La spectroscopie astronomique pour la recherche, l’industrie, l’enseignement et les loisirs

La Spectroscopie Astronomique

Isaac Newton (1642-1727) nous a appris que ce que nous appelons la « lumière blanche » est en fait un mélange de différentes couleurs. La spectroscopie est une technique qui consiste à décomposer la lumière en ses différentes couleurs constitutives comme le font les gouttelettes de pluie lors d’un arc-en-ciel. Le résultat, que l’on appelle un spectre, est non seulement très esthétique, mais il permet également d’accéder à de nombreuses informations sur les phénomènes physiques qui ont produit cette lumière. Différentes sources de lumière – une flamme, une ampoule électrique, une lampe d’étalonnage, la lumière du Soleil, etc. – donnent des spectres très différents, et même souvent très différents…

La lumière voyage typiquement sur des distances proprement astronomiques, sans perdre l’information qu’elle contient. Analyser la lumière des étoiles, ou de tout autre corps céleste, est donc un extraordinaire moyen de comprendre les phénomènes physiques qui se déroulent en leur sein. De fait, la spectroscopie astronomique est « l’outil de base » des astrophysiciens.

On pourrait imaginer qu’il s’agit d’une technique complexe réservée aux privilégiés qui ont accès aux grands instruments des observatoires professionnels. Il n’en est rien ! Même un petit instrument d’astronomie amateur permet de faire de la spectroscopie. Toute la gamme des produits Shelyak est là pour vous en convaincre.

Pour un astronome amateur, accéder à la spectroscopie, c’est passer d’une astronomie de contemplation – motivation ô combien respectable ! – à la mesure directe et à la compréhension intime du fonctionnement des corps célestes. C’est ouvrir une nouvelle fenêtre sur le ciel, radicalement différente, et croyez-nous, c’est une aventure passionnante…

Parlons un peu technique

Pour obtenir le spectre d’une étoile, il suffit d’installer un spectroscope derrière un télescope. C’est en réalité presque aussi simple à faire qu’à dire. Le télescope a pour fonction de collecter la lumière d’une étoile particulière, et le spectroscope d’étaler cette lumière sur un capteur (de caméra CCD le plus souvent). si vous êtes déjà familier de l’imagerie astronomique, le spectroscope vient en fait s’intercaler entre le télescope et la caméra CCD.

La spectroscopie a bien d’autres applications que l’astronomie, notamment en chimie et dans l’industrie. Son utilisation en astronomie impose trois contraintes spécifiques :

La première, c’est qu’il faut installer le spectroscope derrière le télescope. Le poids et l’encombrement doivent donc être adaptés à la monture.

La deuxième, c’est qu’il vous faut disposer d’un système de pointage et de suivi automatique, afin de garantir que c’est bien l’étoile voulue que vous observez : rien ne ressemble plus à une étoile qu’une autre étoile…

La troisième, c’est que même derrière un télescope, la quantité de lumière collectée est faible. Il faut donc un spectroscope d’une grande efficacité afin de ne perdre aucun grain de lumière…

Avec ce type de montage, qu’obtient-on ? Le champ de vision du télescope n’est plus prépondérant puisque c’est une étoile particulière qu’on souhaite observer dans ce champ afin d’en obtenir le spectre.

La lumière s’étale sur une ligne (voir image de gauche ci-contre). À chaque colonne de l’image correspond une longueur d’onde, c’est-à-dire une couleur. Les courtes longueurs d’onde (couleurs bleues) sont sur la gauche, et les grandes (couleurs rouges) sur la droite.

De cette image brute, on extrait le profil spectral par un traitement informatique appelé « réduction de données ». Il en résulte un profil dépourvu autant que faire se peut de défauts instrumentaux, et étalonné en longueur d’onde (voir image de droite ci-contre).

Revivez l’histoire…

Au-delà des questions techniques, la spectroscopie est aussi une formidable histoire de la connaissance humaine. Il a fallu des générations de chercheurs pour comprendre que les raies sombres (ou parfois claires) présentes dans un spectre correspondaient aux transitions d’énergie dans les atomes, et donc que chaque raie était la signature d’un élément chimique. Ou encore pour comprendre que les lois de la physique sont les mêmes et s’appliquent de la même manière partout dans l’Univers. La lumière est profondément liée à la matière, aussi analyser la lumière, c’est comprendre la matière. Entrer dans la spectroscopie astronomique, c’est embarquer avec un billet de première classe dans une formidable aventure scientifique qui se poursuit encore aujourd’hui.

… et écrivez la suite !

En accédant à la spectroscopie, vous pourrez vérifier par vous-même des phénomènes tels que les différences entre les types spectraux d’étoiles, ou le mouvement des objets par effet Doppler. Vous pouvez également utiliser la spectroscopie comme outil pédagogique : les applications sont infinies. Mais vous pouvez aller plus loin encore : il reste beaucoup à découvrir, et vous-même pouvez contribuer à la Recherche, même avec un modeste instrument. Il suffit pour cela de rejoindre la communauté grandissante des spectroscopistes : plus nous serons nombreux, plus nos observations seront utiles !