À la découverte d'un observatoire exceptionnel

Première institution astronomique de France, rayonnant mondialement de par son originalité, sa renommée mais également de par son histoire, l’Observatoire de Paris, actif depuis plus de trois siècles, ne cesse de  repousser les limites de la science. Sous l’égide du Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche, dépendant directement du CNRS et de l’Université de la Sorbonne, cet endroit a été le théâtre de plusieurs découvertes primordiales. 

Cap sur un lieu où notre connaissance de l’Univers ne cesse de s’étendre chaque jour…

Un regard vers les cieux

De tous temps, les hommes se sont fascinés pour le ciel et son observation. Que ce soit en établissant des cartes astronomiques d’une incroyable précision, en nommant et identifiant les constellations ou encore en basant une partie de leurs mythes et légendes sur les phénomènes célestes, l’Univers, fini ou infini, géocentrique ou héliocentrique, fut et est toujours source pour l’humanité de questionnements et de fantasmes. Dès que l’homme a acquis le sens du raisonnement scientifique, il a crée les sciences astronomiques, pour mieux comprendre sa place dans l’Univers, pouvoir étudier le monde qui l’entoure.

 

Ilustration pour "L'astronomie populaire" de Flammarion, datant de 1880, symbolisant bien le paradoxe d'un univers fini, dont la limite serait abstraite et terrifiante © Flammarion
"Sans l'astronomie, l'homme ignore la place qu'il occupe"
Aristote
Philosophe grec
Radiotélescope d'Arecibo, naguère situé à Porto Rico © Université de Floride Intérieure

C'est quoi un observatoire ?

Afin d’observer le ciel et les phénomènes de l’Univers, il faut des lieux dédiés, généralement situés en hauteur ou loin des villes et de la pollution lumineuse. Les observatoires servent à la fois à l’observation, à l’étude et à la recherche scientifique. On peut y trouver une variété d’instruments, dont les télescopes optiques ou aussi radiotélescopes, et de professions, car ces activités attisent la curiosité  de nombreux astronomes, ingénieurs, astrophysiciens, chercheurs, etc. 

De nos jours, les observatoires ne sont plus seulement terrestres, mais aussi aériens (SOFIA, installé à bord d’un Boeing 747), souterrains (Baïkal-GVD, niché à 1300m de profondeur dans le lac sibérien Baïkal) et spatiaux (le télescope Hubble, le plus connu en fonction depuis trente ans).

Un endroit unique

Parmi tous les observatoires de par le monde, il en est un qui demeure dans le panel des plus uniques et renommés. Réparti sur trois sites différents (Paris XIVè, Meudon et Nançay), l’Observatoire de Paris est depuis plusieurs siècles le siège d’une activité bouillonnante dans le domaine des sciences astronomiques, plus généralement de tout ce qui touche au spatial. 

Fondé en 1667 à l’initiative de l’Académie des Sciences dans l’actuel XIVè arrondissement, point de départ du méridien de Paris, il est devenu primordial dans l’observation céleste en Occident, pouvant se vanter du titre de « plus grand pôle national en astronomie ». Il intégrera par la suite l’observatoire de Meudon et le site de Nançay (respectivement construits en 1873 et 1953). À ce jour, l’Observatoire reste le plus vieux au monde encore en activité.

Château de l'Observatoire de Meudon © Université PSL
"Nous sommes 800 employés dans tout l’observatoire en comptant les doctorants, les étudiants et les CDD, ce nombre variant selon les besoins du site et d'autres paramètres. Le panel de métiers est riche et varié, tous étant rassemblés sous un même sujet d'étude. Les chercheurs sont vraiment investis et passionnés"
Claudine Colon
Administratrice du Laboratoire d'Etudes Spatiales et d'Instrumentation en Astrophysique (LESIA) à Meudon
L'astronome Copernic en conversation avec Dieu, Jan Matejko © Jagiellonian University Museum
Evolution de la nébuleuse du Crabe, par un astronome amateur © D. Hartmann

De nombreux sujets d'études

Les scientifiques travaillant dans les divers laboratoires de l’Observatoire focalisent leurs recherches sur moultes champs d’études, celles-ci devant se fonder sur des données issues d’observations faites sur place ou à l’étranger. Nous pouvons citer le Soleil (en effet, des observations solaires quotidiennes sont effectuées, et l’on se concentre notamment sur les taches solaires, les cycles), les exoplanètes, galaxies, trous noirs, pulsars, astéroïdes, la matière noire, l’Univers primordial, les supernovae, autant d’objets compris dans les domaines de l’astrophysique, astronomie, cosmologie.

Les instruments d'observation

A l’Observatoire de Paris, on dispose de nombre d’instruments différents, mais un en particulier, une spécialité locale, fut à l’origine de beaucoup de travaux. Le spectrohéliographe par exemple est un instrument astronomique délivrant des images monochromatiques du Soleil, inventé en 1891 à Meudon. Il est accompagné d’autres appareils d’observation, tels que le coelostat, le sidérostat ou l’héliographe. On l’utilise pour des observations quotidiennes du Soleil. Les télescopes et les lunettes constituent également des éléments clés dans l’étude du ciel. Cependant, il est de plus en plus compliqué d’effectuer des observations correctes et prolongées, ceci étant dû à la pollution lumineuse trop importante.

Le coelostat consiste en un miroir primaire monté sur un axe rotatif qui évolue au fur et à mesure de la journée, qui renvoie la lumière vers un autre support , ce dernier faisant de même en direction du spectrohéliographe. © Observatoire de Paris / LESIA
Le"1-mètre" fut installé à la fin du XIXè siècle à Meudon. Ses dimensions étaiet à l'époque telles (1m de diamètre et 3m de focale, de nos jours 22) qu'il devint parmi les plus perfectionnés au monde. Il sert encore de nos jours aux observations des phénomènes peu lumineux (nébuleuses, comètes). © Observatoire de Paris / F. Arénou
Test sur un instrument de Solar Orbiter © Observatoire de Paris
Dans la salle Ariane se trouve le système SimeNom, qui a été conçu pour tester les normes des instruments. C'est notamment dans ce lieu que fut ammenée la SuperCam du rover Perseverance !

Les missions spatiales

Outre la recherche et l’observation spatiales, l’Observatoire bénéficie de collaborations et de contrats avec des organisations diverses (CNES, ESA, sociétés privées, etc) qui, dans le cadre d’une mission dans l’espace, peuvent lui confier la charge d’un instrument, sonde,… Cet appareil sera placé en « salle blanche », un endroit protégé et quasi-stérile, dont les conditions d’accès sont draconiennes. A l’abri des regards, on effectue sur l’objet des tests et examens afin de mettre à l’épreuve sa résistance aux contraintes qu’il rencontrera dans l’espace (radiations, vide, températures extrêmes notamment).

"A l'Observatoire, nous sommes des acteurs de la science moderne. [...] Tous les domaines de l'astronomie et de l'astrophysique sont couvert par l'Observatoire de Paris. C'est d'ailleurs le plus ancien, mais aussi l'un des plus grands ; avec Harvard on se partage un peu cette place"
Alain Doressoundiram
Astrophysicien et planétologue

Des avancées scientifiques majeures

En plus de figurer dans le classement mondial, l’Observatoire de Paris fut le théâtre de nombreuses découvertes essentielles. Ainsi, rien que par le calcul, Urbain le Verrier, astronome français, prédit par le calcul en 1846 l’existence d’une huitième planète au delà d’Uranus. Neptune est pour la première fois observée quelques semaines plus tard.

En 1676, Olaus Rømer, à l’aide des éclipses des satellites de Jupiter, détermine que la vitesse de la lumière est une grandeur finie. Son collègue Christiaan Huygens trouve une vitesse « 600 000 fois supérieure à celle du son ».  Deux siècles plus tard, toujours à l’Observatoire, Léon Foucault l’établit à 298 000 km/s, une valeur très proche des 299 792,458 que l’on connaît actuellement. Pour rappel, la vitesse de la lumière est une constante physique indépassable selon la relativité d’Einstein.

Urbain le Verrier aux Tuileries avec le roi Louis-Philippe © Ken Welsh / Bridgeman Images
Durant des années d'observation, Römer avait remarqué que la périodicité des éclipses de Jupiter 1 (Io) variait selon la position de Jupiter et de la Terre dans le plan. Ainsi, quand la Terre se trouvait en E1, la lumière mettait selon lui 11 minutes de moins que prévu, et quand elle était en E2, elle mettait 11 minutes de plus ; l'éclipse se voyait en retard, car la lumière parcourt en plus le diamètre l'orbite terrestre.. Les résultats s'en suivant seront forcément fauséées par le manque d'exactitude. © Diana Kline
Fiche où Cassini décrit la découverte de deux lunes de Saturne en Mars 1784 © Observatoire de Paris

Dans les années 1930, Bernard Lyot de l’Observatoire de Meudon met au point un dispositif astronomique permettant de simuler lors de l’observation une éclipse solaire artificielle, en cachant le Soleil et permettant d’observer la couronne. C’est le coronographe, encore largement utilisé.

Ci-joint : vidéo datant des années 1930, des protubérances solaires, réalisée avec le coronographe de Bernard Lyot.

Grâce à une simple lentille, Jean-Dominique Cassini, premier directeur de l’Observatoire, put à ses tout débuts pointer son objectif sur Saturne, en identifier certaines lunes et constater que ses anneaux étaient hétérogènes.

L'Observatoire et ses alentours vus depuis la tour Montparnasse © Pline
L'Observatoire et ses alentours vus depuis la tour Montparnasse © Pline
Bâtiment Perrault © Observatoire de Paris / PSL
Bâtiment Perrault © Observatoire de Paris / PSL
La Coupole Arago, de vingt tonnes et en cuivre, est juchée sur le toit de l'Observatoire. Inaccessible au public, elle abrite la Grande Lunette. La particularité de la structure réside dans le fait que ce n'est pas l'instrument à l'intérieur qui tourne, mais la coupole © N. Lesage
La Coupole Arago, de vingt tonnes et en cuivre, est juchée sur le toit de l'Observatoire. Inaccessible au public, elle abrite la Grande Lunette. La particularité de la structure réside dans le fait que ce n'est pas l'instrument à l'intérieur qui tourne, mais la coupole © N. Lesage
La 'Lunette Arago" sous la coupole Arago, est une monture équatoriale datant du XIXè siècle, qui présente des dimensions de 38cm de diamètre et 9m de focale, en faisant la plus grande lunette de l'époque © La Prod est dans le pré
La 'Lunette Arago" sous la coupole Arago, est une monture équatoriale datant du XIXè siècle, qui présente des dimensions de 38cm de diamètre et 9m de focale, en faisant la plus grande lunette de l'époque © La Prod est dans le pré
Statue d'Urbain le Verrier © Observatoire de Paris
Statue d'Urbain le Verrier © Observatoire de Paris
La salle Cassini, où se trouve tracé au centre le méridien de Paris. Cette salle dispose d'une ouverture qui laisse passer la lumière du soleil, son faisceau frappant la méridienne notamment lors des solstices © F. A
La salle Cassini, où se trouve tracé au centre le méridien de Paris. Cette salle dispose d'une ouverture qui laisse passer la lumière du soleil, son faisceau frappant la méridienne notamment lors des solstices © F. A
Dans cette salle dite "méridienne", le méridien est représenté par cette ligne de laiton (au centre). Orné d'un dallage en marbre, douze plaques s'y ajustent où figurent les signes du zodiaque (au fond). La lumière provient d'un petit orifice à 10m de hauteur (en haut), projetant différemment sur la ligne la lumière en fonction de l'heure de la journée et de la saison (soit en fonction de l'inclinaison du soleil) © Observatoire de Paris / J. Berthier
Dans cette salle dite "méridienne", le méridien est représenté par cette ligne de laiton (au centre). Orné d'un dallage en marbre, douze plaques s'y ajustent où figurent les signes du zodiaque (au fond). La lumière provient d'un petit orifice à 10m de hauteur (en haut), projetant différemment sur la ligne la lumière en fonction de l'heure de la journée et de la saison (soit en fonction de l'inclinaison du soleil) © Observatoire de Paris / J. Berthier
Carte postale de l'Observatoire © Observatoire de Paris
Carte postale de l'Observatoire © Observatoire de Paris
Cette peinture, réalisée au milieu du XVIIIè siècle, représente le ciel austral. Celle-ci est basée sur les observations de l'astronome Nicolas de la Caille, qui était parti en 1750 au Cap cartographier près de dix mille étoiles et une quinzaine de constellations © Observatoire de Paris
Cette peinture, réalisée au milieu du XVIIIè siècle, représente le ciel austral. Celle-ci est basée sur les observations de l'astronome Nicolas de la Caille, qui était parti en 1750 au Cap cartographier près de dix mille étoiles et une quinzaine de constellations © Observatoire de Paris
Une partie des installations de l'Observatoire de Meudon sur la colline communale qui surplombe la banlieue parisienne © J-B Feldmann
Une partie des installations de l'Observatoire de Meudon sur la colline communale qui surplombe la banlieue parisienne © J-B Feldmann
Active depuis plus d'un siècle, la "Grande Lunette" demeure par ses dimensions la plus grande lunette d'Europe et la troisième au monde, ceci dû a ses dimensions (83cm de diamètre et 16m de focale) © S. Golovanow
Active depuis plus d'un siècle, la "Grande Lunette" demeure par ses dimensions la plus grande lunette d'Europe et la troisième au monde, ceci dû a ses dimensions (83cm de diamètre et 16m de focale) © S. Golovanow
Le Château-neuf de Meudon, destiné à sa construction au Grand Dauphin fils de Louis XIV. Il fut incendié lors de l'occupation prussienne mais rénové par la suite par Jules Jansenn
Le Château-neuf de Meudon, destiné à sa construction au Grand Dauphin fils de Louis XIV. Il fut incendié lors de l'occupation prussienne mais rénové par la suite par Jules Jansenn
Un des bâtiments présents sur le site de Meudon
Un des bâtiments présents sur le site de Meudon
Ce à quoi ressemble le bureau d'un astronome...
Ce à quoi ressemble le bureau d'un astronome...
Le spectrohéligraphe, à partir de la lumière issue du coelostat, va l'afficher sur un écran géant en couleurs monochromatiques. Ces images, reçues en direct, peuvent être traitées en se focalisant sur une longueur d'onde précise de la lumière
Le spectrohéligraphe, à partir de la lumière issue du coelostat, va l'afficher sur un écran géant en couleurs monochromatiques. Ces images, reçues en direct, peuvent être traitées en se focalisant sur une longueur d'onde précise de la lumière
Jules Jansenn, astronome et bienfaiteur de l'Observatoire de Meudon, utilisera dès les années 1890 la technique de la spectrohéliographie, réalisant ce cliché de la photosphère solaire, datant de 1894
Jules Jansenn, astronome et bienfaiteur de l'Observatoire de Meudon, utilisera dès les années 1890 la technique de la spectrohéliographie, réalisant ce cliché de la photosphère solaire, datant de 1894
Résultant du procédé précédent, ce spectrohéliogramme du Soleil a été faite dans la zone dite de la "raie H alpha". Comme illustré dans l'image suivante, la lumière visible solaire est décomposable en un spectre, dont la longueur d'onde va de 656 nanomètres à 393nm. L'image ci-contre fait partie du début de ce spectre, où l'hydrogène a laissé son empreinte
Résultant du procédé précédent, ce spectrohéliogramme du Soleil a été faite dans la zone dite de la "raie H alpha". Comme illustré dans l'image suivante, la lumière visible solaire est décomposable en un spectre, dont la longueur d'onde va de 656 nanomètres à 393nm. L'image ci-contre fait partie du début de ce spectre, où l'hydrogène a laissé son empreinte
Le spectre solaire est composé d'une série de couleurs successives, auquelles s'ajoutent des raies, qui sont les endroits où la lumière, lors de son trajet dans le soleil, a interagi avec des atomes. La nature de ces atomes varie selon la position où l'on se trouve dans le spectre. A Meudon, on observe dans quatre longueurs d'onde, celles de l'hydrogène et du calcium (nommées Haplha, Hbeta, CallH et CallK)
Le spectre solaire est composé d'une série de couleurs successives, auquelles s'ajoutent des raies, qui sont les endroits où la lumière, lors de son trajet dans le soleil, a interagi avec des atomes. La nature de ces atomes varie selon la position où l'on se trouve dans le spectre. A Meudon, on observe dans quatre longueurs d'onde, celles de l'hydrogène et du calcium (nommées Haplha, Hbeta, CallH et CallK)
La station de radio-astronomie de Nançay, au coeur du Centre-Val de Loire © Observatoire de Paris / LOFAR / I. Thomas
La station de radio-astronomie de Nançay, au coeur du Centre-Val de Loire © Observatoire de Paris / LOFAR / I. Thomas
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Grâce à son originalité, sa splendeur ou les recherches qui y sont entreprises, l’Observatoire de Paris reste depuis plus de trois cents ans un haut lieu du savoir humain. L’observation et la compréhension de l’Univers demeure un objectif majeur pour l’avancée de la science, comme le rappelle si bien cette citation de Stephen Hawking : « N’oubliez pas de regarder les étoiles et non pas à vos pieds. Essayez de comprendre ce que vous voyez et de vous interroger sur ce qui fait l’existence de l’Univers ».

Dorian

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Bonjour les Terriens, comme vous l’aurez constaté, aujourd’hui c’est un article spécial écrit en collaboration avec le site internet « Space Tales », geré par Dorian, passionné par le secteur spatial depuis son plus jeune âge ! Vous retrouverez Dorian et ses articles à l’adresse suivante : https://Space-Tales.blogspot.com/, que je vous invite à aller découvrir sans tarder, abonnez-vous aussi à ses pages Twitter (@Space_Tales) et Instagram (spacetalesblog) !

Quentin