Née de ses débuts en tant qu'amateur dans l'arrière-cour des ingénieurs radio, la radioastronomie est désormais au centre de consortiums internationaux d'élite. Emma Chapman décrit comment le sujet s'est développé et pourquoi il doit trouver un équilibre subtil entre ses racines scientifiques et techniques
J'ai beaucoup réfléchi à mon identité ces derniers temps. Quand quelqu'un me demande ce que je fais, je me décris comme un radioastronome, un cosmologue ou un astrophysicien – selon mon humeur et à qui je parle. Mais je n’ai jamais vraiment senti que j’appartenais pleinement à aucune de ces options. Il me semblait que ma recherche des premières étoiles à l’aide de données radio ne cadrait pas vraiment avec les discussions tendues des cosmologistes sur les paradigmes inflationnistes et l’énergie noire. De même, lorsque je visitais des radiotélescopes, le jargon des « récepteurs » et des « gains » me traversait la tête.
« Radioastronome » est une expression curieuse, car on entend rarement des scientifiques s'attacher aussi étroitement à une autre longueur d'onde. Je n'ai jamais entendu l'expression « astronome des rayons gamma », par exemple. Mais après avoir rendu visite à des groupes de radioastronomes amateurs au cours de la dernière année, j'ai réalisé que je n'avais pas encore les compétences nécessaires pour me qualifier de véritable « radioastronome ». Ce label est un insigne d’honneur que l’on ne peut pas obtenir simplement en utilisant les données recueillies par les radiotélescopes.
Je suis un membre actif du Observatoire Square Kilometre Array (SKAO), un radiotélescope international actuellement en construction en Afrique du Sud et en Australie occidentale. Bien que le siège du projet soit l'observatoire Jodrell Bank au Royaume-Uni, le SKAO est un projet mondial avec des partenariats s'étendant de l'Australie, de la Chine, de l'Italie et des Pays-Bas au Portugal, à l'Afrique du Sud, à l'Espagne, à la Suisse et au Royaume-Uni.
Astronome contre ingénieur
Selon l'astrophysicien Philip Diamond, directeur général du SKAO, les appels et les réunions du projet s'étendent souvent sur une vingtaine de fuseaux horaires. Avec un observatoire aussi mondial et aussi peuplé, il n’est pas surprenant que bon nombre des personnes qui gèrent le projet SKA soient issues du monde des affaires. Diamond a plaisanté un jour en disant que certains n’auraient même jamais touché un télescope. Mais ce n'est pas une mauvaise chose : ils ne sont pas là pour leur amour des stars. Ils sont là parce qu'ils savent comment faire prospérer des entreprises complexes, afin que l'utilisateur final (comme moi) dispose de données de grande qualité qui lui parviennent à temps.
Diamond a sans aucun doute mérité le badge de « radioastronome » – en effet, son doctorat porte sur le sujet et sa carrière l’a amené à travailler dans la plupart des principales installations radio du monde. En lui parlant, il est clair qu’il aime autant les instruments que la science qu’ils permettent. Plus bas dans la hiérarchie, tout le monde n’est pas aussi largement placé. Il existe une division explicite entre astronomes et ingénieurs, à quelques exceptions près.
Les deux consortiums, ingénierie et science, organisent même des conférences séparées, même si je ne pense pas que quiconque testerait vos compétences en soudure lors de la rencontre d'ingénierie pour vous accorder l'entrée. Même si j'ai assisté à une conférence d'ingénierie il y a de nombreuses années, je suis fermement ancré dans le camp scientifique et je peux vous le dire : parfois, cette division ressemble davantage à un gouffre. Les ingénieurs déplorent les scientifiques qui en demandent trop et qui ne comprennent pas les limites de la technologie. Pendant ce temps, lors des conférences scientifiques, les scientifiques désespèrent bruyamment de tout changement d'antenne qui diminue leurs propres objectifs scientifiques, se plaignant que les ingénieurs ne comprennent pas le potentiel scientifique qui s'en va.
Ces conversations ne sont pas propres au SKA, mais elles sont prononcées en raison de l’ampleur de la collaboration. La grande majorité des chercheurs impliqués sont basés dans leurs universités et entreprises du monde entier, et non dans un endroit où ils pourraient avoir la chance de se rencontrer et de réduire le tribalisme.
À bien des égards, nous assistons à un retour à la radioastronomie à ses racines, qui ont commencé par un mariage difficile entre l’astronomie et l’ingénierie électrique. Il a fallu du temps aux scientifiques de ces deux domaines pour apprendre à cohabiter et à enseigner à leurs descendants universitaires – mais les universités ont finalement produit des radioastronomes prêts à l’emploi qui ont créé les grandes installations radio des années 1960 et au-delà.
Racines récréatives
La radioastronomie a été lancée par Karl Jansky, ingénieur des Bell Labs et les scientifiques britanniques James Stanley Salut ainsi que le Bernard Lovell (voir encadrés ci-dessous). Leurs premières découvertes n’ont été possibles que grâce à la collaboration d’ingénieurs électriciens, d’astronomes et d’amateurs. Mais alors que la radioastronomie à grande échelle devient de plus en plus une collaboration entre deux fortes spécialisations – les ingénieurs d’un côté et les scientifiques de l’autre – qu’en est-il des amateurs touche-à-tout ? Y a-t-il encore de la place pour le groupe qui a joué un rôle si essentiel dans la genèse du domaine ?
Karl Jansky : l'ingénieur
En 1928, Karl Jansky était ingénieur Bell Labs aux États-Unis, où son travail consistait à réduire les crépitements gênants sur le neufs service radiotéléphonique transatlantique qui coûte 25 dollars la minute (400 dollars aujourd'hui). La plupart des bruits qu'il a détectés étaient dus à des perturbations locales – telles que des orages – mais il y avait un sifflement moindre et continu dans ses écouteurs qu'il ne parvenait pas à localiser. Mettant à profit ses compétences en ingénierie, Jansky a construit son « Merry-go-Round », un arrangement de boucles de fil rectangulaires de 30 m de large qui, ensemble, servaient d'antenne, le tout placé sur des roues Ford Model T recyclées. Après tout, c’était pendant la Grande Dépression et l’argent était rare.
S'ensuivit une année frustrante, au cours de laquelle Jansky poursuivit le sifflement à travers le ciel, au début convaincu qu'il venait du Soleil. Mais en 1932, il réalisa finalement que la véritable source était le centre de notre galaxie. Jansky n’est pas arrivé seul à cette conclusion. La prise de conscience n'est apparue que lorsqu'un collègue astronome a suggéré de tracer ensemble les données de l'année entière, et qu'un décalage quotidien de 4 minutes s'est résolu d'eux-mêmes : le temps sidéral exact (temps déterminé par les mouvements quotidiens apparents des étoiles) que vous voyez dans les objets en dehors du soleil. système. Malheureusement, comme les Bell Labs n’étaient pas impliqués dans la radioastronomie, Jansky n’a pas poursuivi cette découverte – mais ses recherches ont été poursuivies par l’astronome amateur Grote Reber.
Grote Reber : la première radioastronome
Pendant plusieurs années après la découverte de Jansky en 1932, il y avait un seul radioastronome dans le monde entier, et c'était un amateur avec une réputation d'excentrique. Grote Reber, un jeune ingénieur américain qui travaillait pour un fabricant d'équipements radio à Chicago, avait dévoré la littérature d'avant-guerre de Jansky et contacté divers départements universitaires pour leur demander quand ils donneraient suite à cette découverte manifestement importante. Il a été rejeté à plusieurs reprises et finalement, lassé du manque de respect des astronomes professionnels, il a décidé en 1936 de construire un radiotélescope dans le jardin de sa mère.
Grâce à ses compétences d'ingénieur radio, Reber a élaboré la meilleure forme pour l'antenne parabolique (une parabole qui servirait de modèle à la plupart des futures antennes paraboliques). Il a ensuite retiré un été de congé et un an de salaire de la banque et a construit une antenne parabolique de 9.6 m. Les voisins craignaient que cela puisse changer la météo, les pilotes ont changé d'itinéraire pour l'éviter et les écoliers l'ont utilisé comme portique d'escalade lorsqu'il ne regardait pas.
Reber, sans se laisser décourager, confirma d'abord les expériences de Jansky, puis cartographia l'ensemble du ciel radio au début des années 1940, découvrant première galaxie radio, Cygnus A. Il a également réalisé certaines des premières mesures radio solaires, alors que les astronomes professionnels commençaient tout juste à prendre conscience du potentiel de la radioastronomie suite à la déclassification des documents après la Seconde Guerre mondiale. À mesure que les résultats de Reber (et plus tard ceux de James Stanley Hey et Bernard Lovell) devenaient plus connus, on se précipita pour observer le ciel radio.
Ceux qui avaient une formation en physique pouvaient fabriquer l'équipement mais n'avaient aucune idée de ce qu'ils détectaient. Pendant ce temps, les astronomes savaient ce qu’ils voulaient observer, mais ne parvenaient pas à comprendre l’ingénierie électrique. Au cours de ces premières années, les universitaires ne pouvaient offrir que la moitié des compétences d’un véritable radioastronome : ils pouvaient comprendre l’expérience ou comprendre les résultats. Reber semblait être la seule personne capable de faire les deux. Seul, dans le jardin de sa mère, Reber fut le premier radioastronome, amateur ou professionnel, et le resta pendant plus d'une décennie.
James Stanley Hey : le professeur
En 1942, le réseau de défense radar de la Royal Air Force britannique (RAF) tomba en panne pendant deux jours. Le physicien James Stanley Hey s'est retrouvé chargé de déterminer pourquoi l'échec s'est produit. Il avait été retiré de l'enseignement de la physique à la Burnley Grammar School dans le Lancashire au début de la Seconde Guerre mondiale, lorsqu'il rejoignit l'armée. Groupe de recherche sur les opérations de l'armée. Hey avait reçu un bref briefing d'ingénierie radio et avait été chargé d'une équipe chargée d'améliorer le radar des canons anti-aériens. En croisant le moment et l'étendue de la panne de chaque station radar, Hey a déterminé que la source de la panne radar était le Soleil.
S'il avait été astronome, Hey aurait été perplexe, car la plupart des astronomes de l'époque savaient que les tentatives de détection des ondes radio solaires n'avaient eu que des échecs. Même Thomas Edison n’y était pas parvenu. En tant que professeur de physique, Hey n’avait cependant pas de telles idées préconçues et admettait volontiers sa propre ignorance. Il est même allé jusqu'à appeler le Observatoire royal de Greenwich pour demander si quelque chose n'allait pas avec le Soleil. Il se trouve que c’est effectivement le cas, comme l’ont confirmé les astronomes de Greenwich. En effet, Hey a découvert que pendant la fenêtre exacte, les stations radar se sont retrouvées submergées de bruit, une monstrueuse tache solaire s'était épanouie sur la surface du Soleil.
À l'époque, la RAF devait être heureuse que la source ne soit pas une nouvelle technologie de brouillage allemande et reconnaissante qu'il n'y ait pas eu de raid alors que les défenses étaient aveugles. Après la guerre, ses travaux étant déclassifiés, Hey commença à donner des conférences, mais la communauté astronomique n'était pas tendre. Qui était cet homme, enseignant en plus, pour leur dire que le Soleil émettait des ondes radio ? Ridicule!
Heureusement, sa justification est venue rapidement quand, en 1946, une autre tache solaire gigantesque a traversé le disque solaire et a produit la même interférence. À ce stade, la radioastronomie était devenue une profession sérieuse dans le monde entier, et Hey et d'autres physiciens (dont Bernard Lovell) ont récupéré les équipements radar désaffectés du temps de guerre et ont construit leurs propres appareils d'écoute. Cette fois, cependant, ils n’étaient pas dirigés vers les avions ennemis, mais vers les étoiles.
Bernard Lovell : le physicien
Lorsque la Seconde Guerre mondiale éclata en 1939, Bernard Lovell était chercheur à l'Université de Manchester, au Royaume-Uni, où il visualisait les traces de particules ionisantes à travers la vapeur dans une chambre à nuages. Lovell avait été recruté pour développer des unités radar portables, mais elles souffraient d'une source d'interférences embêtante. Finalement, les faux signaux ont été attribués à des pluies de particules interagissant avec l’ionosphère et créant des ondes radio émettrices – une découverte fortuite pour Lovell. Après avoir lutté avec les chambres à nuages de table, il s'est rendu compte qu'il pouvait compter sur l'atmosphère terrestre à la fois comme accélérateur de particules et comme chambre à nuages.
Après la guerre, Lovell et d'autres – dont son collègue de guerre James Hey – ont « sauvé » du matériel radar désaffecté et l'ont installé dans les champs d'un petit avant-poste de l'Université de Manchester, à Banque Jodrell. L'endroit calme aurait dû signifier qu'il entendait le ping du radar détectant les traînées d'une pluie de particules une fois par heure. Mais, à sa grande surprise, il entendit une cacophonie. Hey a suggéré que les signaux de Lovell pourraient plutôt être dus à l'entrée d'une roche spatiale dans l'atmosphère terrestre. Les traînées ionisées laissées par ces météores refléteraient les signaux radio, révélant leur position.
Lovell, qui n'était en aucun cas qualifié pour réfléchir aux météores, s'est vite rendu compte que les astronomes professionnels n'avaient ni le temps ni l'envie d'utiliser leurs précieux télescopes pour les étudier. Ils ont laissé cette affaire aux amateurs. Et c'est ainsi que Lovell a convaincu Manning-Prentice – avocat le jour, astronome amateur la nuit – pour le rejoindre à Jodrell Bank lors de la prochaine grande pluie de météores. Prentice s'allongeait sur son transat et criait quand et où il voyait un météore. À chaque fois, Lovell tournait l'équipement radar dans cette direction et criait s'il y avait des pings sur l'écran radar.
Il est rapidement devenu évident que Lovell avait effectivement enregistré des pluies de météores. Les chambres à nuages et la physique des particules étant désormais oubliées, Lovell commença à collecter des fonds pour construire le Télescope Mark I à Jodrell Bank (renommé plus tard télescope Lovell) et a commencé à devenir l'un des plus grands radioastronomes du 20e siècle. Il suffisait de prendre des leçons auprès d'un amateur.
Le mot « amateur » a deux significations courantes : « celui qui s’engage dans une activité, une étude, une science ou un sport comme passe-temps plutôt que comme profession » et « celui qui manque d’expérience et de compétence dans un art ou une science ». Du jardinage au bricolage, il existe de nombreuses compétences pour lesquelles je suis à la fois non rémunéré et incompétent, et il faut donc aller plus loin que cela. En effet, la racine latine du mot est amateur, signifiant « amoureux ». Littéralement, être amateur d’une activité, c’est l’aimer, en avoir une passion.
Il s’avère que j’avais injustement jugé ceux qui s’adonnent à des passe-temps amateurs, notamment dans le domaine que je pensais connaître mieux que quiconque : la radioastronomie. Les astronomes amateurs ne sont peut-être pas payés ou ne produisent pas d'articles universitaires de grande envergure, mais les pings d'un météore et le sifflement de la Voie lactée dans leurs écouteurs les font rayonner de joie.
En cherchant un équivalent moderne du radioastronome amateur américain pionnier Grote Reber (voir encadré ci-dessus), je suis tombé sur de nombreuses associations de clubs de radioastronomie amateur observant tout, depuis les bras spiraux galactiques jusqu'aux, étonnamment, les pulsars. Après avoir parlé avec quelques-uns – y compris le Groupe britannique de radioastronomie d'astronomie amateur, Club d’astronomie amateur de Lincolnainsi que, Club d'astronomie amateur de Sutton et Mansfield – J’ai réalisé que nulle part je ne me sens plus amateur que dans un club d’astronomie amateur.
En effet, lorsque je rencontre de tels groupes, je dois paraître très décevant aux membres ; non pas qu’ils me fassent ressentir cela. Les astronomes optiques résidant dans ces clubs font généralement bien de se remettre de leurs pauses choquées après que j'avoue que je ne sais pas quelle planète, constellation ou étoile ils pointent, tandis que les radioamateurs tentent poliment de surmonter mon manque d'expérience en matière de construction. ou entretenir des radiotélescopes.
Des paraboles ornent les toits, des lignes de fils électriques s'étendent sur les poteaux et des antennes de toutes formes pointent vers le ciel. La technologie est si simple et si familière qu’il est facile de supposer que ceux qui se trouvent dans les hangars essaient simplement d’accéder à un service de radio ou de télévision gratuit. Pour ma part, je sursaute d'enthousiasme en voyant les antennes conçues pour capter les tempêtes de Jupiter ou mesurer les éruptions solaires entrantes.
Les personnes qui entretiennent volontairement ces télescopes sont le plus souvent des hommes à la retraite qui ont travaillé dans des domaines tels que l'électrotechnique ou la science des radars. Ce sont des experts en technologie radio terrestre qui, après leur retraite, ont tourné leurs appareils vers le haut – soit par simple défi, soit parce que leurs médecins leur ont dit qu’ils ne devraient plus transporter leurs énormes tubes optiques sur des champs sombres et glacés.
Il existe encore de nombreux radioastronomes professionnels dont la connaissance de leurs antennes se rapproche du niveau de chuchotement des chevaux – mais je les ai rencontrés principalement sur des télescopes plus anciens et plus petits et moins fréquemment parmi ma génération d'universitaires. Dans les grandes collaborations, les radioastronomes comme celui-ci sont rares de nos jours, en raison d'une nécessité d'échelle. À mon avis, c'est une perte. C'est dans les hangars froids et délabrés des groupes d'amateurs que j'ai redécouvert l'esprit de la radioastronomie. C'étaient là les vrais radioastronomes, amateurs ou non.
L'histoire domine le siège du SKA à l'observatoire de Jodrell Bank, assis à l'ombre de l'emblématique télescope Lovell. Cette parabole de 76 m était autrefois la plus grande parabole radio orientable au monde lors de sa construction en 1957 et l'exploit phénoménal de sa construction signifie que seuls deux télescopes l'ont surpassée depuis (en Effelsberg, Allemagneainsi que, Télescope de la Banque Verte en Virginie occidentale, aux États-Unis).
Les réseaux de radiotélescopes à grande échelle, tels que le SKA, constituent la prochaine étape essentielle pour recueillir de la lumière sur des zones plus vastes. En effet, le SKA est un interféromètre dont une partie comprend 130,000 XNUMX antennes situées dans le désert d’Australie occidentale, reliées de manière à ce que les ondes radio de grande longueur d’onde entrantes « voient » une zone de collecte géante qui contourne les contraintes d’ingénierie mécanique d’une parabole physique.
Un plat singulier est facile à anthropomorphiser et à aimer ; Je soupçonne qu'un réseau de 130,000 118,456 antennes est moins susceptible d'induire autant d'amour et de fidélité. Peut-être que l'on développera un penchant pour l'antenne XNUMX XNUMX, qui semble toujours se déconnecter effrontément le mardi, mais ce sera l'ingénieur des données qui rigolera. L’astronome ne le saura probablement jamais.
Radioastronome voyou
Ce manque de connaissances consolidées inquiète certains radioastronomes, qui savent combien il est important de comprendre comment les données sont collectées. J'ai trouvé un de ces astronomes au département de physique de l'Université de Californie à Berkeley, aux États-Unis. En tant que directeur de son Laboratoire de radioastronomie, Aaron Parson a apporté des contributions majeures à mon domaine de recherche sur les premières étoiles, en dirigeant une collaboration de scientifiques dans leur quête de signaux radio provenant de l'univers primitif. Pour moi, visiter son laboratoire a été une expérience magique. Je me suis précipité, soulevant des feuilles de métal et admirant différentes antennes tout en écoutant avec ravissement Parsons parler de chaque œuvre, comme s'il était un conservateur d'art passionné.
Aaron Parsons est désormais ce que j'aime considérer comme un radioastronome voyou, tournant le dos à l'évolution du domaine vers une collaboration mondiale.
Parsons exprime librement son inquiétude – à la limite du cynisme – à l’égard des grandes collaborations, en raison de la division naturelle des expertises qu’impose l’efficacité. En effet, il est désormais ce que j’aime considérer comme un radioastronome voyou, tournant le dos à l’évolution du domaine vers une collaboration mondiale. Il passe même ses vacances à camper seul ou avec son fils dans des régions isolées des États-Unis, à la recherche du canyon idéal pour accrocher sa nouvelle antenne fabriquée à la main.
L'ingéniosité de sa collaboration solo rappelle ouvertement Reber et Lovell. Parsons construit ses propres instruments, en gardant toujours à l’esprit l’apparence qu’il attend des données. Il me dit qu'il aurait du mal à faire confiance à l'analyse d'un autre scientifique, à moins qu'il n'ait construit les antennes lui-même. Il faut connaître l’instrument pour connaître son effet sur les données, plus que jamais lorsque le moindre signal cosmologique peut être effacé par une modélisation incorrecte d’un effet d’antenne.
Pionniers de la radio : le rôle durable des « amateurs » en radioastronomie
Alors que nous entrons désormais dans une ère d’immense interférométrie, nous risquons de briser le mariage étroit entre l’électrotechnique et l’astronomie. En effet, les connaissances requises pour démontrer une expertise dans un domaine donné sont désormais trop nombreuses pour une seule personne, voire pour un seul programme de formation doctorale. Le bonheur de toute relation continue repose sur le fait de passer du temps ensemble et de communiquer ouvertement. Les grands observatoires tels que le SKA ne prospéreront que si les scientifiques et les ingénieurs échangent leurs connaissances et respectent l'expertise et l'amour de chacun pour leur métier. L’un sans l’autre ne vaut rien du tout.
D’une certaine manière, les vrais radioastronomes sont une race en voie de disparition. On les trouve principalement dans les petits télescopes ou dans les clubs amateurs ; c'est potier pour le plaisir, pas pour publier ou périr. Je comprends pourquoi les grandes collaborations nécessitent une séparation claire entre ingénieurs et astronomes, mais les deux parties doivent apprendre un peu la langue de l'autre afin que le mariage essentiel des esprits ne faiblisse pas. Votre club d’astronomie amateur local pourrait très bien être le meilleur endroit pour le faire.
- Contenu propulsé par le référencement et distribution de relations publiques. Soyez amplifié aujourd'hui.
- PlatoData.Network Ai générative verticale. Autonomisez-vous. Accéder ici.
- PlatoAiStream. Intelligence Web3. Connaissance Amplifiée. Accéder ici.
- PlatonESG. Carbone, Technologie propre, Énergie, Environnement, Solaire, La gestion des déchets. Accéder ici.
- PlatoHealth. Veille biotechnologique et essais cliniques. Accéder ici.
- La source: https://physicsworld.com/a/radio-astronomy-from-amateur-roots-to-worldwide-groups/
