné. Moins de grossissement se traduit par plus de champ.
Plus les pixels sont petits, plus le champ d’observation augmente, ce
qui permet de visualiser des objets plus étendus ou plus nombreux. Le
TMT va disposer de 6 lasers formant autant d’étoiles de référence pour
6 dispositifs de correction. Un seul ne pouvant et de loin, couvrir
tout le champ du télescope. Même avec ses – lasers, le TMT ne pourra
corriger qu’un champ de l’ordre de quelques minutes d’arc alors qu’il
pourrait atteindre plusieurs degrés d’un simple point de vue optique.

Un autre progrès à attendre est l’imagerie bolométrique, un bolomètre
ne mesure pas les cravates comme on pourrait le penser, mais l’énergie
des radiations reçues qu’il convertit en chaleur. La nouveauté dans ce
domaine est qu’il devient possible de mesurer assez précisément
l’énergie d’un seul photon sur un pixel d’une caméra. Lorsqu’un photon
arrive sur un tel pixel, il ne donne pas simplement une information «
arrivée d’un photon », mais une mesure de son énergie, donc de sa
couleur. La caméra est donc « en couleur » et plus que cela : elle
agit comme un spectrographe pour chaque objet dans son champ. Les
premières réalisations seront certainement plus proches de l’analyse
des bandes photométriques que de la spectrographie haute résolution.

On a coutume de penser que les progrès de l’électronique sont
fulgurants, pourtant, dans le domaine astronomique, ce sont les
instruments de détection électronique qui sont en retard par rapport
aux possibilités optiques et mécaniques. A tel point que si l’on avait
actuellement les financements pour un télescope de la génération des
cent mètres de diamètre, qui est techniquement réalisable, cela ne
servirait pas à grand chose, car l’instrumentation serait incapable de
suivre.

Y.B.