{"id":14665,"date":"2017-07-04T09:56:45","date_gmt":"2017-07-04T07:56:45","guid":{"rendered":"http:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/?p=14665"},"modified":"2017-09-10T15:32:41","modified_gmt":"2017-09-10T13:32:41","slug":"astronomie-entrepreneuriat-telescopes-geants","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.oezratty.net\/wordpress\/2017\/astronomie-entrepreneuriat-telescopes-geants\/","title":{"rendered":"De l’astronomie \u00e0 l’entrepreneuriat : t\u00e9lescopes g\u00e9ants"},"content":{"rendered":"

Apr\u00e8s une premi\u00e8re partie d\u00e9di\u00e9e \u00e0 une mise en abyme des\u00a0dimensions de l\u2019Univers<\/a>, et une seconde qui couvrait l\u2019histoire des t\u00e9lescopes et notamment de leurs capteurs CCD<\/a><\/strong>, et une troisi\u00e8me aux grands t\u00e9lescopes<\/a>, nous allons maintenant explorer les t\u00e9lescopes terrestres g\u00e9ants qui sont actuellement en construction.<\/p>\n

L\u2019objectif technique principal de ces nouveaux t\u00e9lescopes est de continuer d\u2019am\u00e9liorer la r\u00e9solution angulaire et la captation d\u2019objets distants faiblement lumineux. Ils seront dot\u00e9s d\u2019instruments dans la lign\u00e9e de ceux des grands t\u00e9lescopes existants : optique adaptative pour limiter les effets de diffraction de l\u2019atmosph\u00e8re et des d\u00e9fauts des miroirs principaux et secondaires, spectrographie multi-objets \u00e0 haute r\u00e9solution, cam\u00e9ras CCD tr\u00e8s sensibles, etc.<\/p>\n

Les objectifs scientifiques sont voisins entre ces diff\u00e9rents t\u00e9lescopes m\u00eames si, parfois, ils se compl\u00e8tent harmonieusement. Il s\u2019agit d\u2019explorer l\u2019Univers du plus pr\u00e8s au plus lointain : le syst\u00e8me solaire, les \u00e9toiles proches de la Voie Lact\u00e9e et leurs exoplan\u00e8tes, comprendre la formation et le cycle de vie des \u00e9toiles et des galaxies, et remonter dans le temps autant que possible pour analyser la cr\u00e9ation de la mati\u00e8re, des premi\u00e8res \u00e9toiles et galaxies dans l\u2019histoire appr\u00e9hendable de l\u2019Univers.<\/p>\n

La compl\u00e9mentarit\u00e9 est plus forte entre les t\u00e9lescopes terrestres et les t\u00e9lescopes spatiaux qui peuvent explorer les parties du spectre \u00e9lectromagn\u00e9tique qui sont inaccessibles sur Terre, comme les rayons X et gamma ainsi qu\u2019une bonne part de l\u2019infrarouge moyen et lointain. Du c\u00f4t\u00e9 des exoplan\u00e8tes, la pr\u00e9cision des nouveaux t\u00e9lescopes est telle que l\u2019on peut maintenant les d\u00e9tecter directement par imagerie et non pas indirectement, comme avec la m\u00e9thode des transits qui analyse l\u2019\u00e9volution temporelle de la luminosit\u00e9 et du spectre des \u00e9toiles observ\u00e9es.<\/p>\n

Nous allons ici examiner de pr\u00e8s les quatre t\u00e9lescopes g\u00e9ants qui sont actuellement en gestation : le Large Synoptic Survey Telescope <\/strong>(Chili), le Giant Magellan Telescope <\/strong>(\u00e9galement au Chili), le Thirty Meters Telescope <\/strong>(Hawa\u00ef, mais ce n\u2019est pas encore s\u00fbr) et l\u2019European Extremely Large Telescope <\/strong>(aussi au Chili). Tous ces t\u00e9lescopes ne seront pas op\u00e9rationnels avant 2022-2028 selon les cas. A part le LSST, les trois autres se distinguent pas leur gigantisme. Leurs miroirs primaires g\u00e9ants sont trois \u00e0 quatre fois plus larges que ceux des plus grands t\u00e9lescopes existants. Tous ces projets sont le r\u00e9sultat d\u2019une collaboration internationale intense. Ils mettent syst\u00e9matiquement en jeu les USA, le Canada et les pays europ\u00e9ens avec, selon les cas, des pays d\u2019Asie (Japon, Cor\u00e9e, Chine) ou d\u2019autres continents comme l\u2019Am\u00e9rique du Sud. Les Russes sont \u00e9tonnamment absents de ces partenariats et relativement peu actifs.<\/p>\n

Comme pour les grands t\u00e9lescopes examin\u00e9s dans la partie pr\u00e9c\u00e9dente, ces t\u00e9lescopes g\u00e9ants sont des projets au long cours. Leur conception et planification date en g\u00e9n\u00e9ral du d\u00e9but des ann\u00e9es 2000 et ils seront op\u00e9rationnels pr\u00e8s de 25 ans apr\u00e8s. Leur roadmap pr\u00e9voit de plus la mise en service d\u2019instruments sur pr\u00e8s d\u2019une d\u00e9cennie. Qui plus est, ces projets sont conditionn\u00e9s par le c\u00f4t\u00e9 al\u00e9atoire des financements publics qui les alimentent. Ils b\u00e9n\u00e9ficient de quasiment aucun financements priv\u00e9s car ils sont d\u00e9di\u00e9s \u00e0 la recherche fondamentale. Heureusement, ces financements publics alimentent des industriels de toutes tailles et font avancer les technologies qui ont souvent des usages autres, civils comme militaires.<\/p>\n

Large Synoptic Survey Telescope (LSST)<\/strong><\/p>\n

Avec son miroir principal de 8,4 m\u00e8tres de diam\u00e8tre, que fait le LSST dans la liste des t\u00e9lescopes g\u00e9ants ? C\u2019est la m\u00eame taille que l\u2019un des miroirs du Large Binocular Telescope d\u2019Arizona lanc\u00e9 en 2005 ! La raison est que ce t\u00e9lescope est un g\u00e9ant dans sa cat\u00e9gorie. Il doit succ\u00e9der au Sloan Telescope qui, avec son miroir de 2,5 m\u00e8tres, servait au programme SDSS (Sloan Digital Sky Survey) de cartographie volum\u00e9trique des galaxies dans une portion du ciel. Nous l\u2019avions d\u00e9crit dans la partie pr\u00e9c\u00e9dente<\/a>.<\/p>\n

Ce t\u00e9lescope est en construction depuis 2015 au nord du Chili, \u00e0 2682 m d\u2019altitude, sur le m\u00eame site que Gemini South, le fr\u00e8re jumeau anglais de Gemini North qui est sur le site de Mauna Kea \u00e0 Hawa\u00ef. Il est pr\u00e9vu qu’il voie sa premi\u00e8re lumi\u00e8re en 2019 et qu’il soit pleinement op\u00e9rationnel \u00e0 partir de 2022.<\/p>\n

\"Large<\/a><\/p>\n

Les objectifs scientifiques du LSST sont d\u00e9crits dans ce document de 2009<\/a> qui fait 596 pages. Il s\u2019agit essentiellement de cartographier en 3D un maximum d\u2019objets c\u00e9lestes allant du syst\u00e8me solaire aux confins de l\u2019Univers.<\/p>\n

Pendant une dizaine d\u2019ann\u00e9es, le t\u00e9lescope devra capter 4 milliards de galaxies (sur les 2000 milliards que compterait l\u2019Univers visible et pour mener des recherches sur les lois qui r\u00e9gissent l\u2019existence ou l\u2019inexistence de l\u2019\u00e9nergie et de la mati\u00e8re noires\u2026), 10 millions de supernovas, un million de lentilles gravitationnelles, 10 millions d\u2019\u00e9toiles de la Voie Lact\u00e9e pour en faire une cartographie pr\u00e9cise (sur les 200 milliards qu\u2019elle doit compter), et dans le syst\u00e8me solaire, environ 90% des \u201cnear earth objects\u201d (ast\u00e9ro\u00efdes, com\u00e8tes) descendant \u00e0 une taille de 140 m.<\/p>\n

Son champ de vision est tr\u00e8s large pour un t\u00e9lescope : 3,5\u00b0, contre 0,2\u00b0 pour le t\u00e9lescope Keck. 3,5\u00b0, c\u2019est environ sept fois l\u2019angle apparent de la Lune dans le ciel. Son dispositif de miroirs est tr\u00e8s original. Il est constitu\u00e9 d\u2019une s\u00e9rie de miroirs annulaires qui permet d\u2019avoir un design tr\u00e8s compact. Le miroir primaire de 8,4 est annulaire et d\u2019un seul tenant (M1). Il envoie sa lumi\u00e8re vers un miroir secondaire convexe M2 de 3,4 de diam\u00e8tre qui est lui aussi annulaire. Et puis vers un miroir tertiaire M3 de 5 m\u00e8tre positionn\u00e9 dans le trou du miroir M1. Enfin, M3 alimentera en haut du t\u00e9lescope le module d\u2019instruments de captation. M1 et M3 ont \u00e9t\u00e9 construits en m\u00eame temps, d\u2019une seule pi\u00e8ce, entre 2008 et 2014.<\/p>\n

\"LSST<\/a><\/p>\n

Contrairement \u00e0 nombre de grands t\u00e9lescopes, l\u2019instrumentation du t\u00e9lescope est unique. Il s\u2019agit d\u2019un syst\u00e8me de captation d\u2019image dans le visible install\u00e9 dans le plan focal du t\u00e9lescope et faisant un record de 3,2 gigapixels, g\u00e9n\u00e9r\u00e9 par l\u2019assemblage de 189 capteurs CCD. Point de spectrographe ou de coronographe au programme ! C\u2019est la plus grande cam\u00e9ra cr\u00e9\u00e9e \u00e0 ce jour. Elle captera des images du ciel pendant des poses de 15 secondes et toutes les 20 secondes. Le LSST va photographier l\u2019int\u00e9gralit\u00e9 du ciel chaque nuit en le balayant m\u00e9thodiquement !<\/p>\n

\"LSST<\/a><\/p>\n

L\u2019optique adaptative est g\u00e9r\u00e9e jusqu\u2019aux capteurs CCD dont le mouvement est contr\u00f4lable avec pr\u00e9cision. La cam\u00e9ra comprend un syst\u00e8me de six filtres de couleur couvrant le spectre lumineux visible. Les capteurs CCD sont relativement classiques et font 4Kx4K pixels. L\u2019int\u00e9grateur en charge de la fabrication de cette cam\u00e9ra est le SLAC National Accelerator Laboratory<\/a>.<\/p>\n

\"LSST<\/a><\/p>\n

L\u2019activit\u00e9 stakhanoviste de ce t\u00e9lescope va entrainer la g\u00e9n\u00e9ration d\u2019\u00e9normes volumes de donn\u00e9es \u00e0 transmettre, stocker, traiter et partager. Chaque prise g\u00e9n\u00e8re 6 Go (2 octets par pixel capt\u00e9). Chaque nuit va donc g\u00e9n\u00e9rer 15 To d\u2019images brutes (RAW), dont 4 To \u00e0 conserver en archives, et chaque ann\u00e9e, 6,8 Po. Elles seront stock\u00e9es et g\u00e9r\u00e9es dans un datacenter du NCSA, le National Center for Supercomputing Applications, dans l\u2019Illinois aux USA. Ses capacit\u00e9s de calcul devront exc\u00e9der 100 TFlops. Ce qui sur le papier n\u2019a plus rien d\u2019extraordinaire puisque c\u2019est la puissance de calcul th\u00e9orique de la carte Nvidia Tesla V100 avec son processeur GV100, annonc\u00e9e au printemps 2017.<\/p>\n

Le projet a \u00e9t\u00e9 financ\u00e9 par la NSF ($466m, pour le t\u00e9lescope et la gestion des donn\u00e9es), le D\u00e9partement de l\u2019Energie US ($163m pour la cam\u00e9ra), et des financements priv\u00e9s ($40m, provenant notamment des milliardaires Bill Gates et Charles Simonyi, ex-Microsoft). La NSF va financer ensuite les op\u00e9rations sur 10 ans pour $270m, compl\u00e9t\u00e9s de financements \u00e9trangers pour $100m.<\/p>\n

Giant Magellan Telescope<\/strong><\/p>\n

Ce t\u00e9lescope sera aussi unique en son genre et combinera 7 miroirs traditionnels de 8,4 m de diam\u00e8tre et 20 tonnes, comme ceux du LBT d\u2019Arizona, et totalisant un diam\u00e8tre de 25,4 m. Sa conception a \u00e9t\u00e9 initialis\u00e9e en 2003 et sa construction a \u00e9t\u00e9 lanc\u00e9e en 2015. Il est install\u00e9 au Chili pr\u00e8s du d\u00e9sert d\u2019Alacama et \u00e0 2550 m d\u2019altitude. Son exploitation d\u00e9marrera progressivement en en 2022 avec 4 miroirs op\u00e9rationnels puis avec les 7 miroirs en 2025. Il s\u2019\u00e9coulera donc plus de 20 ans entre la conception et l\u2019utilisation ! Un cycle aussi long que dans les biotechs. Le projet est d\u2019envergure internationale, pilot\u00e9 par les USA et avec des contributions cor\u00e9ennes. D\u2019ailleurs, le terrassement sur lequel il est construit comprend la place pour installer un second t\u00e9lescope du m\u00eame genre \u00e0 ses c\u00f4t\u00e9s et installer un interf\u00e9rom\u00e8tre reliant les deux t\u00e9lescopes. D\u2019ici 2030\/40\u2026 !<\/p>\n

\"Giant<\/a><\/p>\n

L\u2019ambition scientifique de ce t\u00e9lescope original est d\u00e9crite dans le d\u00e9tail dans Giant Magellan Telescope Scientific Promise and Opportunities<\/a> qui date de 2012 (132 pages).<\/p>\n

L\u2019un des principaux objectifs de ce t\u00e9lescope est la d\u00e9tection des premi\u00e8res galaxies de l\u2019Univers (premi\u00e8re lumi\u00e8re et p\u00e9riode de la r\u00e9ionisation). Mais comme de nombreux grands t\u00e9lescopes, les objectifs sont multiples et redondants avec d\u2019autres t\u00e9lescopes g\u00e9ants : compr\u00e9hension des trous noirs, cycle de vie des galaxies, constitution des \u00e9toiles, et recherche d\u2019exoplan\u00e8tes).<\/p>\n

L\u2019une des nouveaut\u00e9s de ce t\u00e9lescope est son tr\u00e8s sophistiqu\u00e9 syst\u00e8me d\u2019optique adaptive. Il utilise tout un tas de lasers, dont un LGS (Laser Guidance System) de 6 lasers au sodium cr\u00e9ant une mosa\u00efque d\u2019\u00e9toiles fictives dans la m\u00e9sosph\u00e8re permettant de tenir compte de l\u2019impact de l\u2019atmosph\u00e8re \u00e0 plusieurs altitudes. Ces lasers sont compl\u00e9t\u00e9s d\u2019autres lasers servant \u00e0 l\u2019alignement des segments de miroirs du M1 et du M2. Le miroir secondaire M2 est constitu\u00e9 de 7 segments de 1,06 m faisant un diam\u00e8tre total de 3,2 m.\u00a0 Chaque miroir est positionn\u00e9 \u00e0 10nm pr\u00e8s par trois v\u00e9rins et leur surface contr\u00f4l\u00e9e par 4704 positionneurs. L\u2019ensemble est bien d\u00e9crit dans Adaptive Optics for the Giant Magellan Telescope<\/a> de Marcos van Dam (37 slides).<\/p>\n

\"GMT<\/a><\/p>\n

Les instruments qui r\u00e9cup\u00e8rent la lumi\u00e8re du t\u00e9lescope sont situ\u00e9s en dessous de celui-ci, dans la position dite gr\u00e9gorienne. Un troisi\u00e8me miroir, le M3, est orientable et envoie la lumi\u00e8re vers celui des instruments qui est utilis\u00e9. Un seul peut l\u2019\u00eatre \u00e0 la fois.<\/p>\n

\"GMT<\/a><\/p>\n

Voici la liste de ces instruments :<\/p>\n

\"GMT<\/a><\/p>\n

Avec tout d\u2019abord, les instruments optiques :<\/p>\n