Comment fonctionnent les télescopes ?
Crédit : NASA/JPL-Caltech
Un télescope est un outil que les astronomes utilisent pour voir des objets lointains. La plupart des télescopes, et tous les grands télescopes, fonctionnent en utilisant des miroirs incurvés pour recueillir et focaliser la lumière du ciel nocturne.
Les premiers télescopes focalisaient la lumière en utilisant des morceaux de verre transparent incurvé, appelés lentilles. Alors pourquoi utilisons-nous des miroirs aujourd’hui ? Parce que les miroirs sont plus légers, et qu’il est plus facile que les lentilles de les rendre parfaitement lisses.
Les miroirs ou les lentilles d’un télescope sont appelés « l’optique ». Les télescopes vraiment puissants peuvent voir des choses très faibles et des choses très lointaines. Pour cela, les optiques – qu’il s’agisse de miroirs ou de lentilles – doivent être très grandes.
Plus les miroirs ou les lentilles sont grands, plus le télescope peut recueillir de lumière. La lumière est ensuite concentrée par la forme de l’optique. Cette lumière est ce que nous voyons lorsque nous regardons dans le télescope.
L’optique d’un télescope doit être presque parfaite. Cela signifie que les miroirs et les lentilles doivent avoir exactement la bonne forme pour concentrer la lumière. Ils ne peuvent pas avoir de taches, de rayures ou d’autres défauts. S’ils présentent de tels problèmes, l’image est déformée ou floue et il est difficile de la voir. Il est difficile de fabriquer un miroir parfait, mais il est encore plus difficile de fabriquer une lentille parfaite.
Lentilles
Un télescope fabriqué avec des lentilles est appelé télescope réfringent.
Une lentille, comme dans les lunettes, déforme la lumière qui la traverse. Dans des lunettes, cela rend les choses moins floues. Dans un télescope, cela fait paraître les choses lointaines plus proches.
Un télescope réfracteur simple utilise des lentilles pour rendre les images plus grandes et plus visibles. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les personnes dont la vue est particulièrement faible ont besoin de lentilles épaisses dans leurs lunettes. Les lentilles grandes et épaisses sont plus puissantes. Il en va de même pour les télescopes. Si vous voulez voir loin, vous avez besoin d’une grosse lentille puissante. Malheureusement, une grosse lentille est très lourde.
Les lentilles lourdes sont difficiles à fabriquer et difficiles à tenir au bon endroit. De plus, à mesure qu’ils s’épaississent, le verre arrête une plus grande partie de la lumière qui les traverse.
Parce que la lumière traverse l’objectif, la surface de celui-ci doit être extrêmement lisse. Tout défaut dans la lentille modifiera l’image. Ce serait comme regarder à travers une fenêtre sale.
Pourquoi les miroirs fonctionnent mieux
Un télescope qui utilise des miroirs est appelé télescope à réflexion.
Contrairement à une lentille, un miroir peut être très fin. Un miroir plus grand n’a pas besoin d’être aussi plus épais. La lumière est concentrée en rebondissant sur le miroir. Il suffit donc que le miroir ait la bonne forme incurvée.
Il est beaucoup plus facile de fabriquer un grand miroir presque parfait que de fabriquer une grande lentille presque parfaite. De plus, comme les miroirs sont unilatéraux, ils sont plus faciles que les lentilles à nettoyer et à polir.
Mais les miroirs ont leurs propres problèmes. Avez-vous déjà regardé dans une cuillère et remarqué que votre reflet est à l’envers ? Le miroir incurvé d’un télescope est comme une cuillère : il renverse l’image. Heureusement, la solution est simple. Il suffit d’utiliser d’autres miroirs pour la retourner.
Un télescope à réflexion simple utilise des miroirs pour nous aider à voir des objets lointains. Crédit : NASA/JPL-Caltech
L’avantage numéro un de l’utilisation de miroirs est qu’ils ne sont pas lourds. Comme ils sont beaucoup plus légers que les lentilles, les miroirs sont beaucoup plus faciles à lancer dans l’espace.
Les télescopes spatiaux tels que le télescope spatial Hubble et le télescope spatial Spitzer nous ont permis de capturer des vues de galaxies et de nébuleuses très éloignées de notre propre système solaire.
Cette image de la nébuleuse du Crabe a été créée grâce aux informations fournies par le télescope spatial Hubble, le télescope spatial Spitzer, l’observatoire des rayons X Chandra, le XMM-Newton de l’Agence spatiale européenne et le Very Large Array. Credit: NASA, ESA, NRAO/AUI/NSF and G. Dubner (University of Buenos Aires)