Histoire de la Carte du ciel d’Hipparcos

Our Universe is large and complex. To contribute to its understanding a satellite was launched by the European Space Agency in 1989 with a unique if prosaic brief : to chart the positions and motions of the stars. History’s greatest star map was the result. Since its completion in 1997, astronomers worldwide have devoured and pondered its content.

Ce sont les premières phrases de la préface du livre The Making of History’s Greatest Star Map de Michael Perryman, astronome britannique. Découvrons la grandiose mission Hipparcos sous ces thèmes : Le lancement du satellite, Le contexte, La mesure des distances, Le satellite, Les catalogue et atlas des données astrométriques, La nouvelle vision de l’Univers.

Le lancement du satellite

Dans son prologue, l’auteur relate les moments palpitants du lancement du satellite européen Hipparcos à Kourou, en Guyane française, le 8 août 1989. Un événement marquant dans l’histoire de l’astronomie. Une réussite spectaculaire résultant d’une longue et minutieuse préparation. Une collaboration exemplaire de scientifiques de l’Agence spatiale européenne, d’ingénieurs de l’entreprise Aérospatiale et de politiciens de plusieurs pays européens.

Le contexte

Le chapitre 1 porte sur notre place dans le cosmos. En guide d’introduction, l’auteur cite les trois raisons motivant les missions spatiales : le prestige national et international, le développement de technologies d’avant-garde et la recherche scientifique pure. Il poursuit son exposé en abordant les thèmes suivants : l’importance de mesurer la distance des étoiles, les connaissances traditionnelles du ciel avant notre époque, la constitution du savoir scientifique, les caractéristiques du Soleil, de la Voie lactée et de l’Univers, l’évolution depuis le Big Bang et l’émergence de la vie.

La mesure des distances

Le chapitre 2 explique des unités de mesure utilisées dans le domaine astronomique : l’ascension droite (longitude sur Terre) et la déclinaison (latitude sur Terre), la seconde d’arc, l’angle d’arc, l’angle de la parallaxe, l’année-lumière, le parsec.

Le chapitre 3 relate l’histoire de l’astrométrie (évaluation de la position et du mouvement des astres) depuis l’Antiquité jusqu’à la première mesure de distance précise d’une étoile en 1838, la parallaxe de 61 Cygni, par Frederich Bessel.

Le chapitre 4 relate les développements de la période 1850-1980 selon trois axes de recherche : la détermination de plus de parallaxes avec une meilleure précision relative des distances (utilisation de la photographie); l’observation visant des mesures ayant une plus grande précision absolue pour établir un meilleur cadre de référence (catalogues d’étoiles FK); la réalisation de grands relevés pour élucider la structure et les propriétés de la Voie lactée à partir du positionnement et du mouvement des étoiles (catalogue d’étoiles Durchmusterung). L’utilisation de la photographie et la production de catalogues numériques, au cours des décennies 1970 et 1980, constituent un tournant dans l’histoire de l’astronomie. La deuxième partie du chapitre aborde les sujets suivants : le débat sur la structure de la Voie lactée, l’apport du télescope Schmidt, le projet de la Carte du Ciel (1887-1970) et le Catalogue astrographique, la théorie de la gravitation universelle de Newton, la théorie de la relativité générale d’Einstein; l’importance du Catalogue Hippercos publié en 1997.

Le satellite

Le chapitre 5 retrace le long cheminement du projet Hipparcos : les lacunes des observations astronomiques antérieures, les avantages d’un télescope spatial proposé en 1967 par Pierre Lacroute (surmonter le filtre atmosphérique, observation de l’ensemble du ciel, le calcul précis des distances des étoiles), l’européanisation du projet (ELDO et ESRO en 1962, ESA en 1973), le remodelage du projet en 1975, le processus complexe d’admissibilité du projet au sein de l’ESA (finalisé en 1980).

Le chapitre 6 explique les différentes étapes du processus menant au lancement du satellite Hypparcos : les concepts de base pour la mesure des distances des étoiles, la nomination des responsables (dont l’auteur, en janvier 1980) et la constitution des équipes, adoption du design général en 1984, la construction de prototypes et du satellite au cours des trois années suivantes. Au sein du comité scientifique qu’il a constitué, l’auteur souligne son leadership et détaille les tâches assignées aux participants. Les principaux défis à relever sont ensuite exposés : les miroirs du télescope et les autres composants du satellite, l’assemblage des pièces, les tests ultimes, le transport du satellite à Kourou pour son lancement le 8 août 1989.

Le chapitre 7 porte sur la position géostationnaire visée pour le satellite Hipparcos, les étapes planifiées pour fixer ce positionnement et les échecs répétés pour réussir ce processus.

Les catalogue et atlas des données astrométriques

Le chapitre 8 présente le Centre de contrôle des opérations situé à Darmstadt (Allemagne) et le réseau de communication (antennes) autour de la Terre. Le 29 août 1989, suite aux échecs répétés de mise en marche du moteur d’allumage, un plan alternatif est adopté : tirer le meilleur parti de la situation jusqu’à la mort inéluctable du satellite (survenue au début de 1993). L’auteur raconte ensuite les péripéties de l’incroyable performance collective de sauvetage du projet.

Le chapitre 9 explique comment le catalogue a été élaboré au cours des années précédant le lancement d’Hipparcos : la sélection minutieuse des étoiles à observer et la notation des données (double objectif), la constitution du catalogue initial sous le leadership de Catherine Turon, réception des suggestions de la communauté scientifique (à l’ère pré-Internet), le tri et l’agencement des propositions; le défi du traitement mathématique des données (rétrospective historique, du 16e siècle à l’ordinateur EDSAC), la solution formulée par l’analyste Lennart Lindegren, le processus indépendant de vérification des données, la constitution d’un second catalogue dénommé Tycho, la réussite de la transmission des données astrométriques jusqu’au 15 août 1993; publication finale des catalogues Hipparcos et Tycho (versions papier et électronique sur DC).

Le chapitre 10 porte sur le peaufinage des données astronomiques et leur diffusion  : la constitution du catalogue Tycho 2 et l’intégration des relevés du Catalogue astrographique, la production de l’Atlas des étoiles du millénaire [Millennium Star Atlas] (provenant des catalogues Hipparcos et Tycho; uranographie, science qui a pour objet la description du ciel), projection du ciel en 3D (août 2000), quelques célèbres utilisations scientifiques des catalogues (lune Dactyl en 1992, comète Shoemaker-Levy en 1994), la présentation des catalogues à un symposium international tenu à Venise (mai 1997); un contexte technologique rapidement désuet (exemples mécanographiques : rubans magnétiques et cartes perforées); les réflexions de l’auteur sur l’héritage du projet Hipparcos et le contexte requis pour l’émergence des avancées scientifiques.

La nouvelle vision de l’Univers

Une toute nouvelle image de l’Univers découle des observations du satellite Hipparcos. Les trois derniers chapitres du livre témoignent de cette nouvelle vision de l’Univers.

Le chapitre 11 décrit la Voie lactée : une structure dynamique (en perpétuel mouvement) similaire à celle de la galaxie d’Andromède, la distance entre le Soleil et le centre de la Galaxie, la rotation galactique selon Jacobus Kapteyn (1851-1922), Bertil Lindblad (1895-1965) et Jan Hendrik Oort (1900-1992), la complexité et les connaissances actuelles sur la rotation galactique et celle du Système solaire; le mouvement ascendant et descendant régulier du Soleil par rapport au plan de la Galaxie; la classification des étoiles et les particularités des très anciennes étoiles du halo (exemples : Groombridge 1830, Kapteyn, Barnard; amas globulaire Omega Centauri).

Le chapitre 12 étudie les étoiles : la fusion nucléaire, la théorie du Big Bang, la nucléosynthèse, l’origine des éléments, le diagramme Hertzprung-Russell et l’évolution du Soleil, la grande diversité des étoiles, l’importance des étoiles variables (Céphéides et RR Lyrae), les naines blanches, les étoiles binaires, les étoiles en fuite, les étoiles hypervéloces, les amas ouverts (Hyades, Pléiades).

Le chapitre 13 porte sur le Système solaire et l’habitabilité : la formation des objets sur Système solaire (Soleil, planètes, lunes, comètes, astéroïdes); les observations d’Hipparcos (exemple : changement climatique sur Pluton); les cycles de Milankovitch (précession, nutation, oscillation de l'axe terrestre), les variations des taches solaires, les impacts climatiques de la rotation du Soleil autour de la Galaxie (périodes glaciaires), les impacts majeurs de certains météorites; la découverte d’exoplanètes, la détection de planètes et leur habitabilité en utilisant le Catalogue Hipparcos (astrobiologie, Institut SETI, sursauts gamma); les questions laissées en suspens (origine de l’Univers, émergence de la vie).

L’auteur termine ainsi son histoire de la plus grande carte du ciel : « If there is one particular mystery that the study of the Universe brings home to me it is the one that sits midway between its origin, and the emergence of life. […] Astronomy confronts the remarkable spectacle of what happened in between. »

Le projet Gaia

Le chapitre 14 est intitulé The Future. – La prochaine mission astrométrique, adoptée par l’ASE en 2000, sera réalisée par le satellite Gaia. L’auteur décrit les objectifs de ce projet auquel il est associé depuis 2005. – [Les internautes désireux d’en connaître davantage sur le successeur d’Hipparcos pourront consulter le site Gaia – ESA’s billion star surveyor.]

Les compléments

Dans l’épilogue, Michael Perryman souligne le succès du projet Hipparcos qui a dépassé les attentes. Il souligne quelques-unes des figures marquantes de cette grande réalisation scientifique : Pierre Lacroute (initiateur du projet astrométrique), Franco Emiliani, Hamid Hassan, Catherine Turon, Jean Kovalevsky, Lennart Lindegrem, Eric Høg, Roger-Maurice Bonnet.

À la fin du livre : les références aux 53 notes infrapaginales, des vues en stéréoscopie des amas ouverts Hyades et Pléiades, les remerciements et l’index. Par ailleurs, le sommaire du livre est inséré entre la préface et le prologue, à la page xi.

Quelques remarques sur les citations et les illustrations. Une citation est insérée sous le titre du prologue et les différents titres de chapitres (auteurs des citations) : Fred Hoyle, Thomas Carlyle, William Shakespeare, Confucius, David Gill, Thomas Jefferson, Hermann Bondi, Freeman Dyson, Rensis Likert, Willem Frederik Hermans, Vincent Van Goht, Carl Sagan, Arthur Eddington, Samuel Johnson et Friedrich Nietzsche.

Le volume est illustré par de nombreuses photographies et dessins. Les portraits de plusieurs dizaines de scientifiques ayant contribué au projet Hipparcos sont insérés tout au long de l’exposé. Un grand nombre de photos de groupes et d’instruments scientifiques sont aussi affichées.

Parmi les dessins accompagnant les propos de l’auteur, soulignons ceux-ci : angle d’une seconde d’arc (31), parallaxe (41), mouvements apparents des planètes (45), précession de l'orbite de Mercure (80), ceintures de radiations de Van Allen (126), positionnement sur une orbite géostationnaire (127), disque galactique NGC 4565 (188), vues de la Voie lactée (195), schéma de la Galaxie illustrant le mouvement ascendant et descendant régulier des étoiles (196), diagramme Hertzprung-Russell (210), précession et nutation de la Terre (237), inclination de la Terre (238), oscillation de l'axe terrestre (239), déplacement du Soleil dans la Galaxie (243). Des reproductions d’images tirées du Catalogue Hipparcos et de l’Atlas des étoiles du millénaire [Millennium Star Atlas] : page sur l’étoile Sirius (168); amas des Pléiades (172), déplacement de Groombridge 1830 (199).

Références

Perryman, Michael. – The Making of History’s Greatest Star Map. – Londres / New York : Springer, 2010. – xii, 282 p. – ISBN 978-3-642-11601-8. – [Citations : pp. vii, 255]. – BAnQ : 523.8 P465m 2010. – [Sur le site Archive].

Sinnott, Roger W.; Perryman, Michael A. C. – Millennium Star Atlas : An All-sky Atlas Comprising One Million Stars to Visual Magnitude Eleven from the Hipparcos and Tycho Catalogues and Ten Thousand Nonstellar Objects. – Cambridge (Massachusetts) : Sky Publ. Corp., 1997. – 3 v. XXV-1-516 + IX-517-1032 + IX-1033-1548 p. – ISBN : 0933346840. – [Université de Montréal, Centre de conservation, 101, boul. Marcel-Laurin].

Image

Hipparcos result – typical accuracy of stellar distances (2 juillet 2002) – [Avril 1997 – Crédit : ESA-SP 1200 (Volume 1) – Catalogues Hypparcos et Tycho].

Auteur

Michael Perryman (Site de l’auteur)
Michael Perryman awarded prestigious Tycho Brahe Prize (European Astronomical Society)

Sur la Toile

Hipparcos, une troisième dimension pour la Carte du Ciel (Frédéric Arenou et Catherine Turon – GÉPI / Observatoire de Paris, CNRS UMR 8111)
The Hipparcos Space Astrometry Mission (ESA)
Hipparcos testing (ESA)
Millennium Star Atlas (ESA)

Le projet de la Carte du Ciel (1887-1970)

Gaia dresse le catalogue le plus complet des étoiles de notre galaxie et d’au-delà (ESA)