Grands observatoires optiques dans le monde

[Geb]

Bonjour à tous,

J'ai lu hier un Science et Vie hors-série daté de mars 1976 (n°114).

En page 16 de ce numéro, il y a un tableau intitulé "Quelques télescopes optiques dans le monde". Une note en bas de ce tableau précise ceci :

Ce tableau loin d'être exhaustif, regroupe les sept plus gros télescopes, plus quelques autres.

Ce qui m'intéresse, ce sont justement les plus gros télescopes optiques. On apprend donc qu'en mars 1976, les 7 plus gros télescopes optiques terrestres, en fonctionnement ou en projet, étaient :

1) Le BTA-6 : 600 centimètres (1974),
2) Le télescope Hale : 508 centimètres (1949),
3) Le télescope Mayall : 401 centimètres (1973),
4) Le télescope Victor M. Blanco : 401 centimètres (1974),
5) Le télescope anglo-australien : 391 centimètres (1974),
6) Le télescope Canada–France–Hawaï : 366 centimètres (en projet : 1978 ?),
7) Le télescope de 3,6 mètres de l'ESO : 360 centimètres (en projet : 1976 ?).

Par rapport à cette liste, quel aurait pu être le 8^e télescope (en fonctionnement ou en projet) sur cette liste en mars 1976.

Ensuite, 2 choses m'ont frappé :

- les télescopes d'un diamètre supérieur ou égale à 3,6 mètres étaient peu nombreux à l'époque.
- le télescope de La Silla joue malgré tout un grand rôle dans l'astronomie contemporaine aujourd'hui (surtout grâce au spectrographe HARPS).

Ce que je vous propose dans cette discussion, c'est d'établir une liste exhaustive des télescopes optiques au sol (en fonctionnement ou en projet) dont le miroir primaire (y compris miroir composite) a un diamètre supérieur ou égale à 3,6 mètres en 2011.

Cordialement.
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[papy-alain]

Bonjour.

Il existe actuellement dans le monde 23 télescopes dont le miroir fait plus de 4 m.

La liste complète est ici : http://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_d...%C3%A9lescopes

Hélas, elle date de 2008, mais je pense qu'elle est toujours d'actualité.

Bonne journée.

[Geb]

Merci beaucoup papy-alain !

D'après cette liste, il existerait donc 77 télescopes optiques au sol de plus de 2 mètres, si on retire :

- le NASA-LMT (qui d'après cette liste n'est plus en fonction),
- le télescope spatial Hubble,
- une des 2 mentions du Multiple Mirror Telescope, qui était segmenté en 6 miroirs entre 1979 et 1998 et n'en a plus qu'un de 6,5 mètres depuis.

Toujours d'après cette liste, il existerait 31 télescopes avec un miroir primaire d'un diamètre supérieur ou égal au télescope de 3,6 mètres de l'ESO (qui dans cette liste mesure 3,57 mètres). Les télescopes d'une taille juste inférieure commence à 3,5 mètres.

Personnellement, je trouve ces 2 données (77 télescopes de plus de 2 mètres et 31 télescopes de plus de 3,5 mètres) étonnamment faibles.

Une autre information intéressante réside dans le fait que tous les télescopes de plus de 3,5 mètres sont entrés en service après 1973, à l'exception du grand télescope du Mont Palomar (qui date de 1948).

Aussi, le télescope à la huitième place mondiale en 1976 semble avoir été le télescope Shane de 3,05 mètres de diamètre, mis en service en 1959.

Je suis satisfait de pouvoir satisfaire ma curiosité sur ces points.

Cordialement.

[papy-alain]

Personnellement, je trouve ces 2 données (77 télescopes de plus de 2 mètres et 31 télescopes de plus de 3,5 mètres) étonnamment faibles.

Ben, premièrement, c'est pas donné, le prix d'un grand télescope.
Ensuite, les sites appropriés ne sont pas nombreux : pour une bonne qualité d'observation, il faut être loin de toute ville (pollution lumineuse), dans une région où il n'y a pas de nuages 350 jours par an, et accessible pour les astronomes (le continent Antarctique ou les déserts ne sont pas très pratiques).
Enfin, ils sont surtout concurrencés par les radiotélescopes qui ont l'avantage de couvrir un spectre beaucoup plus large que la fenêtre relativement étroite de la lumière visible.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Geb]

Ben, premièrement, c'est pas donné, le prix d'un grand télescope.
Ensuite, les sites appropriés ne sont pas nombreux : pour une bonne qualité d'observation, il faut être loin de toute ville (pollution lumineuse), dans une région où il n'y a pas de nuages 350 jours par an, et accessible pour les astronomes (le continent Antarctique ou les déserts ne sont pas très pratiques).
Enfin, ils sont surtout concurrencés par les radiotélescopes qui ont l'avantage de couvrir un spectre beaucoup plus large que la fenêtre relativement étroite de la lumière visible.

Une "région où il n'y a pas de nuages 350 jours par an", ça n'existe pas à ma connaissance. Ensuite, le désert d'Atacama est un des sites les plus prisé par les astronomes du monde entier. Le continent Antarctique est déjà un lieu privilégié pour les détecteurs de neutrinos (expériences AMANDA puis Ice Cube).

Aussi, le spectre couvert par les radiotélescopes est certes beaucoup plus large que la "fenêtre dans le visible" laissée par l'atmosphère terrestre. Mais les interférences dûes aux communications radios est bien plus contraignante (à mon avis) que le problème des centres urbains auquel doivent faire face les observatoires optiques. Cela dit je me trompe peut-être... il faudrait que je me documente sur les sites respectifs des grands observatoires radios et optiques.

Quant au prix des observatoires optiques, il faut comparé ce qui est comparable...

Le Hubble Space Telescope (HST), avant l'opération de correction de son optique défectueuse, avait déjà coûté à la NASA 2,1 milliards de dollars de 1990. Celui-ci arbore un miroir circulaire de 2,4 mètres de diamètre (4,52 m²). La somme mentionnée équivaudrait aujourd'hui à 3,55 milliards de dollars de 2011

Son successeur potentiel, le James Webb Space Telescope (JWST), aurait un miroir primaire hexagonal composé de 18 fragments, dont la surface totale serait d’environ 25 m². Le coût du JWST (si le programme va jusqu’à son terme) est estimé à 8,7 milliards de dollars de 2011, pour sa construction, son lancement ainsi que 5 ans de fonctionnement au point de Lagrange L2.

En comparaison, l’European Extremely Large Telescope (E-ELT), serait équipé d’un miroir primaire hexagonal de 39,3 mètres de diamètre composé de 798 fragments, dont la surface totale serait d’environ 978 m². Son coût était estimé en juin 2011 à 1055 millions d’euros (1,4447 $ pour 1 € à l’époque).

Donc, à surface égale et l’inflation prise en compte, le HST au lancement (retour de la navette Discovery le 29 avril 1990) était déjà ~2,254 fois plus cher que le plus en plus hypothétique JWST (toute la durée du programme prise en compte) qui lui-même est ~223,3 fois plus cher (!!!) que l’E-ELT (construction seule).

Il est vrai que le Cerro Armazones (le lieu d’implantation de l’E-ELT), si mes souvenirs sont exacts, n’a de nuit de qualité photométrique (6 heures d’affilée sans aucun nuage) que ~81% de l’année, soit 295 nuits par an. Il est vrai que si j’en juge par cette image, il ne pourrait observer que dans le visible, et peut-être dans l’infrarouge autour de 10 µm de longueur d’onde. Cependant, il est à mon sens faux de dire qu’un grand observatoire est cher.

Par contre, il est vrai que les sites potentiels se font de plus en plus rares à cause de la pollution lumineuse dûe à l’urbanisation galopante.

Cordialement.

[Calvert]

Certes, mais la qualité des observations spatiales reste meilleure que les observations terrestres, même dans les cas où l'optique adaptative peut être utilisé. En plus, là haut, on n'est pas gêné par la météo, par l'alternance jour/nuit, etc... Mais on est d'accord, c'est beaucoup plus cher. Les retombées scientifiques d'une part, et "communication" (envers le grand public) de Hubble sont incommensurables, malgré son relativement faible diamètre (comparé aux instruments terrestres).

Dans le futur, JWST et E-ELT devrait être relativement complémentaires (si un de ces projets se réalisent), l'un tant plutôt centré sur l'infrarouge proche, et l'autre dans le visible.

[invite74a6a825]

Bonjour

Cela soulève 2 questions
Est on proche d'une singularité dans l'amélioration des instruments d'observation du réel capable d'initier une nouvelle physique ?
y a il encore des domaines ou cela peut progresser ?
Infiniment petit LHC, microscopie ?, laser yoctoseconde
Infiniment grand JWST et E-ELT si on a les sou sou

Alors les prochaines conquêtes scientifiques ne seront plus que dans les domaines du vivant, de la nanotechnologie, de l'intelligence artificielle, des systèmes dynamiques hors équilibre ?

[Geb]

Certes, mais la qualité des observations spatiales reste meilleure que les observations terrestres, même dans les cas où l'optique adaptative peut être utilisé. En plus, là haut, on n'est pas gêné par la météo, par l'alternance jour/nuit, etc... Mais on est d'accord, c'est beaucoup plus cher.

Justement non. L'optique adaptative a réduit quasi à néant l'écart entre observations spatiales et observations terrestres. Par contre, un observatoire terrestre ne peut faire des pauses sur une même région du ciel que pendant 6 heures maximum, et n'est utilisable que 295 nuits par an dans les (rares) régions favorables, contre 365 nuits pour les observatoires orbitaux. Un bien maigre désavantage pour une technique plusieurs centaines de fois moins chère que l'alternative spatiale (et surtout avec des performances identiques).

Les retombées scientifiques d'une part, et "communication" (envers le grand public) de Hubble sont incommensurables, malgré son relativement faible diamètre (comparé aux instruments terrestres).

L’optique défectueuse du télescope spatial Hubble a été réparée lors de la mission STS-61 de la navette spatiale Endeavour, qui a duré du 2 décembre au 13 décembre 1993.

Les 4 grands télescopes du Very Large Telescope ont emprunté leurs noms à la langue des indiens Mapuches du Chili.

Le premier d’entre eux, Antu (le Soleil), est mis en service en juin 1998. Viendra ensuite Kueyen (la Lune), en octobre 1999. Puis, Melipal (la Croix du Sud) est mis en service en janvier 1999. Enfin, Yepun (Vénus) est opérationnel à partir de septembre 2000.

C’est Yepun qui sera équipé du premier système d'optique adaptative du VLT : NAOS (Nasmyth Adaptive Optics System), mis en service le 25 novembre 2001. À cette occasion, on obtient avec Yepun une résolution augmentée d'un facteur trois, dans le visible, par rapport à celle du télescope spatial Hubble.

Pour rappel :

[…] au sommet du Mont Paranal au Chili, avec un miroir de 8 m de diamètre sans dispositif correcteur, les meilleures nuits permettent seulement d'atteindre, dans le domaine du visible, la résolution théorique correspondant à un télescope de 45 cm !

Source : http://www.onera.fr/conferences/naos/

Cependant, même si le VLT est depuis bien plus performant que le télescope spatial Hubble, ce dernier a eu le "champ libre" pendant 8 ans (entre fin 1993 et fin 2001) pour faire de grandes découvertes. L’article susmentionné, sur le site de l’Onera, démontre bien à quel point, dans les années 90, la résolution de Hubble était importante par rapport aux observatoires au sol.

D’ailleurs, toutes les grandes découvertes de Hubble ont été validées et affinées a posteriori grâce au VLT. Cela dit, le fait que la NASA, qui jouit en outre d’un certain prestige, se concentre d’avantage sur la publicité apportée aux découvertes de Hubble que ne le fait l’ESO avec le VLT est indéniable.

Mais cette importance de la publicité à la NASA n’a d’égal que le coût du programme Hubble, qui a nécessité 5 vols de navette (à entre 700 millions et 1 milliard de dollars la mission). On comprend alors pourquoi la publicité auprès du grand public sur les retombées d’un programme extrêmement coûteux a autant d’importance.

D’autant plus qu’à l’installation de NAOS fin novembre 2001, les 4 grands télescopes du VLT avaient coûté 300 millions de d’euros (avec 1,14 € pour 1 $ à l’époque). Ce qui équivaudrait aujourd’hui à 426,8 millions de dollars de 2011. Les instruments NAOS et CONICA installés sur Yepun à cette occasion auraient coûté à l’époque environ 8 millions d’euros.

Donc, si on reprend nos calculs précédents, Yepun permettait une résolution supérieure d’un facteur 3, dans le visible, à celle de Hubble, pour un coût 30 fois inférieur, si on prend en compte le coût de ce seul grand télescope du VLT.

Pour finir, l'optique adaptative est une technique relativement nouvelle, qui est appelée à se répandre, minimisant définitivement l'écart qualitatif entre les observatoires terrestres et les observatoires spatiaux (dans le visible toujours), ceci étant donné la taille limitée des observatoires orbitaux au regard du coût actuel d'accès à l'orbite basse et de la durée de vie des observatoires aux points de Lagrange (5 ans seulement pour le JWST).

Cordialement.

[Geb]

Cela soulève 2 questions
Est on proche d'une singularité dans l'amélioration des instruments d'observation du réel capable d'initier une nouvelle physique ?
y a il encore des domaines ou cela peut progresser ?

En matière d'observations de nature disons astrophysique, les instruments devront être soit plus performants (en augmentant le diamètre), soit plus nombreux (interférométrie). S'il y a bien une tendance qui est observée, c'est une augmentation générale du coût des programmes, inflation prise en compte. C'est là le tribu de l'amélioration de la précision.

Mais selon moi, rien n'indique ce qu'on pourrait appeler une singularité dans un proche avenir à ce sujet. Par proche avenir, j'entends l'horizon technologique, soit, disons la fin du siècle. Je dirais même que certaines techniques accessibles dans le future me permettent d'être plutôt optimiste.

Cordialement.

[Calvert]

Donc, si on reprend nos calculs précédents, Yepun permettait une résolution supérieure d’un facteur 3

Oui, mais avec un diamètre plus de 3 fois plus petit, soit une surface collectrice 10 fois plus petites.
Notons aussi qu'il existe aussi des limitations techniques à l'optique adaptative: une partie du flux est utilisée à des fins de corrections et plus scientifiques. Il faut aussi avoir des objets suffisamment brillants dans le champ pour que l'optique adaptative fonctionne.
Il y a donc plusieurs avantages au spatial. Et aussi beaucoup d'inconvénient, je suis d'accord.

Je ne défend pas du tout une stratégie du "tout spatial", mais c'est une erreur de penser que tout peut être fait depuis le sol. L'OA est un énorme progrès, mais il est encore limité pour certaines recherches, particulièrement des objets peu lumineux. Vous ne rencontrerez aucun astrophysicien qui serait prêt actuellement à renoncer au James Webb, même pour 3 télescopes de 30 mètres au sol supplémentaires. Il n'y a qu'à voir la mobilisation qu'il y a eu dans le milieu lors de l'annonce américaine de l'abandon du projet.

[Geb]

Je ne défend pas du tout une stratégie du "tout spatial", mais c'est une erreur de penser que tout peut être fait depuis le sol. L'OA est un énorme progrès, mais il est encore limité pour certaines recherches, particulièrement des objets peu lumineux. Vous ne rencontrerez aucun astrophysicien qui serait prêt actuellement à renoncer au James Webb, même pour 3 télescopes de 30 mètres au sol supplémentaires. Il n'y a qu'à voir la mobilisation qu'il y a eu dans le milieu lors de l'annonce américaine de l'abandon du projet.

Premièrement, depuis le 25 novembre 2001, la technologique de l'optique adaptative à fait beaucoup de progrès. Peut-être que la résolution était supérieure d'un facteur 3 à l'époque et qu'elle est encore supérieure aujourd'hui avec les systèmes qui ont succédé à NAOS. Aussi, pour les objets peu lumineux, disons d'une magnitude inférieure à 30 sont souvent très lointains et nécessitent d'adapter l'observation à des longueurs d'onde supérieures, comme l'infrarouge.

Là, je n'ai pas dit que le spatial ne pourrait pas être efficace. Je constate juste, avec le JWST par exemple, que les télescopes spatiaux ont abandonné le spectre visible pour le laisser aux télescopes au sol, quasi aussi efficaces et des dizaines, voire des centaines de fois moins chers. Je voudrais rappeler, qu'avant l'optique adaptative, on ne pouvait descendre en dessous d'une résolution théorique équivalent à un miroir de 45 cm, même avec un télescope de 8 mètres sur le Mont Paranal...

Je voudrais aussi relativiser les choses... Il est de notoriété publique que beaucoup de télescopes Hubble ont volé avant le seul télescope baptisé Hubble. Je veux parler évidemment des satellites espions de type KH-11 KENNAN, construits par Lockheed, et dont le premier exemplaire équipé d'un miroir de 2,34 mètres, est satellisé le 19 décembre 1976. Ce satellite est aussi le premier a utiliser les tous nouveaux (à l'époque) capteurs CCD. D'après l'article de Wikipedia, le dernier de cette classe en date, baptisé USA-224, a été satellisé le 20 janvier 2011, pour un budget de 2 milliards de dollars américains, et avec 2 ans d'avance sur le planning.

Cordialement.

[Geb]

Bonjour,

Mais les interférences dûes aux communications radios est bien plus contraignante (à mon avis) que le problème des centres urbains auquel doivent faire face les observatoires optiques. Cela dit je me trompe peut-être... il faudrait que je me documente sur les sites respectifs des grands observatoires radios et optiques.

À l'occasion de l'officialisation de la nouvelle définition de l'Unité Astronomique (fin août 2012), je me suis documenté sur les toutes premières observations radars de la planète Vénus qui ont permis de déterminer avec plus de précision la valeur de l'Unité Astronomique. Il s'agit d'une technique toujours utilisée à l'heure actuelle.

Ces observations ont d'abord été effectuées par le radar (U.H.F., jusqu'en 1962) de Millstone Hill (25,6 mètres de diamètre) du M.I.T., installé en automne 1957 à Westford, près de Boston (au Massachusetts).

Avec ce même radar, Price et ses collègues ont effectuées des mesures les 10 et 12 février 1958, lorsque Vénus était en conjonction inférieure (au plus près de la Terre). Elles s'étaient révélées incohérentes avec la valeur actuelle de l'Unité Astronomique.

Voir ici : Radar Echoes from Venus (R. Price et al., 1959)

Pour ceux que ça intéresse j'ai trouvé un article du 5 mai 2012 à propos du radar de Millstone Hill :

Space Surveillance Sensors: The Millstone Hill Radar

The Millstone Hill Radar (MHR) is a large (84 foot diameter) L-Band dish tracking radar located, appropriately enough, on Millstone Hill in Westford MA, a suburb of Boston. [...]

The original Millstone Hill Radar began operations in the fall of 1957. This was a UHF radar, operating at about 450 MHz. On October 5, 1957 it detected the Soviet Sputnik I satellite, just one day after its launch. On April 11, 1958 became the first radar (at least the first U.S. radar) to track (not just detect) a satellite when it tracked Sputnik II from horizon to horizon. This original UHF version of the Millstone Hill Radar was the basis for the FPS-49 and FPS-92 missile tracking radars in the BMEWS (Ballistic Missile Early Warning System) early warning system.

This original radar was upgraded to L-band in 1962, which involved installing a new antenna with the same diameter.

Du 6 mars au 18 mai 1961, G. H. Pettengill et ses collègues ont entrepris à nouveau des mesures radiométriques de la distance Terre-Vénus avec le radar de Millstone Hill.

La publication (mai 1962) est ici : A Radar Investigation of Venus

L'année suivante, le même groupe publie une estimation de l'Unité Astronomique grâce à des données récoltées avec le même radar le 14 septembre 1959 et du 3 avril au 8 juin 1961.

Voir ici : Radar Observations of Venus, 1961 and 1959 (Smith, février 1963)

Durant cette même période, ces mesures ont été répétées grâce à la station Pioneer (DSS-11, 25,9 mètres de diamètre) terminée en décembre 1958 et appartenant au J.P.L. Elle faisait partie intégrante de la Deep Space Instrumentation Facility de la NASA, dans le désert de Mojave à 60 km au nord de Barstow (en Californie).

L'histoire du Goldstone Deep Space Communications Complex (GDSCC) sur le site de la NASA :

History of GDSCC

The Pioneer Station (DSS-11), a 26 meter polar mounted antenna was the first deep space antenna to be constructed at Goldstone. Completed Dec.1958 in time to support the Pioneer 3 mission, DSS-11 became the proto-type antenna for the Deep Space Network and went on to track a variety of NASA missions including all Pioneer spacecraft, the Echo Balloon projects, Ranger, Lunar Orbiter, Surveyor, Apollo, Helios, Mariner, Viking and Voyager.

En mai 1962, Mulheman et ses collègues du Jet Propulsion Laboratory, publieront un article dans lequel il estime l'Unité Astronomique grâce à une campagne d'observation continue de la distance Terre-Vénus par échos radar avec une antenne parabolique de la station Pioneer, entre le 10 mars et le 10 mai 1961, profitant de la conjonction inférieure de Vénus du 11 avril 1961.

Voir ici : The Astronomical Unit Determined by Radar Reflections from Venus

Les données recueillies en 1961 par le MIT et le JPL sont donc considérées de nos jours comme les premières ayant permis d'estimer la valeur moderne de l'Unité Astronomique.

Pour être complet, des mesures de vitesses radiales avaient aussi été effectuées sur la sonde Pioneer V (lancée le 11 mars 1960) grâce à cette antenne radar de Goldstone, entre le 11 mars et le 26 juin 1960. Cependant, l'incertitude de mesure était de 15000 km, contre 250 km pour les mesures par échos radar avec Vénus.

Ces données ont été publiées en mai 1960 : "A dynamical Determination of the Astronomical Unit by a Least-Squares Fit to the Orbit of Pioneer V" (J. B. McGuire et al., 1960)

Voir ce dossier (en page 64) pour les détails chiffrés : Notes of Working Symposium on Solar System constants (Donna Wilson, 1963)

Donc, si je reprends, le Millstone Hill Radar (MHR) du M.I.T., de 25,6 mètres de diamètre, est inauguré à l'automne 1957. Le radar de la station Pioneer (DSS-11), de 25,9 mètres de diamètre, est inauguré en décembre 1958.

Ces radars sont, à ma connaissance, les plus grands de l'époque. En effet, en 1956, le radar de 18,3 mètres installé à Sugar Grove est sans doute le plus grand des États-Unis (peut-être même au monde) à l'époque.

Voir la page historique de l'U.S. Navy à ce sujet : NIOC Sugar Grove WV

The Navy’s presence in Sugar Grove began in 1955 when the present site of the NIOC was selected for a Naval Research Laboratory (NRL) project which was to lead to the construction of a large parabolic antenna for advanced communications research. The site was selected as the ideal location for this project because of the natural mountain shielding and the extremely low level of man-made noise.

In 1956, a 60-foot antenna was completed and became operational for feasibility studies for a 600-foot parabolic antenna. Originally, the site was developed as a radio telescope that would probe outer space, tuning in on radio signals 38 billion light-years away from Earth. The 600-foot dish would have been the heart of the operation. In 1958, ground was broken and construction began on base.

Une publication scientifique d'époque au sujet de cette antenne parabolique de Sugar Grove :

A 60-Foot Diameter Parabolic Antenna for Propagation Studies (A. B. Crawford et al., 1956)

Bonne lecture.