Arecibo, observatoire d' - astronomie.

Arecibo, observatoire d' - astronomie. 1 PRÉSENTATION Arecibo, observatoire d', observatoire américain situé à 10 km de la ville d'Arecibo, sur l'île de Porto Rico (mer des Caraïbes), dédié à l'étude de l'ionosphère et du Système solaire, ainsi qu'à la radioastronomie. Inauguré en 1963, puis rénové deux fois en 1974 et 1997, l'observatoire d'Arecibo abrite actuellement le plus grand radiotélescope du monde (305 m de diamètre). Il est géré conjointement par le National Astronomy and Ionosphere Center (Centre national d'astronomie et d'études ionosphériques) de l'université de Cornell (États-Unis) et la National Science Foundation (NSF). Comme tout radiotélescope, celui d'Arecibo collecte, concentre et détecte les faibles ondes radio provenant des objets de l'Univers. Inversement, il peut émettre des ondes radio et se comporter comme un radar (voir astronomie radar). Sa sensibilité est directement proportionnelle à sa surface collectrice. Les découvertes des pulsars binaires et de ceux à rotation très rapide (pulsars millisecondes), ainsi que les images radar d'astéroïdes réalisées par cet observatoire font partie des résultats les plus importants des deux dernières décennies en astronomie. 2 CARACTÉRISTIQUES DU RADIOTÉLESCOPE La position géographique de l'observatoire d'Arecibo, proche du tropique du Cancer, offre des conditions d'observation particulières. En effet, sous cette latitude, les planètes sont proches du zénith, une direction facilement visée par le radiotélescope, dont la surface collectrice est fixe par rapport au sol. La calotte sphérique métallique concave du radiotélescope est installée dans l'une des vastes cuvettes naturelles de l'île. Cette surface collectrice géante est constituée de 40 000 panneaux d'aluminium pesant 350 t au total. Autour de la cuvette, trois pylônes soutiennent une plate-forme de 900 t, à 150 m de hauteur au dessus du foyer du télescope. Cette plate-forme accueille les systèmes mécanique et électronique qui concentrent et détectent les ondes radio réfléchies par la surface collectrice dans la gamme des fréquences comprises entre 300 MHz (longueur d'onde de 1 m) et 10 GHz (longueur d'onde de 3 cm). Elle est mobile pour permettre au télescope de viser dans toute direction s'écartant au plus de 20° du zénith, soit les déclinaisons astronomiques comprises entre 1° sud et 38° nord. Elle est également stabilisée avec une précision d'un millimètre, même par grand vent. Le radiotélescope d'Arecibo constitue ainsi un chef-d'oeuvre d'ingénierie mécanique et électronique. Il a notamment reçu les deux plus hautes distinctions américaines de l'Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) et de l'American Society of Mechanical Engineers (ASME). 3 PRINCIPAUX PROGRAMMES DE RECHERCHE 3.1 Étude de l'ionosphère L'étude de l'ionosphère par radar est à l'origine de la construction de l'observatoire d'Arecibo. L'ionosphère est une région de l'atmosphère comprise entre 60 et 600 km d'altitude, où les rayons X et ultraviolets du Soleil ionisent les gaz en arrachant des électrons aux atomes (voir ionisation). Ces électrons libres forment une enveloppe autour de la Terre (l'ionosphère) qui affecte les télécommunications radio intercontinentales. Les ondes radio du puissant radar d'Arecibo (1 MW -- mégawatt) sont partiellement réfléchies par les couches de l'ionosphère. L'étude de ces faibles échos permet de mesurer la densité volumique des électrons et leur température en fonction de l'altitude. L'ionosphère s'est révélée être une enveloppe inhomogène et variable. Ces études sont capitales pour la compréhension des mécanismes physiques qui la régissent, afin de prévoir son état et les perturbations des télécommunications. 3.2 Étude du Système solaire L'utilisation en mode radar du radiotélescope d'Arecibo contribue également à améliorer nos connaissances du Système solaire. En effet, l'analyse des faibles échos radar provenant des ondes radio réfléchies par la surface d'une planète, d'un astéroïde ou d'une comète permet de détecter son relief, sa composition, sa taille, sa forme, sa vitesse de rotation et sa trajectoire. Arecibo a ainsi permis de cartographier Mercure, Vénus et la Lune en localisant les chaînes de montagnes, les cratères et les rifts. Il est aussi à l'origine de la découverte de glace aux calottes polaires de Mercure et de la Lune. La finesse de ses observations permet de mettre en évidence des détails de 15 m à la surface des astéroïdes proches de la Terre. Ces mesures radar permettent aussi d'affiner la connaissance des trajectoires des planètes et donc la précision de la navigation des sondes interplanétaires comme Voyager 1 et 2, Galileo ou Cassini-Huygens, soumises aux lois de la mécanique céleste. 3.3 Études extrasolaires La radioastronomie contribue à l'étude des objets célestes situés au-delà du Système solaire. Arecibo observe tout particulièrement les pulsars, mais aussi les étoiles, les galaxies et les quasars. Les pulsars sont des étoiles à neutrons en rotation rapide, vestiges d'explosions d'étoiles massives (supernovae). Ils émettent de façon naturelle des ondes radio qui arrivent à la Terre sous forme d'impulsions que l'on peut chronométrer. Le premier pulsar binaire (PSR 1913 +16) a été découvert à Arecibo en 1974 par les physiciens américains Russell Hulse et Joseph Taylor ; il s'agit d'un pulsar en orbite autour d'un compagnon stellaire. Le chronométrage régulier de ce pulsar binaire pendant plusieurs années a fourni la première preuve expérimentale de l'existence des ondes gravitationnelles prédites par la théorie de la relativité générale d'Albert Einstein. Pour cette découverte majeure, effectuée à Arecibo, Hulse et Taylor ont été récompensés par le prix Nobel de physique en 1993. Le premier pulsar milliseconde (PSR 1937 +21) a également été découvert à Arecibo en 1982. L'étude de ce pulsar, qui fait un tour sur lui-même en 1,55 ms -- soit environ 1 000 fois plus rapidement que les pulsars ordinaires --, a permis de mieux comprendre l'origine des pulsars en général. Par ailleurs, le radiotélescope d'Arecibo a aussi été à l'origine de la découverte du premier système planétaire extrasolaire en 1992, non pas autour d'une étoile semblable au Soleil mais autour du pulsar PSR 1257 +12 (voir planétologie). Enfin, la sensibilité extraordinaire d'Arecibo a été à l'origine de la découverte au sein de notre galaxie de centaines de pulsars ordinaires, dont l'étude permet de retracer l'évolution des étoiles massives et, implicitement, l'histoire la Voie lactée. En dehors des pulsars, des observations spectroscopiques sont effectuées à Arecibo, en particulier celle de la raie caractéristique de l'hydrogène atomique des galaxies (raie de longueur d'onde de 21 cm), qui permet de mesurer leurs distances et leurs masses. De plus, le comptage et la répartition des radiogalaxies dans le ciel ont des implications cosmologiques importantes (voir cosmologie). 3.4 Programme de recherche SETI Enfin, l'observatoire d'Arecibo participe à des écoutes radio dans le cadre de programmes de recherche SETI (Search for ExtraTerrestrial Intelligence, ou recherche d'intelligence extraterrestre). L'une des études consiste à surveiller plusieurs milliers d'étoiles en analysant toutes les fréquences de 1 à 3 GHz, avec un pas de 1 Hz. Mais aucun signal « intelligent « n'a été détecté jusqu'à présent par ce programme SETI. Auparavant, pour fêter l'achèvement de la première rénovation d'Arecibo en novembre 1974, le nouveau radar avait envoyé un message de trois minutes, contenant quelques symboles de nos connaissances codés en 1 679 caractères binaires, vers l'amas globulaire M13 situé à environ 23 000 années-lumière. L'envoi de message, qui mettra par conséquent environ 23 000 ans pour atteindre son but, est à considérer comme un test technologique plutôt que comme une véritable démarche scientifique. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.