Les débuts de la radioastronomie

La radioastronomie n’est apparue qu’après les premiers travaux sur la radio-électricité et sur l’étude des ondes électromagnétiques à la fin du 19è siècle, mais ne s’est vraiment développée qu’au milieu du siècle dernier à partir des travaux sur les radars pendant la seconde guerre mondiale.

En 1889, Heinrich Hertz découvre la nature des ondes radioélectriques, à savoir qu'elles se propagent en ligne droite dans le vide, à la vitesse de la lumière, tout comme les ondes visibles du rayonnement électromagnétique.

À partir de 1895, des astronomes comme Sir Oliver Lodge en Angleterre et Henri Deslandres en France ont également l'intuition que le Soleil devrait émettre des ondes radioélectriques.Après quelques essais infructueux ceux-ci furent définitivement abandonnés lorsqu'à partir des lois de Planck, on estima en 1902 que le rayonnement émis par le Soleil était proche d'un rayonnement thermique de 5 800 K et qu'il était par conséquent inutile de chercher à faire des observations dans le domaine des ondes radio, où l'intensité du flux émis était bien trop faible (le maximum de flux étant situé dans le visible) !

La dernière tentative connue est en 1901 celle du Français Charles Nordmann étudiant à l'Observatoire de Nice, sur le glacier des Bossons au Mont Blanc pour rechercher les ondes hertziennes provenant du Soleil, avec une antenne de 175 m de long, les résultats furent négatifs car malheureusement, à cette époque (tout début du XXème siècle) on ne dispose pas encore d'instruments capables d'effectuer de telles recherches. La technique radio est à son début, c'est pourquoi les appareils comme le radioconducteur (ou cohéreur à limaille de Branly ) permettant la réception des signaux téléphoniques sans fil, puis ensuite les détecteurs à galène ne sont pas assez sensibles pour capter des ondes venant du Soleil. Ces chercheurs ne connaissaient que peu de chose des lois de la propagation des ondes radio dans l'atmosphère et de la théorie des antennes. L’existence de l’ionosphère qui empêche la propagation des ondes hectométriques et kilométriques était alors inconnue. De nombreuses tentatives de réception de ces "ondes solaires" se soldèrent par des échecs.

La première observation radioastronomique a été faite accidentellement par Karl Jansky aux États-Unis en 1933. Les antennes utilisées par Jansky étaient simplement des dipôles, des fils électriques tendus. Il cherchait à éliminer le bruit de fond d’un récepteur de radio dans le domaine des ondes décamétriques. Jansky trouvait le bruit de fond plus intense que le calcul ne le prévoyait. Après avoir éliminé toutes sortes de sources possibles, il ne restait plus qu’une seule explication : un rayonnement radioélectrique provenait de l’espace. Il a remarqué que le bruit capté était variable au cours de la journée et, mesurant la période de cette variation, il a trouvé 23 h 56 mn. On reconnait la période sidérale de rotation de la Terre, ce qui montre que le surcroît de bruit n’était pas lié à la Terre, mais à l’espace extérieur. Vers 1935, en utilisant des antennes directrices (longueur d’onde de 14,5m), Jansky a montré que le rayonnement était plus intense vers la Voie Lactée, et particulièrement dans la direction du Sagittaire. Karl Jansky est donc le découvreur des ondes radio cosmiques. Il sera ensuite reconnu comme le véritable fondateur de la radioastronomie et plus tard son nom sera donné à l’unité fondamentale de puissance en radioastronomie : le jansky.

En 1942, un ingénieur radio anglais, Hey, travaillant sur des radars, remarque le brouillage des écrans par une émission de nature inconnue et constate que le brouillage est particulièrement élevé quand les appareils sont dirigés vers le Soleil, ce qui le conduit à la conclusion que seul le Soleil pouvait émettre une source aussi puissante (application aux « contre-mesures » par la RAF pendant la guerre). Cette décennie marque le vrai départ de la radioastronomie. Le radar a été inventé et utilisé lors de la seconde guerre mondiale. A la fin de celle-ci, certains appareils ne servant plus ont été récupérés par des astronomes pour constituer des paraboles réceptrices à peu de frais. Ce sont les ancêtres des radiotélescopes.

En 1945, Groote Reber (USA), a construit lui-même une antenne à miroir parabolique de 9 m de diamètre. Le miroir renvoie les ondes vers son foyer, où est placée l’antenne réceptrice. Il a établi, à la longueur d’onde de 1,87 m, la première carte du ciel montrant les isophotes de la Voie Lactée.

Premier radiotélescope, de Groote Reber...
Ce radiotélescope a été transporté à Green Bank
en Virginie, où il est aujourd’hui visible.

En 1951 aux USA, Harold Ewen et Edward Purcell détectent la raie 21 cm de l‘hydrogène neutre dans la voie lactée avec une antenne cornet (Green Bank, NRAO, USA).

En 1963, Arno Penzias et William Wilson aux Bell telephone Labs (USA) découvrent le rayonnement fossile du Big Bang prévu par George Gamov en essayant d'éliminer un bruit de fond dans leur équipement de transmission à 2,39 GHz.

Quelques fréquences utilisées en radioastronomie :

L’UIT, organisme de l’ONU, est chargée de la réglementation et de la planification des télécommunications dans le monde. Elle gère l’attribution des bandes de fréquences radioélectriques.

Quelques dates importantes en radio-astronomie