L'un des observatoires les plus remarquables au monde ne fait pas son travail au sommet d'une montagne, pas dans l'espace, mais à 45 000 pieds de haut sur un Boeing 747. Nick Howes a jeté un œil à cet avion de ligne unique lors de son premier atterrissage en Europe.
SOFIA (Observatoire stratosphérique pour l'astronomie infrarouge) est né d'une idée évoquée pour la première fois au milieu des années 80. Imaginez, selon des scientifiques, l'utilisation d'un Boeing 747 pour transporter un grand télescope dans la stratosphère où l'absorption de la lumière infrarouge par les molécules d'eau atmosphérique est considérablement réduite, même en comparaison avec les observatoires terrestres les plus hauts. En 1996, cette idée s'était rapprochée de la réalité lorsque le projet SOFIA avait été officiellement convenu entre la NASA (qui finance 80% du coût de la mission de 330 millions de dollars, un montant comparable à une seule mission spatiale modeste) et le Centre aérospatial allemand (DLR, qui finance les 20% restants). La recherche et le développement ont commencé sérieusement en utilisant un Boeing 747SP hautement modifié nommé «Clipper Lindburgh» d'après le célèbre pilote américain, et où «SP» signifie «Special Performance».
Des vols d'essai inauguraux ont eu lieu en 2007, la SOFIA opérant depuis le Dryden Flight Research Center de la NASA à Edwards Airforce Base dans le Rogers Dry Lake en Californie - un endroit agréable et sec qui aide à l'instrumentation et aux avions sur le plan opérationnel.
Alors que l’avion se rendait au centre de formation des astronautes de l’Agence spatiale européenne à Cologne, en Allemagne, j’ai eu l’occasion rare de regarder autour de ce magnifique avion dans le cadre d’un «Tweetup» de l’Espace européen (une réunion Twitter). Ce qui a été immédiatement remarqué était la longueur plus courte de l’avion par rapport à ceux sur lesquels vous volez habituellement, ce qui permet à l’avion de rester en l'air plus longtemps, un aspect crucial pour son passager le plus important, le télescope SOFIA de 2,7 mètres. Son miroir primaire de la taille d'un télescope spatial Hubble est recouvert d'aluminium et fait rebondir la lumière sur un secondaire de 0,4 mètre, le tout dans un cadre à cage ouverte qui sort littéralement du côté de l'avion.
Comme nous l'avons vu, la raison pour laquelle un télescope de plusieurs tonnes est placé sur un avion est que ce faisant, il est possible d'échapper à la plupart des effets d'absorption de notre atmosphère. Les observations dans l'infrarouge sont en grande partie impossibles pour les instruments basés au sol au niveau ou près du niveau de la mer et seulement partiellement, même sur les sommets élevés. La vapeur d'eau dans notre troposphère (la couche inférieure de l'atmosphère) absorbe tellement la lumière infrarouge que, traditionnellement, la seule façon de battre cela était d'envoyer un vaisseau spatial. SOFIA peut combler un créneau en effectuant presque le même travail, mais avec beaucoup moins de risques et avec une durée de vie beaucoup plus longue. L'appareil dispose de caméras de surveillance infrarouge sophistiquées pour vérifier sa propre sortie et d'une surveillance de la vapeur d'eau pour mesurer le peu d'absorption qui se produit.
Le miroir de 2,7 mètres (bien qu'en réalité seulement 2,5 mètres soit vraiment utilisé dans la pratique) utilise un composite vitrocéramique hautement tolérant thermiquement, ce qui est vital compte tenu des conditions difficiles que l'avion traverse le télescope isolé. Si l'on imagine la difficulté des astronomes amateurs à passer la nuit avec la stabilité du télescope dans des conditions venteuses, pensez à SOFIA, dont l'énorme télescope réfléchissant f / 19.9 Cassegrain doit faire face à une porte ouverte sur le
800 kilomètres par heure (500 miles par heure) de vents. En général, certaines opérations se dérouleront à 39 000 pieds (environ 11 880 mètres) plutôt que le plafond possible de 45 000 pieds (13 700 mètres), car si l'altitude plus élevée offre des conditions légèrement meilleures en termes de manque d'absorption (toujours au-dessus de 99 pour cent de la vapeur d'eau qui cause la plupart des problèmes), le carburant supplémentaire nécessaire signifie que les temps d'observation sont considérablement réduits, ce qui fait
altitude pieds opérationnellement meilleure dans certains cas pour collecter plus de données. L'avion utilise un système d'admission d'air intelligemment conçu pour canaliser et canaliser le flux d'air et les turbulences loin de la fenêtre du télescope, et en parlant aux pilotes et aux scientifiques, ils ont tous convenu qu'il n'y avait aucun effet causé par la sortie des moteurs de l'avion. .
Rester cool
Les caméras et l'électronique de tous les observatoires infrarouges doivent être maintenues à des températures très basses pour éviter que le bruit thermique de celles-ci ne se répande dans l'image, mais SOFIA a un as dans sa manche. Contrairement à une mission spatiale (à l'exception des missions de maintenance du télescope spatial Hubble qui ont chacune coûté 1,5 milliard de dollars, y compris le prix du lancement d'une navette spatiale), SOFIA a l'avantage de pouvoir remplacer ou réparer des instruments ou reconstituer son liquide de refroidissement, permettant une durée de vie estimée d'au moins 20 ans, bien plus longue que toute mission infrarouge spatiale qui manque de liquide de refroidissement après quelques années.
Pendant ce temps, le télescope et son berceau sont un exploit d'ingénierie. Le télescope est à peu près fixe en azimut, avec seulement un jeu à trois degrés pour compenser l'avion, mais il n'a pas besoin de se déplacer dans cette direction car l'avion, piloté par certains des meilleurs de la NASA, remplit cette fonction. Il peut fonctionner entre 20 et 60 degrés d'altitude lors d'opérations scientifiques. Tout a été conçu selon des tolérances qui font chuter la mâchoire. La sphère porteuse, par exemple, est polie avec une précision inférieure à dix microns, et les gyroscopes laser fournissent des incréments angulaires de 0,0008 seconde d'arc. Isolé de l'avion principal par une série de pare-chocs en caoutchouc sous pression, qui sont compensés en altitude, le télescope est presque complètement exempt de la majeure partie du 747, qui abrite les ordinateurs et les racks qui non seulement font fonctionner le télescope mais fournissent la station de base pour tout scientifique d'observation volant avec l'avion.
PI dans le ciel
La station Principle Investigator est située autour du milieu de l'avion, à plusieurs mètres du télescope mais enfermée dans l'avion (exposée à l'air à 45000 pieds, l'équipage et les scientifiques seraient autrement tués instantanément). Ici, pendant dix heures ou plus à la fois, les scientifiques peuvent recueillir des données une fois que la porte s'ouvre et que le télescope pointe vers la cible de choix, les pilotes suivant une trajectoire de vol précise pour maintenir à la fois la précision de pointage de l'instrument et aussi pour éviter au mieux la possibilité de turbulence. Alors que les télescopes au sol peuvent répondre rapidement à des événements tels qu'une nouvelle supernova, la SOFIA est plus régimentée dans ses opérations scientifiques et, avec des cycles de proposition de plus de six mois à un an, il faut planifier assez précisément la meilleure façon d'observer un objet.
Prévoir l'avenir
Les opérations scientifiques ont commencé en 2010 avec FORCAST (caméra infrarouge à faible objet pour le télescope de Sofia) et se sont poursuivies en 2011 avec l'instrument GREAT (récepteur allemand pour l'astronomie aux fréquences de Teraherz). FORCAST est un instrument infrarouge moyen / lointain fonctionnant avec deux caméras entre cinq et quarante microns (en tandem, il peut fonctionner entre 10 et 25 microns) avec un champ de vision de 3,2 minutes d'arc. Il a vu la première lumière sur Jupiter et la galaxie Messier 82, mais travaillera sur l'imagerie du centre galactique, la formation d'étoiles dans les galaxies spirales et actives et également sur les nuages moléculaires, l'un de ses principaux objectifs scientifiques permettant aux scientifiques de déterminer avec précision les températures de la poussière et plus de détails sur la morphologie des régions de formation d'étoiles jusqu'à une résolution inférieure à trois secondes d'arc (en fonction de la longueur d'onde à laquelle l'instrument fonctionne). Parallèlement à cela, FORCAST est également en mesure d'effectuer une spectroscopie de grisme (c'est-à-dire un prisme de réseau), pour obtenir des informations plus détaillées sur la composition des objets en vue. Il n'y a pas de système d'optique adaptative, mais il n'en a pas besoin pour les types d'opérations qu'il effectue.
FORCAST et GREAT ne sont que deux des instruments d'opérations scientifiques «de base», qui comprennent également des spectrographes Echelle, des spectromètres infrarouges lointains et des caméras à large bande à haute résolution, mais l'équipe scientifique travaille déjà sur de nouveaux instruments pour la prochaine phase des opérations. Le changement d'instrumentation, bien que complexe, est relativement rapide (comparable au temps qu'il faut pour changer d'instruments sur de plus grands observatoires au sol), et peut être atteint en préparation pour les observations, ce que l'avion vise à faire jusqu'à 160 fois par an. Et bien qu'il n'y ait pas de plans fermes pour construire un navire jumeau pour SOFIA, des discussions ont eu lieu entre scientifiques pour installer un télescope plus grand sur un Airbus A380.
Sensibilisation au ciel
Avec un programme d'ambassadeurs scientifiques prévu impliquant des enseignants volant dans l'avion pour effectuer des recherches, le profil public de SOFIA va se développer. La sortie scientifique et les possibilités d'instruments en constante évolution, utilisables et améliorables chaque fois qu'il atterrit sont incommensurables par rapport aux missions spatiales. Les journalistes n'avaient eu que récemment l'occasion de visiter cet avion remarquable, et ce fut un privilège et un honneur d'être l'une des premières personnes à le voir de près. À cette fin, je tiens à remercier l'ESA et la NASA pour l'invitation et la chance de voir quelque chose de si unique.
