Observer le ciel et les étoiles
L’astronomie est souvent considérée comme la plus ancienne science du Monde. Elle décrit les astres et leurs mouvements, et nous avons des traces d’observations astronomiques chez différents peuples, comme les égyptiens, chinois ou mésopotamiens dès 3 000 ans avant notre ère. Néanmoins, nul doute que les premières observations des astres par l’humanité sont beaucoup plus anciennes.
L’astrophysique est beaucoup plus récente et débute son histoire au début du XXe siècle. Elle est une branche disciplinaire de l’astronomie et, en associant les observations à la physique, étudie les objets célestes, proches ou lointains, afin d’en déterminer les propriétés physiques, chimiques, ainsi que leur origine, leur histoire et leur évolution. Pour cela, les astrophysiciens analysent différentes données du spectre électromagnétique en plus de la lumière visible : ondes radios, infrarouge, ultraviolet, rayons X, gamma….
Ces observations et mesures utilisent une instrumentation spécifique, qui va de l’observation directe à l’aide de télescopes optiques, en passant par l’analyse du spectre lumineux de ces objets plus ou moins lointains. Elles nécessitent le développement d’instruments de plus en plus pointus, situés au sol, mais aussi dans l’espace.
Cette exposition souhaite mettre en valeur l’importance scientifique, et souvent historique, de ces instruments, en particulier ceux qui ont été mobilisés dans le cadre de recherches menées à Sorbonne Université, notamment au sein du Laboratoire atmosphères et observations spatiales (LATMOS) et de l’Institut d’astrophysique de Paris (IAP). Elle s’inscrit dans le cadre d’un chantier de cartographie, d’inventaire et de numérisation du patrimoine scientifique de l’université mené depuis plusieurs années, et qui a vocation à préserver et valoriser ce patrimoine scientifique souvent exceptionnel.
Observer le Soleil …
Le Soleil est l’étoile centrale de notre système, le système solaire. C’est une étoile dont la température de surface est de 5 400°c, et celle de son centre avoisine les 14 millions de degrés. Il est composé, comme toute étoile, de gaz chaud. Sa composition en « surface » est de 70% d’hydrogène, 28% d’hélium, et son centre de 35% d’hydrogène et 63% d’hélium.
La couronne solaire est la partie la plus externe de l’atmosphère de notre étoile. Sa température atteint plusieurs millions de degrés. La très faible brillance de la couronne solaire la rend difficilement observable en dehors des éclipses totales depuis le sol. La coronographie permet de reproduire « artificiellement » les éclipses sur l’instrument d’observation en masquant le disque solaire. Associée à différents instruments, elle permet d’étudier la composition et l’intensité du rayonnement lumineux de la couronne solaire.
Couronne solaire en lumière blanche pendant l’éclipse totale de soleil du 29 mars 2006
observée depuis Sidi Barany, Égypte (Crédit : Jean Mouette, équipe de Serge Koutchmy, IAP-CNRS-SU)
Ensemble de 12 cônes pour coronographie
SU.IAP.2025.16.0
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
Ces cônes sont des prototypes. De différentes tailles et formes, ils permettent d’optimiser les observations. Les cônes s’ajoutent à une lunette, cachent le disque stellaire de l’astre observé, permettant de voir la couronne ainsi que les objets orbitant près de l’astre.
Table de rotation pour microphotomètre
SU.IAP.2025.15.4
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
Fabricant : Institut d’astrophysique de Paris
Cette table a été utilisé pour l’étude de la couronne solaire. Elle permet de faire des courbes de transmission du film photographique à rayon constant de la couronne solaire. On place une photographie du soleil sur la table, et la rotation du cadran permet de suivre la couronne solaire avec un rayon constant.
Réseau
SU.IAP.2025.17
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
Le réseau est une sorte de miroir gravé de rainures. Il reçoit et divise la lumière incidente en plusieurs faisceaux de diffraction. Ce réseau a 300 rainures par millimètre. Il a été utilisé lors des observations de l’éclipse solaire de 1973 au Tchad par Serge Koutchmy et Götz Stellmacher.
Porte film pour lunette quadruple
SU.IAP.2025.34.0
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
Des filtres ou polarisateurs sont placés dans les porte-films qui sont eux-mêmes fixés à l’arrière d’une lunette quadruple. Ils permettent de faire 4 photographies simultanées avec des angles de polarisation différents. Ceux-ci furent utilisés dans le cadre de l’étude de la polarisation de la couronne solaire lors d’éclipses totales, notamment celle du 22 septembre 1968 (Yourgamish, Sibérie)
…Observer les étoiles et corps célestes depuis la Terre
Pour étudier les étoiles et autres objets célestes, on observe et analyse leur spectre lumineux. Cette discipline s’appelle la spectroscopie stellaire. Un spectre lumineux donne des informations sur les conditions physiques (température, pression ou densité, gravité, champ magnétique, turbulence) et la composition chimique du milieu émetteur ou des milieux traversés.
Cette discipline nécessitant des calculs précis et de nouvelles méthodes de calcul numérique, des ateliers de mécanique, d’optique et d’aluminure de miroirs ont été créés à l’Institut d’astrophysique de Paris dans les années 1960. Ils ont permis la fabrication de nouvelles générations d’instruments d’observation et le perfectionnement des instruments de dépouillement des données.
Spectre de lumière visible d’Altair, une étoile à environ 16,7 années-lumière de la Terre.
Le spectre électromagnétique (en haut) est interrompu de quelques lignes sombres qui représentent la lumière absorbée par l’hydrogène présent dans l’atmosphère de l’étoile.
(Sources : Agence spatiale canadienne, NASA.)
Etoile artificielle
SU.IAP.2025.20.0
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
Fabricant : modification en interne sur conception de Serge Koutchmy (IAP)
Une étoile artificielle est un accessoire qui va simuler une vraie étoile. Elle génère un spot lumineux de très faible diamètre, que l’on place en vue d’un télescope, permettant ainsi le réglage précis de ses optiques. Cette étoile artificielle a été utilisé pour permettre de retrouver la magnitude des étoiles sur une photographie du ciel.
Lunette astronomique K-600
SU.IAP.2025.21
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
La lunette K-600 a été utilisée dans le cadre des missions P/Halley pour photographier la comète de Halley lors de son passage en novembre 1985, à l’observatoire de Haute-Provence puis à la Réunion en avril 1986. Il existe cinq exemplaires de la K-600, et ils permettent de prendre des photos d’un même évènement à des lieux et moments différents avec des instruments identiques selon un protocole bien défini.
… Observer depuis l’espace
Saliout 7
Comme pour le Soleil, l’observation des étoiles et autres objets célestes peut s’effectuer depuis le sol, mais aussi depuis l’espace. Hors atmosphère, il n’y a ni absorption, ni diffusion de la lumière, augmentant considérablement la qualité des observations.
Le 24 juin 1982, pour la première fois un français, Jean-Loup Chrétien, allait s’envoler pour l’espace lors de la mission scientifique française « Premier vol habité » (PVH). La mission s’appelle officiellement « Mission scientifique franco-soviétique Saliout 7 », et les spationautes passeront une semaine à bord de la station spatiale Saliout 7 kosmos 1686.
De nombreuses expériences scientifiques sont réalisées à bord lors de la mission qui se termine en juillet 1982. Les expériences embarquées concernent principalement les sciences de la vie, mais aussi l’astronomie. L’institut d’astrophysique de Paris (IAP), institut de Sorbonne Université, participe à la conception et réalisation de l’instrumentation utilisée pour ces expériences.
La station Saliout-7 (URSS/N.A. via Spacefacts.de)
Sensitomètre pour la caméra PIRamig (Copie de la version de vol)
SU.IAP.2025.18 et SU.IAP.2025.40.0
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
La caméra PIRamig a été développée par l’observatoire de Marseille. L’IAP était responsable de la conception et réalisation du sensitomètre et de l’étalon nécessaire pour l’expérience. PIRamig a permis la réalisation de photographies, en particulier de galaxies dans le visible et le proche infrarouge (Proche Infrarouge dans l’Atmosphère, Milieu Interplanétaire et Galaxies).
Sensitomètres pour expérience P.C.N
SU.IAP.2025.19.0
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
L’expérience « PCN » (Photographies du Ciel Nocturne) avait pour objectif l’étude des sources de faible intensité lumineuse. Elle a permis notamment d’obtenir pour la première fois l’image du nuage zodiacal (poussières interplanétaires) au niveau de l’orbite de Vénus.
… Observer depuis l’espace
Magellan & FUSE
Le Projet Magellan avait pour but de remplacer le satellite de la Nasa Copernicus qui faisaient de la haute résolution spectrale dans l’ultra-violet lointain (courte longueur d’onde), et qui a cessé de fonctionner en 1981. Présenté à l’Agence Spatiale Européenne en 1982, il prévoyait de faire 10 000 fois mieux que Copernicus.
Le projet ne sera finalement pas retenu par l’ESA, mais intégré dans le projet FUSE (Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer), réunissant la NASA, l’université John Hopkins de Baltimore, ainsi que le CNES et le CSA (Canadian Space Agency).
De 1999 à 2007, Fuse permettra l’acquisition de plus de 6 000 observations d’environ 3 000 objets célestes.
Réseau holographique Magellan
SU.IAP.2025.1
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
Fabricant : Jobin & Yvon sous le contrôle du Laboratoire de Physique Stellaire et Planétaire
La plupart des raies d’émissions et d’absorption des atomes se trouvant dans l’ultra-violet (courtes longueurs d’ondes), étudier ce domaine permet de caractériser la composition, l’abondance des différents éléments, et d’autres propriétés cruciales des objets observés. Dans le domaine des UV, l’optique classique (miroirs) fonctionne très mal. Le réseau sert donc à focaliser et disperser la lumière. Pour obtenir une haute résolution spectrale, il faut beaucoup de traits par mm gravés sur le réseau (3000-5000 traits par mm).
… Observer depuis l’espace
Orbiting Solar Observatory (OSO)
Orbiting Solar Observatory (OSO) est une série de 9 observatoires spatiaux de la NASA lancés entre 1962 et 1975 pour observer le rayonnement UV et X émis par le Soleil.
Lancé en Janvier 1969, OSO 5 a étudié plus particulièrement les éruptions solaires. Une des expériences utilisait les cellules à résonance à hydrogène et deutérium pour étudier la forme de la raie Lyman-alpha de l’hydrogène et en déduire la distribution de la densité de l’hydrogène à l’exobase (base de la couche la plus externe de l’atmosphère) de la Terre (entre 350 et 800 km d’altitude). La raie Lyman-alpha est la raie d’émission la plus forte de l’hydrogène. Elle se trouve dans l’ultra-violet et n’est pas observable depuis le sol.
Orbiting Solar Observatory 5 (Goddard Space Flight Center)
Cellule à résonance à hydrogène et deutérium
SU.IAP.2025.2.2
Fonds : Institut d’astrophysique de Paris
Ces deux capteurs mesurent la densité l’un de d’hydrogène, l’autre du deutérium. Ils absorbent la lumière solaire incidente et la réémettent à 90° dans la branche perpendiculaire, où on la mesure aux longueurs d’onde précises de l’hydrogène et du deutérium. Les cristaux bleus absorbeur d’humidité et la cloche sous vide permettent de conserver les objets.
…Et explorer l’Espace
Mars 96 est une mission spatiale russe lancée en 1996 dont l’objectif était d’étudier la planète Mars. Elle prévoit le lancement d’une sonde de 6 tonnes, la plus grosse jamais lancée, et embarque 600kg d’instruments. Une quarantaines d’expériences, impliquant une vingtaine de pays dont 12 européens, devait être déployée. La mission aurait dû arriver dans la banlieue de la planète rouge le 12 septembre 1997, dix mois après son lancement.
Lancée le 16 novembre 1996, Mars 96 est victime d’une défaillance de son lanceur Pluton. En effet, une heure environ après son décollage, le quatrième étage du lanceur subit une défaillance empêchant la sonde de quitter l’orbite terrestre. Elle disparait le lendemain dans les eaux du Pacifique…
La sonde Mars 96 lors de son assemblage (http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/gallery/)
Spectromètre d’ions pour l’étude de la DYnamique du plasma dans l’environnement IOnisé de la planète Mars (DYMIO)
SU.SET.2024.2.3
Fonds : Laboratoire ATmosphères et Observations Spatiales (LATMOS)
Ce spectromètre a été fabriqué pour l’étude de la dynamique du plasma dans l’environnement ionisé de Mars dans le cadre du projet Mars-96 (ROSCOSMOS & CNES). Il était le modèle de rechange, prévu pour remplacer l’instrument d’origine sur le satellite en cas de défaillance avant le lancement.
Pour aller plus loin…
Observer le Soleil
Observation du soleil grâce aux éclipses
Eclipse totale du 30 juin 1973
Etude polarimétrique de la couronne solaire
Observer les étoiles et corps célestes depuis la Terre
La spectroscopie astronomique (source : Wikipédia)
Observer depuis l’espace
Le premier français dans l’espace !
Mission spatiale Saliout 7 (source : Wikipédia)
Les 16 vols habités français (1982-2002)
Orbiting Solar Observatory (source : Wikipédia)
Orbiting Solar Observatory 5 (OSO 5)
Far Ultraviolet Spectroscopic Explorer (FUSE)
Et explorer l’Espace
La mission Mars 96 (source : Wikipédia)
Mars 96 dans la vidéothèque du CNES (Centre National d’Etudes Spatiales)
Article de Libération sur l’échec de Mars 96 : « La sonde russe Mars 96 se perd. L’engin d’exploration devrait bientôt retomber sur la terre. », Dominique Leglu (18 novembre 1996).
Textes : Stéphane Jouve, avec relecture de Jean Mouette, Michèle Gerbaldi, François Sevre, et Roger Ferlet. Merci à Elena Seran et les directions du Laboratoire Atmosphères et Observations Spatiales et de l’Institut d’Astrophysique de Paris pour leur aide et collaboration.
Graphisme : Terava Jacquemier