Les télescopes, de Galilée à James Webb : des yeux géants tournés vers le ciel

L'idée

Ton œil est un petit instrument : sa pupille ne mesure que quelques millimètres, alors elle ne recueille qu'un peu de lumière. Un télescope est un œil géant. Il fait deux choses :

• il récolte beaucoup plus de lumière, grâce à une grande lentille ou à un grand miroir, ce qui permet de voir des astres trop faibles pour l'œil nu ;
• il grossit l'image, pour voir des détails.

Il en existe deux grandes familles. La lunette utilise des lentilles en verre, comme une loupe. Le télescope au sens strict utilise un miroir courbe qui concentre la lumière. Les plus grands instruments sont tous des télescopes à miroir, parce qu'on sait fabriquer de très grands miroirs, mais pas de très grandes lentilles.

Et il n'y a pas que la lumière visible. Certains télescopes captent l'infrarouge, la lumière de la chaleur, d'autres les ondes radio ou les rayons X, que nos yeux ne voient pas.

Une expérience à faire

Prends deux loupes. Tiens la première à bout de bras, tournée vers un objet lointain, une maison ou un arbre. Place la seconde près de ton œil, puis avance ou recule-la doucement jusqu'à ce que l'image devienne nette. Tu verras l'objet plus grand… et la tête en bas ! Tu viens de fabriquer une lunette astronomique simple, comme celle que l'astronome allemand Johannes Kepler a décrite en 1611.

Règle absolue : ne regarde jamais le Soleil, ni à l'œil nu, ni avec une loupe, des jumelles ou un télescope. Sa lumière concentrée peut détruire la vue en un instant.

L'histoire de l'invention

1608, aux Pays-Bas. Des fabricants de verres pour les yeux découvrent qu'en alignant deux lentilles, on voit les objets lointains plus proches. Les premières lunettes grossissent deux ou trois fois.

1609 et 1610, Galilée tourne la lunette vers le ciel. En Italie, Galilée apprend la nouvelle et fabrique ses propres lunettes, de plus en plus puissantes, jusqu'à grossir une vingtaine de fois. Il observe des montagnes et des cratères sur la Lune, des milliers d'étoiles invisibles à l'œil nu dans la Voie lactée, et, le 7 janvier 1610, trois petits points près de Jupiter. Les nuits suivantes, ils bougent : ce sont des lunes qui tournent autour de Jupiter. Il en trouve quatre et publie ses découvertes en mars 1610. Preuve que tout ne tourne pas autour de la Terre.

Le miroir de Newton. Les lentilles de l'époque donnent des images bordées de couleurs. Vers 1668, en Angleterre, Isaac Newton construit un petit télescope qui utilise un miroir à la place de la lentille principale. Le principe sera repris par tous les grands télescopes.

Toujours plus grand. Au XXe siècle, les télescopes grandissent et s'installent en haut des montagnes, au-dessus d'une partie de l'air et loin des lumières des villes. En 1929, c'est avec un miroir de 2,5 mètres, au mont Wilson en Californie, qu'Edwin Hubble montre que l'Univers s'agrandit. En Afrique du Sud, le grand télescope SALT assemble 91 miroirs hexagonaux pour former un miroir de 11 mètres de large ; il observe le ciel depuis 2011.

Monter au-dessus de l'air. L'atmosphère fait trembler les étoiles et bloque certaines lumières. Solution : envoyer le télescope dans l'espace. Le télescope spatial Hubble est lancé en 1990. Son miroir de 2,4 mètres récolte 40 000 fois plus de lumière que l'œil humain. Mais au début, ses images sont floues : le miroir avait été poli avec un tout petit défaut. En 1993, des astronautes vont dans l'espace lui installer des optiques correctrices, comme on met des lunettes à quelqu'un. Hubble devient alors l'un des instruments les plus productifs de l'histoire.

James Webb. Le 25 décembre 2021, une fusée européenne Ariane 5 décolle de Kourou, en Guyane, avec le télescope spatial James Webb, construit par la NASA, l'Agence spatiale européenne et l'Agence spatiale canadienne. Son miroir de 6,5 mètres est fait de 18 segments hexagonaux couverts d'une fine couche d'or. Trop grand pour tenir dans la fusée, il voyage plié et se déplie dans l'espace. Webb observe surtout l'infrarouge, depuis un point situé à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre. Il voit des galaxies très anciennes et analyse l'air de planètes autour d'autres étoiles.

Ce que cela change pour nous

Grâce aux télescopes, nous savons que la Terre tourne autour du Soleil, que la Voie lactée n'est qu'une galaxie parmi des milliards, que l'Univers grandit, et que des milliers de planètes tournent autour d'autres étoiles.

Les techniques inventées pour eux servent aussi sur Terre : capteurs d'images des appareils photo et des téléphones, optiques de précision, traitement des images médicales. Et une simple paire de jumelles suffit pour voir les cratères de la Lune et les quatre lunes de Galilée autour de Jupiter : à ton tour d'observer.

Pour aller plus loin

• L'homme qui a tourné la lunette vers le ciel : Galilée.
• Les planètes que l'on peut observer : le système solaire.
• Ce que les télescopes ont révélé de l'histoire de l'Univers : le Big Bang.
• Pourquoi un miroir ou une lentille dévie la lumière : la lumière et les couleurs.