Comment fonctionne un télescope infrarouge ?

Les télescopes infrarouges utilisent fondamentalement les mêmes composants et suivent les mêmes principes que les télescopes à lumière visible; à savoir, une certaine combinaison de lentilles et de miroirs rassemble et concentre le rayonnement sur un ou plusieurs détecteurs, dont les données sont traduites par ordinateur en informations utiles. Les détecteurs sont généralement un ensemble d'appareils numériques spécialisés à l'état solide: le matériau le plus couramment utilisé pour ceux-ci est l'alliage supraconducteur HgCdTe (tellurure de mercure et de cadmium). Pour éviter la contamination par les sources de chaleur environnantes, les détecteurs doivent être refroidis par un cryogène tel que l'azote liquide ou l'hélium à des températures proches du zéro absolu; le télescope spatial Spitzer, qui lors de son lancement en 2003 était le plus grand télescope infrarouge jamais basé dans l'espace, est refroidi à -273 C et suit une orbite héliocentrique innovante qui suit la Terre grâce à laquelle il évite la chaleur réfléchie et indigène de la Terre.

La vapeur d'eau dans l'atmosphère terrestre absorbe la plupart des rayonnements infrarouges de l'espace, de sorte que les télescopes infrarouges au sol doivent être situés à haute altitude et dans un environnement sec pour être efficaces; les observatoires de Mauna Kea, à Hawaï, sont à une altitude de 4205 m. Les effets atmosphériques sont réduits en montant des télescopes sur des avions volant à haute altitude, une technique utilisée avec succès sur l'observatoire aéroporté de Kuiper (KAO), qui a fonctionné de 1974 à 1995. Les effets de la vapeur d'eau atmosphérique sont, bien entendu, complètement éliminés dans les télescopes spatiaux; comme pour les télescopes optiques, l'espace est l'endroit idéal pour faire des observations astronomiques infrarouges. Le premier télescope infrarouge orbital, le satellite d'astronomie infrarouge (IRAS), lancé en 1983, a augmenté le catalogue astronomique connu d'environ 70 %.

Les télescopes infrarouges peuvent détecter des objets trop froids et donc trop faibles pour être observés en lumière visible, comme les planètes, certaines nébuleuses et les étoiles naines brunes. De plus, le rayonnement infrarouge a des longueurs d'onde plus longues que la lumière visible, ce qui signifie qu'il peut traverser le gaz et la poussière astronomiques sans être dispersé. Ainsi, les objets et les zones obscurcies dans le spectre visible, y compris le centre de la Voie lactée, peuvent être observés dans l'infrarouge.

L'expansion continue de l'univers entraîne le phénomène de décalage vers le rouge, qui fait que le rayonnement d'un objet stellaire a des longueurs d'onde progressivement plus longues à mesure que l'objet est éloigné de la Terre. Ainsi, au moment où il atteint la Terre, une grande partie de la lumière visible provenant d'objets distants s'est déplacée dans l'infrarouge et peut être détectée par des télescopes infrarouges. Venant de sources très éloignées, ce rayonnement a mis tellement de temps à atteindre la Terre qu'il a été émis pour la première fois dans l'univers primitif et donne ainsi un aperçu de cette période vitale de l'astronomie l'histoire.