Un miroir de télescope classique de plusieurs mètres de diamètre coûte souvent plusieurs millions d’euros à polir et à transporter. En Colombie-Britannique, les astronomes de l’université de la Colombie-Britannique (UBC) ont contourné le problème avec une solution radicale : remplacer le verre par une nappe de mercure liquide de six mètres de diamètre, mise en rotation pour prendre naturellement la forme parfaite d’un miroir parabolique. Ce télescope, baptisé Large Zenith Telescope (LZT), a longtemps été le plus grand instrument de ce type au monde.
L’idée paraît presque trop simple pour être vraie. Le LZT utilise un bassin de six mètres rempli d’une fine couche de mercure, mis en rotation à un rythme constant de six tours par minute, tandis que des parois sur les bords empêchent le métal liquide de déborder. Pour supporter cette masse considérable sans la moindre vibration parasite, les ingénieurs ont dû redoubler d’ingéniosité : un roulement à air spécial a été conçu pour supporter une charge de dix tonnes métriques, utilisant un film d’air pressurisé pour réduire les frottements entre les deux surfaces.
À retenir
- Un bassin de mercure en rotation peut-il vraiment remplacer des millions d’euros de verre poli ?
- Pourquoi ce télescope révolutionnaire ne peut observer qu’un seul point du ciel
- Comment une nappe liquide de 6 mètres a inspiré des projets jusqu’à la Lune
Une physique que Newton avait déjà pressentie
Le principe repose sur une observation vieille de plusieurs siècles. Isaac Newton avait déjà remarqué que tout liquide placé dans un contenant circulaire et mis en rotation adoptait naturellement une forme parabolique, la forme parfaite pour un miroir de télescope afin de concentrer la lumière. Pas besoin de polir quoi que ce soit pendant des mois dans un atelier optique : la rotation fait tout le travail. Le choix du mercure n’a rien d’anodin non plus. La plupart des télescopes à miroir liquide sur Terre ont recours au mercure, qui reste liquide à température ambiante et réfléchit environ 75 % de la lumière qu’il reçoit, ce qui le rend presque aussi réfléchissant que l’argent.
Le résultat tient presque du miracle industriel. Les principaux avantages d’un télescope à miroir liquide sont son coût relativement faible, environ un pour cent de celui d’un miroir conventionnel, et sa capacité à être construit à des dimensions bien plus importantes. D’ailleurs, le chiffre a de quoi surprendre : construit pour un coût inférieur à un million de dollars, l’instrument atteint une qualité d’image et une sensibilité comparables à celles d’un télescope conventionnel de même ouverture. Face aux budgets pharaoniques des grands observatoires modernes, l’écart donne le vertige.
Le prix à payer : un seul point du ciel
Cette prouesse technique a un revers évident. Un liquide en rotation ne peut former une parabole parfaite que si son axe reste rigoureusement vertical, sous peine de voir le mercure se répandre hors du bassin. Le nom Zénith vient du fait que le télescope observe toujours le zénith, c’est-à-dire directement au-dessus de lui, car le miroir liquide ne peut pas être incliné, le mercure tomberait du plateau. Impossible donc de pointer une galaxie qui se lève à l’horizon ou une comète qui traverse le ciel en diagonale : le LZT attend, immobile, que la rotation de la Terre fasse défiler les étoiles au-dessus de lui.
Cette contrainte n’empêche pas de faire de la science sérieuse. La rotation de la Terre fait dériver les images sur la caméra, mais ce mouvement est compensé électroniquement, un mode de fonctionnement qui augmente l’efficacité de l’observation et rend le télescope particulièrement sensible aux objets peu lumineux et diffus. Cette technique, appelée balayage par défilement, permet de cartographier une bande de ciel nuit après nuit sans jamais bouger un seul boulon de la structure. C’était d’ailleurs déjà le pari du tout premier prototype de l’équipe, un miroir de 2,65 mètres testé en observant une bande de ciel profond pour y étudier des galaxies lointaines.
Une machine née d’une longue collaboration
Paul Hickson, de l’université de la Colombie-Britannique, et Ermanno Borra ont créé en collaboration les premiers miroirs liquides de classe 3 mètres avant que Hickson et ses collaborateurs n’achèvent le Large Zenith Telescope, doté d’un miroir de 6 mètres tournant à environ 8,5 tours par minute. L’instrument, installé à une altitude de 400 mètres dans les montagnes côtières du sud-ouest de la Colombie-Britannique, a débuté ses observations régulières en octobre 2005. Avec ses six mètres de diamètre, il s’agissait alors du troisième plus grand télescope optique d’Amérique du Nord et du plus grand télescope à miroir liquide au monde.
Une technologie qui a fait des émules, avant de s’éteindre
Le succès du LZT a ouvert la voie à d’autres projets, jusque dans l’Himalaya indien. Le télescope international à miroir liquide (ILMT), situé à Devasthal Peak à 2450 mètres d’altitude, utilise un miroir rotatif de quatre mètres de diamètre recouvert d’un mince film de mercure liquide pour collecter et focaliser la lumière. D’autres projets encore plus ambitieux ont été imaginés dans la foulée : un télescope de huit mètres baptisé ALPACA, ou encore le programme LAMA, qui envisagerait un réseau de 66 télescopes à miroir liquide de 6,15 mètres de diamètre chacun, opérant ensemble pour simuler un instrument bien plus grand. Certains chercheurs sont même allés plus loin, en évoquant la possibilité d’installer un jour un miroir liquide géant sur la Lune, où la faible gravité permettrait des tailles impossibles à atteindre sur Terre.
Le sort du LZT lui-même illustre bien les limites de cette technologie de niche. L’observatoire à miroir liquide de l’UBC a été démantelé à l’été 2016 et n’est plus présent sur site. Après plus d’une décennie de bons et loyaux services scientifiques, la nappe de mercure géante a cessé de tourner. Mais l’héritage reste bien vivant : chaque nouveau projet de miroir liquide, du télescope himalayen aux esquisses d’observatoire lunaire, s’appuie directement sur les données et les solutions techniques mises au point sur cette colline forestière de Maple Ridge, à une heure de route de Vancouver.
Sources : astro-canada.ca | news.uliege.be