L'histoire de la radioastronomie

La radioastronomie, c'est la branche de l'astronomie dans laquelle les objets célestes et les phénomènes astrophysiques sont étudiés en fonction de leur émission dans la zone radio du spectre électromagnétique.

Le développement de la radioastronomie est intimement lié à celui des radiocommunications : il n'est pas douteux que les ondes hertziennes soient le moyen principal pour échanger des informations, moyen qui peut prendre les formes de la radiodiffusion sonore ou de la télévision (pour citer les applications les plus familières) et qui, depuis une dizaine d'années, s'est élargi bien au-delà des bornes de l'humanité avec les tentatives très sérieuses effectuées pour communiquer avec des extra-terrestres.
Ainsi, les ondes hertziennes ont un grand avantage sur les autres radiations : elles se propagent pratiquement sans atténuation non seulement dans notre atmosphère, mais surtout dans le milieu qui constitue l'espace entre les étoiles et les galaxies. Elles échappent aux problèmes des radiations visibles, qui sont fortement absorbées et presque "éteintes" dans tant de régions de la Voie lactée. En outre, les ondes radio sont faciles à produire par une grande diversité de mécanismes, de sorte que de nombreux corps célestes émettent sous forme de rayonnements hertziens une quantité d'énergie notable. Le résultat est que nous recevons les "émissions" d'astres très lointains, parfois beaucoup plus lointains que les objets les plus faibles et les plus distants visibles au télescope optique, et que celles-là nous permettent donc de connaître l'univers le plus éloigné, peut-être celui qui fut vraiment à l'origine de tout, avant que la matière ne se structure sous la forme des galaxies et de leurs amas qui sont aujourd'hui courants dans l'univers qui entoure notre Galaxie.
Mais il existe en effet une lacune parmi les données transportées par les ondes hertziennes : c'est la quasi-absence d'indications sur la distance de la source. Quelle différence avec la lumière qui nous vient des étoiles ou des galaxies! Celle-là porte en elle une variété d'informations, depuis le type spectral jusqu'au décalage des raies spectrales vers le rouge, en passant par l'affaiblissement dû à la traversée du milieu interstellaire. L'astronome qui opère dans le domaine du visible réussit pratiquement toujours à déterminer à combien d'années-lumière (ou de parsecs) se trouve l'objet qu'il observe, et donc la luminosité absolue et finalement toute la physique de ce dernier. Par contre, ce n'est presque jamais le cas pour le radioastronome, lequel ne dispose pas d'un système d'information complet et fermé mais a besoin de l'aide constante d'informations extérieures : après avoir déterminé avec le radiotélescope, avec la plus grande précision possible, la position de la source sur la voûte céleste, l'astronome va vérifier, par exemple sur une photographie, ce qu'il y a à cet endroit, en espérant que ce sera un objet visible suffisamment particulier pour attirer l'attention ; dans le jargon des astronomes, on parle d' "identification optique" des radiosources.
La nécessité d'obtenir des positions toujours plus précises contraint à construire des antennes radio toujours plus grandes et plus perfectionnées. Il s'agit du phénomène physique de la diffraction des ondes électromagnétiques. Si l'antenne a une ouverture d et fonctionne à une longueur d'onde l, elle permet des mesures angulaires de position avec une précision de l'ordre de : K = l/d radians .
Par exemple, si l = 1 m et d = 1000 m , on obtient K = 3 min , soit une précision 60 fois moindre que celle qu'obtenait Galilée avec sa modeste lunette! Pourtant, nous parlons déjà d'une antenne de 1 km. Impossible d'échapper à cette loi ; pour augmenter la précision, il n'est pas d'autre moyen que de descendre vers les ondes décimétriques et centimétriques, et surtout de construire de longues structures d'antennes kilométriques. On comprendra que l'une des tâches importantes de la science radioastronomique à ses débuts a été le perfectionnement des antennes.

Mais revenons sur l'histoire de cette science très récente : des tentatives infructueuses de détection de l'émission radio céleste avaient été faites à la fin du XIXe siècle. Mais, en 1931, l'ingénieur américain Karl Jansky a véritablement créé la radioastronomie : alors qu'il travaillait pour les Laboratoires Bell Telephone sur une expérience destinée à comprendre la cause de perturbations sur les radiocommunications transatlantiques en ondes courtes, Jansky a découvert une émission radioélectrique dans la région proche du centre de la Voie lactée. Un autre ingénieur américain, Grote Reber, a ensuite dressé la carte de ces émissions radioélectriques galactiques, en utilisant une antenne parabolique d'un diamètre de 9,5 m, qu'il avait lui-même construite dans son jardin à Wheaton, dans l'Illinois. En 1943, Reber découvrit également les émissions radioélectriques provenant du Soleil, qui avaient fait l'objet de nombreuses recherches. Cependant, on se rendit compte plus tard que les émissions radio en provenance du Soleil avaient déjà été découvertes quelques années auparavant, lorsque de fortes éruptions solaires avaient brouillé des systèmes radars britanniques, américains et allemands utilisés pour la détection aérienne.
À la suite des progrès importants réalisés pendant la Seconde Guerre mondiale dans le domaine des antennes et récepteurs radio, la radioastronomie connut une grande expansion au cours des années 1950. Les scientifiques adaptèrent les techniques radar utilisées en temps de guerre à la construction d'une série de radiotélescopes en Australie, en Grande-Bretagne, aux Pays-Bas, aux États-Unis, en URSS ; l'intérêt que portaient à ces techniques les astronomes professionnels fut bientôt attisé par une série de découvertes importantes.
Une quantité croissante de radiosources discrètes a ainsi pu être répertoriée, tandis qu'à partir des années 1950 on identifia bon nombre de radiosources dans des galaxies éloignées visibles. En 1963, la recherche menée sur les très petites radiosources conduisit à la découverte de radiosources quasi stellaires, appelées quasars, qui, présentant un décalage vers le rouge sans précédent, semblaient situées à des distances gigantesques de la Terre. Peu après, en 1965, les radioastronomes américains Arno Penzias et Robert Wilson découvrirent l'existence du rayonnement cosmologique - également connu sous le nom de rayonnement de fond du ciel - à 3 K (soit -270°C), dont les implications sur l'origine et l'évolution de l'univers sont importantes. Un autre type de radiosource, le pulsar, fut découvert en 1967 : on l'identifia rapidement comme une étoile à neutrons à rotation très rapide.
Pendant de nombreuses années, les radioastronomes étudièrent essentiellement dans les longueurs d'onde élevées (aux alentours de 1 m), pour lesquelles des structures à large antenne et des récepteurs suffisamment sensibles étaient relativement aisés à construire. Le progrès des détecteurs permit ensuite l'étude des faibles longueurs d'onde (jusqu'à 1 mm). Simultanément, le développement de la technologie spatiale a permis l'investigation dans les très grandes longueurs d'onde, en se plaçant au-dessus de l'ionosphère, qui forme, vue de la Terre, une couche opaque aux longueurs d'onde supérieures à 15 m.