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Un oeil sur le ciel
Quarante milles au nord-ouest du MIT dans les bois de Westford, Massachusetts, un virage à peine marqué mène sur un étroit chemin de terre jusqu'à un petit bâtiment blanc. Elle est banale de l'extérieur, à l'exception des deux dômes qui s'élèvent, comme des silos trapus, presque à la hauteur des chênes environnants. À l'intérieur de chaque dôme se trouve un télescope. Lorsque les toits mécaniques de l'observatoire d'astrophysique Wallace sont retirés par temps clair, les astronomes du MIT pratiquent la science de l'étude du ciel nocturne.
Par une nuit froide et sèche de début février, deux de ces observateurs espèrent bonne chance. Il est bien plus de minuit et une température glaciale de 3 °F, et le directeur du site de Wallace, Timothy Brothers et Stephanie Sallum '12, veulent être les premiers astronomes à photographier Quaoar, un objet de mille kilomètres de large situé à un milliard de kilomètres au-delà de Pluton, alors qu'il passe devant d'une étoile. Les frères et Sallum ne sont pas certains de pouvoir repérer Quaoar, qui porte le nom d'un dieu de la création amérindien. Selon les calculs des chercheurs du MIT, il devrait obstruer l'étoile à 5h03 du matin au-dessus de l'océan Atlantique. Ces deux-là font le pari qu'un télescope dans l'est du Massachusetts sera suffisamment proche pour l'attraper.
L'Observatoire Wallace a ouvert ses portes il y a 40 ans cet automne, et un regard sur son histoire - et à travers son journal de bord, qui remonte à 1971 - révèle comment la science de l'observation a évolué avec la technologie. En 1971, les commandes informatiques de Wallace l'ont rendu à la pointe de la technologie ; aujourd'hui, l'équipement de l'observatoire est relativement modeste par rapport aux énormes télescopes dressés dans le ciel dans des installations plus modernes. Mais l'observatoire du MIT a grandi avec le temps, faisant des progrès dans l'enseignement et la recherche. À l'âge de 40 ans, Wallace semble prêt à conserver une place spéciale au MIT bien plus longtemps que ses créateurs ne l'avaient imaginé.
Faible brume, nuages épais dans tout le ciel austral. J'ai appris à jouer au solitaire. Amanda vient de se réveiller.
— Journal de bord de Wallace, 16 juillet 1989, 1 h du matin.
L'installation a l'apparence d'un refuge parfait pour observer les planètes et les étoiles. L'étage compact du bâtiment abrite une salle de données informatiques, une kitchenette, une chambre noire abandonnée et un atelier de réparation de télescopes. Un panneau sur la porte d'une petite pièce contenant des lits superposés indique : CALME S'IL VOUS PLAÎT, ASTRONOME DORMANT. Les objets célestes ne se déplacent pas selon les horaires humains ; lorsqu'il y a un événement astronomique important à observer, son timing dicte les heures de travail. Si un événement doit avoir lieu à trois ou cinq heures du matin, il vaut peut-être mieux sortir ici et dormir quelques heures à l'avance, explique Brothers.
À 2 heures du matin le 11 février, lui et Sallum sont réveillés, se préparant pour leur observation de Quaoar. Ils apportent des collations - du pain aux raisins et à la cannelle et du Nutella - et abaissent le toit pour tester les caméras connectées à leurs télescopes. De telles caméras peuvent prendre des milliers d'images au cours d'une seule nuit pour suivre ce qui se passe dans le cosmos.
Brothers est perché dans le dôme qui abrite le télescope de 16 pouces de l'installation, un instrument en argent froid qui éclipse l'observateur. En haut d'un escalier en colimaçon depuis le bureau principal et à travers une trappe se trouve le plus grand télescope de 24 pouces, utilisé principalement pour la recherche avancée ; il est hors service ce soir pour une mise à niveau du système de contrôle. Les mesures en pouces se réfèrent au diamètre du miroir principal de chaque télescope. Plus le miroir est grand, plus un télescope peut collecter de lumière, ce qui donne une image plus claire du ciel.
Les occultations, qui se produisent lorsqu'un objet céleste comme Quaoar passe devant une étoile brillante, sont une préoccupation fréquente des chercheurs de Wallace. (Ils recherchent aussi souvent des exoplanètes, ou des planètes en dehors de notre système solaire, lorsqu'elles transitent par des étoiles.) Vous ne pouvez pas visualiser clairement ces objets depuis la Terre - ils sont trop petits et trop éloignés, explique Carlos Zuluaga, chercheur associé au département des sciences de la Terre, de l'atmosphère et des planètes (EAPS) qui travaille en étroite collaboration avec l'Observatoire Wallace. Mais en observant la façon dont ils bloquent la lumière de l'étoile, les chercheurs peuvent glaner des informations sur les objets, dont beaucoup sont des vestiges lointains de la formation du système solaire. Tracer combien de temps un objet qui passe comme Quaoar semble étouffer une étoile peut aider les scientifiques à calculer la taille de l'objet.
Cette méthode d'observation est un outil puissant en astronomie, dit Zuluaga : Nous connaissons la taille de Pluton à quelques kilomètres seulement, grâce aux occultations. Il est également possible d'en savoir plus sur les autres propriétés d'un objet planétaire, par exemple, s'il a une atmosphère. Si la lumière d'une étoile chute brusquement lorsqu'un objet passe devant elle, les astronomes prédisent que l'objet n'a pas d'atmosphère. Mais si la luminosité de l'étoile s'estompe plus progressivement, une atmosphère pourrait réfracter la lumière.
Les choses qui existent sont pratiquement inchangées, préservées depuis le début du système solaire, dit Zuluaga. Cela signifie qu'il peut fournir des indices sur les origines de la Terre.
Depuis son bureau du Green Building sur le campus, Zuluaga utilise des mathématiques précises pour prédire quand des occultations se produiront, vérifiant soigneusement la position d'une étoile par rapport à l'orbite d'un objet. Avec un logiciel écrit par des astronomes du MIT, il ajuste et affine la position probable d'une étoile donnée, en utilisant les coordonnées des autres autour d'elle comme référence. Vous utilisez des étoiles dont les positions sont mieux connues que celle que nous suivons, explique-t-il.
L'autre partie du travail de Zuluaga consiste à déterminer l'emplacement idéal pour qu'un astronome puisse observer une occultation. Souvent, un événement peut n'être visible que depuis, par exemple, la Nouvelle-Zélande ou le Mexique. Dans ces cas, le MIT pourrait envoyer un petit groupe d'observateurs pour utiliser les télescopes d'une autre institution. Cette année, le MIT a envoyé un groupe d'astronomes de Wallace en Alaska pour la première fois : Varuna, un objet dans la ceinture de Kuiper de corps planétaires gelés à la périphérie du système solaire, devait obstruer une étoile. Lors de ces expéditions, tout le travail effectué pour préparer le voyage, affiner les prévisions et calibrer l'équipement culmine dans une fenêtre cruciale d'une demi-heure. Vous devez attendre que cette nuit se produise, dit Brothers. La majeure partie du temps d'un astronome est consacrée à la préparation de la capture d'un seul instant.
Le responsable du site de Wallace, Tim Brothers, est sur le point d'entraîner le télescope de 16 pouces de l'observatoire sur Pluton alors que Sarah Leu '14 se prépare à prendre des images à l'aide d'un appareil photo de 14 pouces. Ils fonctionnent à la lumière rouge afin que leurs yeux s'adaptent facilement à l'obscurité lorsqu'ils sortent pour surveiller les conditions du ciel ou pour regarder à travers l'oculaire du télescope.
Besoin de développer un moteur de cloud.
—23 septembre 1997, 02h30
Au cours de cette brève fenêtre, il est crucial que rien ne se passe mal. Mais souvent, les choses se passent : une panne de courant, un pépin technologique, le mauvais temps. Les astronomes doivent toujours être préparés à la possibilité qu'une observation n'aboutisse à aucune donnée.
Avant le voyage en Alaska, Amanda Zangari, candidate au doctorat à l'EAPS, a passé des heures à tester l'équipement du MIT pour s'assurer qu'il résisterait aux conditions météorologiques qui font geler et casser les fils en deux. Elle a acheté une paire de bottes militaires de six livres pour un froid extrême et a fait des graphiques pour étudier à quoi ressemblerait le ciel du nord.
Après un voyage entaché d'un vol annulé et d'un bagage enregistré de matériel photo arrivé en retard, le disque dur de l'ordinateur de Zangari ne démarrait pas par temps froid. Elle l'a apporté à l'intérieur pour se réchauffer, a mis l'ordinateur en marche et était enfin prête à observer. Mais de gros nuages cette nuit-là ont rendu Varuna invisible. Zangari et ses collègues sont rentrés les mains vides. Il y a un pincement au cœur quand cela arrive, dit-elle, mais elle y est habituée maintenant. La seule chose que vous puissiez faire, dit-elle, est de vous assurer que tout était prêt, que vous étiez dans la bonne partie du ciel si les étoiles avaient été disponibles.
De retour à Wallace, dans les heures qui ont précédé l'occultation de Quaoar, Brothers et Sallum remarquent un problème avec le télescope de 16 pouces : il fait si froid que l'obturateur de l'appareil photo est gelé. Ils essuient la condensation et branchent des sangles Velcro chauffées appelées réchauffeurs de rosée pour réchauffer l'appareil photo. Rien ne fonctionne.
Sallum, un major de l'EAPS, n'a jamais vu d'occultation auparavant. Elle a quitté le campus avec deux amis (des diplômés en ingénierie qui se sont depuis endormis dans la chambre avec lits superposés) et croise les doigts pour qu'elle puisse voir les résultats.
Mais le matériel manque. C'est la même semaine que le voyage en Alaska, et Brothers a envoyé les caméras les plus avancées de l'observatoire avec l'équipe dans le nord. Les obturateurs de toutes les caméras à grande vitesse restantes sont gelés. Avec une heure avant l'occultation, ils doivent trouver une autre option, rapidement.
Les seuls autres appareils photo disponibles sont des modèles de qualité inférieure généralement utilisés pour les cours d'introduction à l'astronomie. N'ayant pas le temps de transférer l'un d'eux vers le plus grand télescope, ils devront enregistrer l'occultation de l'un des petits télescopes de 14 pouces dans le hangar d'enseignement de l'observatoire. C'était un appel serré, dit Brothers. Nous avons juste tenté notre chance.
Une brume très fine apparente des images d'étoiles floues… Si la méthode fonctionne comme je pense qu'elle devrait le faire, alors une recherche de… variables d'amplitude parmi les supergéantes BO [bleues] dans l'amas sera effectuée.
—1er septembre 1971, 02h00
Depuis son ouverture en 1971, l'Observatoire Wallace s'est concentré à la fois sur la recherche et l'enseignement. Nous dépendons beaucoup du travail et du temps des étudiants pour obtenir nos résultats, et en même temps nous leur enseignons comment faire la recherche, explique Michael Person '94, SM '01, PhD '06, directeur associé de l'observatoire. Jim Elliot a longtemps soutenu les étudiants impliqués dans la recherche, a déclaré Person à propos du directeur vénéré de l'observatoire, James Elliot '65, SM '65, qui a dirigé l'observatoire Wallace pendant plus de 30 ans avant sa mort en mars. La première chose qu'il voulait que je fasse après avoir terminé mon doctorat était de mettre en place un vaste programme d'été et d'avoir une demi-douzaine d'étudiants à Wallace chaque nuit claire.
L'une des principales contributions d'Elliot a été la création de deux classes d'observation au MIT. Une classe se concentre sur la recherche intensive, tandis que l'autre enseigne les bases de la configuration des télescopes. Les élèves commencent par aligner leur télescope avec l'étoile polaire, puis l'installent pour qu'il se déplace en fonction de la rotation de la Terre. Ils utilisent la caméra attachée à chaque télescope pour prendre des expositions des amas d'étoiles qu'ils voient.
Un écran d'ordinateur permet aux observateurs de contrôler et de suivre la position du télescope de 16 pouces de Wallace et de visualiser des images d'objets célestes capturés par la caméra du télescope. Une carte du ciel nocturne apparaît dans le coin supérieur gauche ; cliquer sur une étoile ajuste le télescope robotique pour qu'il pointe dans cette direction. Le programme de contrôle de la caméra et du spectrographe se trouve en haut à droite. Le bas de l'écran montre une image prise à Wallace de M27, également connue sous le nom de nébuleuse de l'haltère (à gauche), et les raies spectrales de la nébuleuse de l'anneau (à droite), qui aident les chercheurs à déterminer sa composition chimique. C'est intéressant pour les astronomes car notre soleil finira par évoluer vers un objet similaire, explique Brothers.
L'idée de former la prochaine génération d'astronomes a conduit à la proposition initiale d'un observatoire du MIT. Les étudiants ont commencé à développer un intérêt plus vif pour l'astronomie dans les années 1960, lorsque le programme Apollo a décollé. Après que Neil Armstrong et Buzz Aldrin, ScD '63, aient marché sur la lune à l'été 1969, le nombre d'inscriptions aux cours d'astronomie du MIT a grimpé à 425 au cours de l'année scolaire 1969-1970, contre seulement 22 deux ans plus tôt. Les étudiants ont dû emprunter du temps sur les télescopes d'autres institutions, ce qui a entraîné de longues listes d'attente. Le MIT avait besoin de ses propres installations.
À l'époque, les astronomes du MIT étaient déjà connus pour leurs recherches en radioastronomie. Plusieurs membres du corps professoral avaient fait des découvertes clés en étudiant le rayonnement invisible. En 1955, le professeur de physique Bernard Burke '50, PhD '53, faisait partie d'une équipe qui a trouvé des émissions radio de Jupiter; en 1962, son collègue Bruno Rossi a co-découvert la première source de rayons X célestes. Le président du MIT, Howard W. Johnson, a vu un excellent potentiel pour l'école de faire des progrès similaires en astronomie optique.
Une fois que l'idée d'un observatoire astrophysique a gagné du terrain, l'observatoire lui-même avait besoin d'un site. Cependant, n'importe quelle terre ne ferait pas l'affaire. Il devait être près d'une autoroute principale pour un accès facile, suffisamment loin des lumières de la ville pour fournir un ciel nocturne sombre pour l'observation, et de préférence suffisamment loin à l'intérieur des terres pour éviter le brouillard caractéristique de Boston. Après avoir rejeté des sites potentiels dans le port de Boston, le New Hampshire et le Connecticut, le comité de planification a choisi Westford, près de l'observatoire radio du MIT sur Haystack Mountain.
George Rodney Wallace Jr. '13, un résident de la ville voisine de Fitchburg, a proposé de prendre en charge une grande partie du coût de construction de près de 400 000 $. Président d'une entreprise de papier qui avait fait des études de génie chimique, Wallace collectionnait les voitures anciennes et adorait l'astronomie. Il avait 82 ans lorsque l'Observatoire d'astrophysique George R. Wallace Jr. a été inauguré à l'automne 1971.
Depuis la dernière fois que quelqu'un a écrit ici, l'atmosphère de Pluton a été découverte par… Jim Elliot '65, et les Sox ont fait exploser une autre série mondiale (c'était '86).
—15 juillet 1989 (après une interruption de trois ans dans les inscriptions)
Au cours des quatre décennies d'exploitation de Wallace, les scientifiques formés là-bas ont réalisé plusieurs premières, y compris la première occultation prédite et observée avec précision d'un objet de la ceinture de Kuiper (autre que Pluton).
Brothers et Sallum visent une autre première avec l'observation de Quaoar. Une demi-heure avant l'occultation, ils évaluent l'angle de leur télescope, essayant de faire correspondre la section du ciel qu'il capture avec les coordonnées que Quaoar traversera. C'est, comme l'appelle Sallum, une expérience qui accélère le pouls. Ils ont du mal à identifier le terrain ; Sallum est toujours à la recherche de motifs qu'elle reconnaît à 4h45. Lorsque l'horloge indique 4:50 – 13 minutes plus tard – ils font un acte de foi. Ils se rendent compte qu'ils vont juste devoir commencer.
Une fois que les observateurs à Wallace ont positionné le télescope et programmé la caméra, ils peuvent voir le flux d'images en direct d'un ordinateur à l'intérieur. Avec des doigts glacés, Brothers et Sallum positionnent le télescope et le connectent à l'appareil photo, qu'ils ont déjà programmé pour prendre une exposition toutes les 10 secondes. Puis ils se précipitent pour regarder.
A l'intérieur, l'ambiance est assez tendue, selon Sallum. À 5h02, ils commencent à regarder attentivement. L'occultation devrait se produire à 5h03, mais 60 secondes s'écoulent sans aucune activité à l'écran. Peut-être que le télescope n'est pas correctement aligné après tout. Les frères et Sallum gardent les yeux sur l'étoile, sirotent des boissons chaudes et surveillent tout signe qu'elle s'estompe.
A 5h04, l'étoile disparaît. Dix secondes plus tard, il est de retour, sombre et sombre. Sallum retient son souffle. Dix secondes plus tard, l'étoile brille à nouveau.
Mais Brothers et Sallum ne sont pas encore prêts à déclarer la victoire. Nous étions tous les deux assez excités, mais après avoir passé une si terrible nuit avec du matériel, nous ne voulions pas sauter le pas et penser que nous l'avions réellement vu avant de le savoir, dira Sallum plus tard.
Alors qu'ils rentrent à Boston au lever du soleil, Sallum est plein d'espoir. Il faudra quelques jours pour analyser les courbes lumineuses de l'étoile et déterminer si elle et ses frères avaient vraiment vu l'occultation. En fin de compte, leurs instincts avaient raison : Quaoar avait occulté une étoile, et Brothers et Sallum l'avaient filmée.
un st L'occultation du quaoar jamais !
—11 février 2011
Les chercheurs de Wallace sont particulièrement fiers d'avoir fait une découverte aussi importante à partir d'un établissement d'enseignement relativement petit. Après tout, d'autres observatoires possèdent des instruments bien plus impressionnants : les miroirs du Very Large Telescope (VLT) de l'Observatoire européen austral (VLT) au Chili sont environ 13 fois plus grands que ceux du plus grand télescope de Wallace.
Nous avons obtenu les premières données d'occultation de cet objet sur notre propre terrain, dit Person, ajoutant que les chercheurs ont présenté leurs découvertes lors de la réunion de l'American Astronomical Society de cette année. L'un des hommages à Wallace est que nous pouvons faire de la science sérieuse avec des moyens modestes et un équipement plus petit.
L'équipement de Wallace est peut-être modeste par rapport aux normes actuelles, mais il s'agit d'une amélioration remarquable par rapport à ce avec quoi l'installation a commencé. En 1971, les contrôles informatisés étaient considérés comme révolutionnaires. En effet, l'ordinateur contrôlant le télescope de 24 pouces de Wallace l'a rendu 10 fois plus efficace pour un suivi précis que les télescopes guidés manuellement. Le comité de planification a écrit que grâce à cette technologie, l'observatoire se classerait parmi les installations les plus modernes de ce type au monde.
Depuis lors, le matériel informatique est devenu beaucoup plus petit et plus fiable. L'hiver dernier, les scientifiques de Wallace ont conçu de nouvelles commandes robotiques pour le grand télescope. Le nouveau système permettra au télescope de s'auto-corriger et de suivre le mouvement d'un objet planétaire de manière pratiquement indépendante. Cela nous amènera vraiment dans le siècle actuel, dit Brothers. Le système permet également des expositions plus longues, laissant entrer plus de lumière et fournissant des données plus claires.
Vu OVNI
—2 décembre 1997, 20h45
Agréable t ry
—2 décembre 1997, 23h30
Certaines choses n'ont pas changé, comme l'humour et la camaraderie qui accompagnent le travail au milieu de la nuit. Et la pratique de l'astronomie continue d'être soumise au hasard. En mai, des chercheurs qui ont tenté de repérer une occultation de Pluton depuis Wallace ont été contrecarrés par des nuages d'orage. Mais les groupes du Vermont et du Maryland à ciel clair ont eu un bon aperçu.
L'événement s'est produit, à peu près là où nous l'avions prévu, dit Brothers. C'est un triomphe en soi, explique-t-il : il est très important que nous sachions que nos prédictions sont exactes.
C'est particulièrement important parce que Brothers, Person et d'autres astronomes du MIT voyagent jusqu'en Thaïlande et en Australie sur la base de leurs prédictions - et l'accès à de plus grands télescopes pour des événements importants dépend également de leur précision. Plusieurs groupes se disputent généralement les mêmes télescopes dans les mêmes zones les mêmes nuits ; il est important de soumettre des propositions précises pour avoir une chance. Nous essayons de rester au courant des événements. C'est une affaire très acharnée, dit Zuluaga en plaisantant à moitié. Il regarde un an à l'avance pour déterminer quelles occultations vaudront la peine d'être poursuivies. Il y a presque une petite fierté commune à obtenir un bon télescope pour un événement majeur, dit-il. Avoir leur propre observatoire à Westford s'avère un grand avantage pour les événements observables depuis la Nouvelle-Angleterre.
L'observatoire Wallace devait à l'origine durer 50 ans, mais alors qu'il fête ses 40 ans, il ne montre aucun signe que son temps est presque écoulé. Nous avons de nouveaux équipements, plus de systèmes de contrôle et nous commençons à nous intéresser encore plus aux cours, dit Brothers. Le plan, dit Person, est de continuer à s'étendre et à croître au-delà de la durée de vie imaginée à l'origine. Nous ne commençons aucun compte à rebours de 10 ans jusqu'à la fin, dit-il. À mesure que les télescopes sont remis à neuf, que les caméras sont améliorées et que des découvertes importantes continuent d'arriver, Wallace reste un chef de file dans la recherche étudiante en astronomie. Comme Brothers le dit, je pense que nous avons un joyau caché ici.