Un coup d'œil dans l’univers lointain
Les miroirs les plus lisses pour les images les plus lumineuses
« Bosselé » n’est pas un mot que l’on associe généralement au verre lisse d’un miroir. Mais comparé aux miroirs à l’intérieur des télescopes optiques géants que l’on trouve dans les observatoires, le miroir domestique classique est recouvert d’imperfections. Pour obtenir le miroir parfait nécessaire à une vision précise des galaxies lointaines, la surface réfléchissante est nivelée par un faisceau d’ions sous vide, à l’aide de pompes à vide du Busch Group.
À l’intérieur d’un observatoire, les miroirs concaves géants sont les personnages principaux. Avec un positionnement soigné, ils focalisent le rayonnement qui les atteint depuis les profondeurs de l’espace, permettant aux chercheurs de voir bien au-delà des portées de notre galaxie, et cela sans jamais quitter la surface de la Terre. Pour donner une image claire, ces miroirs doivent être lisses jusqu’à une tolérance de quelques dizaines de nanomètres, éliminant ainsi les inégalités aussi petites qu’un seul brin d’ADN. Ce niveau de précision n’est possible que sous vide dans un processus appelé usinage par faisceaux d’ions (ion-beam figuring).
Lumière diffusée et surfaces réfléchissantes
Chaque matériau réfléchit la lumière dans une certaine mesure. Pensez à tous les endroits où vous avez repéré votre reflet : une porte de voiture, une flaque d’eau, un sol poli. Tous ont un point commun : ils sont lisses. Les surfaces rugueuses, même celles ayant une réflectivité lumineuse assez élevée comme le béton blanc, diffusent le rayonnement qui les atteint. Cela nous permet de voir la surface elle-même, mais pas le reflet. Bien que la différence soit trop faible pour que nos yeux l’identifient, c’est l’une des raisons pour lesquelles nos miroirs à la maison ne conviendraient pas à l’intérieur d’un télescope de précision. Ils ne reflètent qu’environ 90 % du rayonnement qui les atteint : plus que suffisant pour contrôler votre tenue avant de quitter la maison, mais pas assez pour refléter avec précision le faible rayonnement de l’autre bout de l’univers. Pour cela, nous avons besoin d’un processus spécial afin de garantir une surface aussi lisse que possible et une réflectivité maximale.
Maintenir le point focal
L’usinage par faisceaux d’ions est l’étape finale du lissage pour créer un miroir. Au préalable, le verre a été rectifié et poli selon des normes extrêmement élevées – un processus si minutieux qu’il peut prendre des mois. Le verre déjà très lisse est placé à l’intérieur d’une chambre sous vide, où une pompe à vide extrait l’air ambiant. Un faisceau d’ions, un flux focalisé d’ions d’argon chargés positivement, trace ensuite la surface du miroir, ligne par ligne. Ce faisceau d’ions heurte toutes les molécules qui dépassent, les délogeant physiquement et permettant d’éliminer les imperfections à la surface, avec une précision de l’ordre du nanomètre. Il est essentiel que ce processus se déroule sous vide. Dans l’air ambiant, les ions peuvent heurter les molécules d’air avant d’atteindre le verre, et sont déviés à la place. Le faisceau perd de l’énergie et les ions se dispersent. Sous vide, le faisceau reste focalisé. Cela permet d’obtenir la précision nécessaire pour créer le miroir le plus lisse, afin que nous puissions détecter la lumière des étoiles lointaines, ici sur Terre.
Lumière diffusée et surfaces réfléchissantes
Chaque matériau réfléchit la lumière dans une certaine mesure. Pensez à tous les endroits où vous avez repéré votre reflet : une porte de voiture, une flaque d’eau, un sol poli. Tous ont un point commun : ils sont lisses. Les surfaces rugueuses, même celles ayant une réflectivité lumineuse assez élevée comme le béton blanc, diffusent le rayonnement qui les atteint. Cela nous permet de voir la surface elle-même, mais pas le reflet. Bien que la différence soit trop faible pour que nos yeux l’identifient, c’est l’une des raisons pour lesquelles nos miroirs à la maison ne conviendraient pas à l’intérieur d’un télescope de précision. Ils ne reflètent qu’environ 90 % du rayonnement qui les atteint : plus que suffisant pour contrôler votre tenue avant de quitter la maison, mais pas assez pour refléter avec précision le faible rayonnement de l’autre bout de l’univers. Pour cela, nous avons besoin d’un processus spécial afin de garantir une surface aussi lisse que possible et une réflectivité maximale.
Maintenir le point focal
L’usinage par faisceaux d’ions est l’étape finale du lissage pour créer un miroir. Au préalable, le verre a été rectifié et poli selon des normes extrêmement élevées – un processus si minutieux qu’il peut prendre des mois. Le verre déjà très lisse est placé à l’intérieur d’une chambre sous vide, où une pompe à vide extrait l’air ambiant. Un faisceau d’ions, un flux focalisé d’ions d’argon chargés positivement, trace ensuite la surface du miroir, ligne par ligne. Ce faisceau d’ions heurte toutes les molécules qui dépassent, les délogeant physiquement et permettant d’éliminer les imperfections à la surface, avec une précision de l’ordre du nanomètre. Il est essentiel que ce processus se déroule sous vide. Dans l’air ambiant, les ions peuvent heurter les molécules d’air avant d’atteindre le verre, et sont déviés à la place. Le faisceau perd de l’énergie et les ions se dispersent. Sous vide, le faisceau reste focalisé. Cela permet d’obtenir la précision nécessaire pour créer le miroir le plus lisse, afin que nous puissions détecter la lumière des étoiles lointaines, ici sur Terre.
En savoir plus – Lumière que l'œil ne peut pas voir
Même la vue très agrandie que nous obtenons avec un télescope à lumière visible, ne montre qu’une petite partie de l’image devant nous. L’Extremely Large Telescope, le plus grand télescope optique au monde, actuellement en construction dans le désert d’Atacama au Chili, recueillera 100 millions de fois plus de lumière que l'œil humain ne peut le percevoir. Mais il y a tellement plus d’informations qui nous viennent de l’espace que nos yeux ne peuvent tout simplement pas voir.
La longueur d’onde de la lumière visible est comprise entre 380 et 750 nanomètres. À titre de comparaison, un seul cheveu humain mesure environ 90 000 nanomètres de large. Les radiotélescopes nous aident à voir ce qui est invisible à l'œil nu : des étoiles faibles et éloignées, des trous noirs sinon invisibles, ou les émissions d’une planète gazeuse. Chaque objet de l’univers émet des ondes radio – des longueurs d’onde plus longues que le spectre visible. En les examinant, les astronomes peuvent obtenir une image encore plus complète de l’univers qui nous entoure.
Même la vue très agrandie que nous obtenons avec un télescope à lumière visible, ne montre qu’une petite partie de l’image devant nous. L’Extremely Large Telescope, le plus grand télescope optique au monde, actuellement en construction dans le désert d’Atacama au Chili, recueillera 100 millions de fois plus de lumière que l'œil humain ne peut le percevoir. Mais il y a tellement plus d’informations qui nous viennent de l’espace que nos yeux ne peuvent tout simplement pas voir.
La longueur d’onde de la lumière visible est comprise entre 380 et 750 nanomètres. À titre de comparaison, un seul cheveu humain mesure environ 90 000 nanomètres de large. Les radiotélescopes nous aident à voir ce qui est invisible à l'œil nu : des étoiles faibles et éloignées, des trous noirs sinon invisibles, ou les émissions d’une planète gazeuse. Chaque objet de l’univers émet des ondes radio – des longueurs d’onde plus longues que le spectre visible. En les examinant, les astronomes peuvent obtenir une image encore plus complète de l’univers qui nous entoure.