RADIOASTRONOMIE

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L'observation astronomique a été longtemps limitée à l'utilisation des ondes auxquelles l'œil humain est sensible, c'est-à-dire à celles dont la longueur est comprise entre 0,4 et 0,8 μm. Dans la seconde moitié du xxe siècle, son domaine s'est étendu à la totalité du spectre des ondes électromagnétiques, grâce aux développements de la radioélectricité et des techniques spatiales. En particulier, l'observation des ondes radioélectriques émises par les astres a donné naissance à la radioastronomie. Les premiers essais de détection d'ondes radioélectriques en provenance des astres datent de la fin du xixe siècle, mais les techniques de l'époque étaient trop archaïques pour qu'ils soient couronnés de succès. C'est en 1932 que, tout à fait par hasard, l'ingénieur américain Karl Guthe Jansky découvrit le rayonnement radio de la Voie lactée. Il fallut attendre 1945, après la découverte, elle aussi accidentelle, des émissions solaires par le Britannique James Stanley Hey pour que l'intérêt de cette nouvelle technique d'observation de l'Univers apparût aux astronomes. Depuis cette date, la radioastronomie s'est développée d'une façon spectaculaire, découvrant des objets nouveaux (pulsars, quasars, masers naturels) et apportant des vues nouvelles sur les objets déjà connus, ce qui a amené à réviser profondément les idées qui prévalaient jusqu'alors à propos de nombreux problèmes d'astronomie et d'astrophysique.

Les succès de la radioastronomie tiennent principalement au fait que les ondes radioélectriques prennent naissance dans des conditions souvent très différentes de celles qui engendrent des ondes lumineuses ; par conséquent, leur étude donne des indications sur des phénomènes inobservables dans le domaine visible. La plupart des astres connus sont des sources d'un rayonnement radioélectrique analysable : Soleil, planètes, étoiles, gaz et poussière interstellaires, galaxies... Comme dans toute science d'observation, les progrès de la radioastronomie ont été déterminés par le perfectionnement des instruments : radiotélescopes et récepteurs. Le problème des radiotélescopes est particulièrement important, car ces instruments, destinés à recevoir des ondes d'une longueur beaucoup plus grande que la longueur des ondes visibles, ont des pouvoirs séparateurs bien moins élevés que ceux des télescopes optiques. Cela a conduit à la construction d'instruments de très grandes dimensions et à l'utilisation des techniques de l'interférométrie, qui ont connu un développement considérable.

Radiotélescopes

Vidéo : Radiotélescopes

Le radiotélescope d'Arecibo, situé à Porto Rico, est constitué d'un immense miroir concave fixe de 305 mètres de diamètre. Il pointe vers le zénith et concentre les ondes vers un récepteur accroché au-dessus de lui.Le radiotélescope de Nançay, dans le centre de la France, reçoit les... 

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La connaissance des mécanismes d'émission des ondes radio est essentielle pour l'interprétation des observations radioastronomiques. Elle seule permet, en effet, de remonter des caractéristiques du rayonnement reçu aux conditions physiques régnant dans les sources et aux phénomènes qui s'y déroulent. Les radiotélescopes détectent des radiosources qui sont soit des objets galactiques, comme des nuages gazeux ionisés ou des restes de supernovae, soit des objets extérieurs à notre Galaxie (cf. radiosources). Ces astres sont généralement des émetteurs à spectre large et à émission quasi constante. Ils diffèrent en cela des pulsars, dont l'émission est formée d'impulsions brèves se répétant à intervalles réguliers (cf. pulsars), et d'autres sources, comme le Soleil et la planète Jupiter, qui émettent un rayonnement très irrégulier. Par ailleurs, on observe dans le gaz interstellaire le spectre de raies d'atomes et de très nombreuses molécules. Leur étude permet d'obtenir l'abondance des éléments correspondants et d'élucider les conditions physiques et la chimie du milieu où ils se trouvent. De plus, l'effet Doppler-Fizeau subi par ces émissions rend compte des mouvements de ces sources de rayonnement. Enfin, le domaine de la radarastronomie, bien qu'utilisant des ondes radioélectriques, fait l'objet d'une technique différente de celle de la radioastronomie (cf. chap. 5, Radarastronomie). Si, en effet, dans cette dernière science le corps céleste étudié constitue l'émetteur, en radarastronomie l'astre considéré (Lune, planètes et satellites du système solaire, astéroïdes...) sert de surface réfléchissante qui renvoie l'écho d'une onde émise depuis la Terre ou une sonde spatiale.

Ondes radioélectriques

Nature des ondes

Les ondes radioélectriques émises par les astres possèdent les propriétés générales des ondes électromagnétiques. Elles sont donc définies par leur fréquence f (exprimée en hertz) ou par leur longueur d'onde λ dans le vide, le produit de ces deux quantités étant égal à la vitesse c de la lumière : × λ = c. Dans le vide, ces ondes se propagent à la vitesse c, mais, dans l'espace interstellaire, qui n'est pas parfaitement vide, leur vitesse est très légèrement inférieure à c. Elles subissent, comme les ondes lumineuses, les phénomènes de réfraction, de diffusion et de scintillation lorsque le milieu traversé n'est pas homogène.

Les ondes radio naturelles ont la nature d'un bruit, c'est-à-dire que leur amplitude, leur phase et leur polarisation varient d'une manière aléatoire dans le temps, sur une échelle de temps de l'ordre de l'inverse de la fréquence. Elles ont donc des propriétés analogues à celles de la lumière qui est émise par les astres.

L'observation radioastronomique consiste à déterminer :

– la direction précise dans laquelle se trouve la source ainsi que les caractéristiques apparentes de celle-ci (forme et étendue), de manière à pouvoir l'identifier à un objet visible ;

– l'intensité du rayonnement et ses variations dans le temps ainsi que son spectre de fréquences ;

– l'état de polarisation des ondes émises, qui renseigne sur l'existence et les propriétés du champ magnétique dans la source et sur le parcours entre la source et la Terre, état généralement lié au mécanisme d'émission des ondes.

Domaine de la radioastronomie

Une grande partie des ondes électromagnétiques qui se propagent dans l'Univers est arrêtée par l'atmosphère terrestre ou l'ionosphère avant d'atteindre la surface de la Terre. Seuls les ondes visibles et l'infrarouge proche et moyen (0,35 μm < λ < 25 μm) ainsi que les ondes radio comprises entre 0,3 mm et une trentaine de mètres peuvent être observés au niveau du sol. Du côté des courtes longueurs d'onde (fréquences élevées), les ondes radio sont absorbées par l [...]

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Radiotélescopes

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Spectre des ondes électromagnétiques

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Construction d'un radiotélescope

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Le Very Large Array, État du Nouveau-Mexique (États-Unis)

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Pour citer l’article

André BOISCHOT, James LEQUEUX, « RADIOASTRONOMIE », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 02 décembre 2021. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/radioastronomie/