L'observatoire du Mont Wilson (Photo Obs Mt Wilson)

Les débuts au Mont Wilson

Dans les années 1880, un banquier de Los Angeles, E. F. Spence, promet 50000$ à l'université de Californie du Sud, pour la construction de la plus grande lunette du monde : un instrument de 1 mètre.

Le président de l'université, M. Bovard, demande alors conseil à Edward Pickering, directeur de l'observatoire du collège de Harvard, lequel dépêche une équipe sur le Mont Wilson en Janvier 1889, pour évaluer la qualité du site. William Pickering, frère de Edward Pickering, et le célèbre opticien Alvan Clark faisaient partie de l'expédition. L'excellence du site fut immédiatement reconnue, et dès le printemps 1889, l'observatoire de Havard y installa un premier instrument de 32,5 cm : la lunette de Boyden. De son côté, Bovard commandait une lunette de 1 mètre à la société Alvan Clark et fils.

L'occupation du site devait cependant être de courte durée. L'hiver 1989-1990 fut très rude et les conditions de vie des astronomes très difficiles ; ceci, plus les difficultés rencontrées avec le propriétaire du terrain, les actes de vandalisme des touristes, et quelques malentendus avec l'université de Californie du Sud, sont les raisons qui amenèrent Pickering à à quitter le Mont Wilson 18 mois plus tard. 2400 plaques photographiques avaient été réalisées avec la lunette de 32,5 cm.

Coupole de la lunette de 32,5 cm de Boyden (Photo Obs Mt Wilson)

La situation économique se dégrada en Californie du Sud et le projet de de grande lunette fut abandonné. Le verre, commandé par la société Clark, fut racheté par l'université de Chicago pour un instrument conçu par Georges Ellery Hale, alors jeune astronome à l'observatoire du collège de Havard. Harper, président de l’université et Hale obtinrent de Charles Yerkes, riche homme d'affaire de Chicago, une subvention pour construire l'instrument et son bâtiment près de Chicago. Ce nouvel observatoire de Yerkes fut achevé en 1897 ; Hale en devint le premier directeur et il y constitua avec Ellerman, Walter Adams et George, une solide équipe qui allait poser les bases de l’astrophysique. Ils devaient tous un jour jouer un rôle important au Mont Wilson.

Georges Ellery Hale dans son bureau au Mont Wilson (Photo circa, 1905)
Georges Ellery Hale et son équipe de Yerkes s'installent au Mont Wilson

Quelques années plus tard, Hale fut invité à participer au comité de conseil de l'institution Carnegie dans le domaine de l'astronomie. L'idée de construire un nouvel observatoire du ciel du sud, ainsi qu'un observatoire solaire commençait à germer. W.J. Hussey de l'observatoire Lick fut mandaté pour étudier plusieurs sites dont Flagstaff, le Mont Palomar, le Mont Lowe, mais c'est le Mont Wilson qu'il jugea le meilleur. Hale se rendit en personne sur le site, accompagné de W.W. Campbell, directeur de Lick : tous deux y observèrent le soleil dans une lunette de 22,5 cm installée pour l'occasion par Hussey. Enthousiasmés, ils confirmèrent l'excellence du site.

Dès son retour à Chicago, Hale soumit une demande de fonds à l'institution Carnegie, pour la construction d'un grand observatoire solaire sur le Mont Wilson, et sans même attendre la réponse, il s'installa avec sa famille à Pasadena. En Mars 1904, un coelosta de 37,5 cm avec un objectif de 15 cm fut installé sur le Mont Wilson pour des essais. Très rapidement ensuite, Yerkes, John Hooker (fondateur de l'académie des sciences de Californie), et quelques autres mécènes permirent à l'équipe de Yerkes de monter une expédition au Mont Wilson. Quelques semaines plus tard, toute l'équipe de l'observatoire de Yerkes avait rejoint Hale sur le Mont Wilson. Hale investit 27000$ sur ses fonds propres pour commencer l'aménagement du site, et le 20 Décembre 1904, l'institution Carnegie acceptait de financer la construction de cet observatoire solaire ainsi que d’un instrument de 1,5 mètre.

Le télescope Snow de Yerkes est installé au Mont Wilson

Cet instrument est constitué d'un miroir coelostat qui renvoie la lumière solaire sur un second miroir de 75 cm qui la renvoie à son tour sur un miroir de 18,3 mètres de focale, situé dans un bâtiment distant de 18 mètres. Ce dernier miroir de 60 cm focalise la lumière sur l'ouverture d'un spectroscope installé dans un puit à 4,5 mètres de profondeur. L'inconvénient majeur de cet instrument est que le trajet horizontal de la lumière s'effectue au raz du sol dont la chaleur perturbe les observations.

Le télescope Snow à droite et en arrière plan de la tour solaire de 18 mètres (Photo Obs Mt Wilson)

Hale a utlisé cet instrument pour étudier les tâches solaires, en comparant d'une part les spectres de raies obtenus au niveau des tâches à ceux obtenus hors des tâches, et en comparant d'autre part ces spectres à ceux obtenus avec certains éléments (fer, titane, chrome, ...) dans des zones plus ou moins chaudes d'un arc électrique. Plus tard, ces spectres seront comparés à ceux des étoiles réalisés avec le réflecteur de 1,5 mètre.

C'est aussi avec cet instrument que l'étude des nuages de calcium et d'hydrogène au dessus des tâches solaires a commencé. Ces travaux devaient contribuer à la mise au point de la photographie de la raie H-alpha de l'hydrogène. Dès 1906, Walter Adams y commençait l'étude la rotation du soleil.

Avant même que l'installation du télescope Snow ne soit terminée, Hale faisait des plans pour un télescope solaire qui aurait la forme d'une tour sans tubes : la tour solaire de 18 mètres.

La tour solaire de 18 mètres

Construite en 1908, cette tour est un instrument de 18,3 mètres de focale. Le coelostat est placé au sommet de la tour afin de l'éloigner de la chaleur du sol et de profiter de l'excellent seiing du site. C'est avec cet instrument que Hale découvrit les champs magnétiques solaires et la polarisation des tâches solaires, en photographiant, le 25 Juin 1908, l'effet Zeeman sur le spectre de raies d'une tâche. L'inversion de polarité des tâches avec les cycles solaires a été remarquée au Mont Wilson dès 1912, puis confirmée sur un cycle magnétique de 22 ans. Ce télescope sert toujours pour l'étude de la séismologie solaire. Les mouvements ondulatoires visibles à la surface du soleil permettent de déduire des informations sur l'intérieur du soleil.

La tour solaire de 18 mètres (Photo Obs Mt Wilson)

Le réflecteur de 1,5 mètre

Hale récupéra le blanc d'un miroir de 1,5 mètre stocké à l'observatoire de Yerkes. William Hale, son père, l'avait commandé à la société française St-Gobain en 1896 pour le lui offrir. G.E. Hale souhaitait s'en servir pour construire une nouvelle fois le plus grand instrument du monde : cet instrument serait un réflecteur, les réfracteurs ayant selon lui, atteint leur limite avec la lunette de 1 mètre de Yerkes.

La construction de cet instrument, et celle du bâtiment qui devait l'abriter constituèrent un vrai défi ; les travaux sur le miroir commencèrent aussitôt, mais la taille et le polissage du miroir allaient durer près de 3 ans ; la livraison et les tests de la monture et de la coupole furent retardés à cause des dégats causés par le tremblement de terre qui détruisit San Francisco où ils étaient fondus par la société Union Iron Works. Il fallut aussi construire une route pour acheminer tout ce matériel au sommet du Mont Wilson.
La coupole du 1,5 m (Photo Obs Mt Wilson)	Le télescope de 1,5 m (Photo Obs Mt Wilson)
L'instrument fut enfin mis en service le 8 Décembre 1908 : cette expérience fit significativement progresser la conception et la construction des grands instruments.

Cet instrument fut conçu pour adopter diverses configurations en fonction des besoins ; il fut le premier grand télescope au monde à utiliser un focus de Coudé : un troisième miroir renvoie la lumière sur un spectrographe indépendant de l'instrument et placé sous terre. En 1909, le programme de recherche avec le 1,5 mètre comprenait la photographie d'étoiles, de nébuleuses, et d'amas ; des mesures de parallaxes, et de la spectrographie d'étoiles.

Les premières photos réalisées permirent de deviner des regroupements d'étoiles dans les nébuleuses spirales : pour la première fois, des étoiles étaient photographiées dans d'autres galaxies. Les études de spectrographie permirent de constater la similarité du spectre de la galaxie d'Andromède avec celui du soleil, laissant penser que cette nébuleuse était aussi constituée d'étoiles. Le 1,5 mètre ouvrait le champ des études sur la nature des nébuleuses spirales. Une corrélation entre certaines anomalies de spectres et la luminosié intrinsèque des étoiles a été mise en évidence, permettant de mettre au point une nouvelle méthode de calcul de la distance des étoiles. Enfin, la photométrie y fit ses débuts : les premiers travaux ont suggéré l'existence de matériel interstellaire, car la lumière émise par les nébuleuses se trouvait partiellement absorbée dans le bleu.

En 1910, de nombreuses photos et quelques spectres de la comète de Halley furent réalisés. Hale encourageait les astronomes des autres observatoires à venir observer avec le 1,5 mètre du Mont Wilson. E.E. Barnard (pour Mars et Saturne) et Eljnar Hertzsprung furent parmi les premiers visiteurs. Harlow Shapley y a mesuré la taille de notre voie lactée, et la position du système solaire au sein de notre galaxie. Aujourd'hui ce télescope sert à l'étude de l'activité de la chromosphère des étoiles évoluées du même type que le soleil : équipé d'une optique adaptative, il continue d'être un instrument important pour la recherche stellaire.

La tour solaire de 46 mètres

Pour progresser dans l'étude de l'effet Zeeman sur les spectres de raies solaires, la tour solaire de 18 mètres ne suffisait plus : Hale avait besoin d'une tour de 46 mètres qui produirait des images à plus grande échelle, et d'un spectroscope avec une dispersion linéaire supérieure. Des fonds de l'institution Carnegie de Washington permirent de démarrer les travaux dès 1909. La distance focale de ce nouvel instrument est de 45,75 mètres. De même que pour la tour solaire de 18 mètres, les miroirs sont situés au sommet de la tour qui a une hauteur de 49 mètres ; sa structure sert de support à la coupole ainsi que de protection contre le vent : elle empêche la transmission des vibrations à l'instrument et permet les observations avec du vent jusqu'à 55 km/heure.

L'optique consiste en un coelosta et un deuxième miroir qui renvoient la lumière par le tube central sur un objectif de 30 cm situé au pied de la tour, au niveau du sol. L'image du soleil obtenue a environ 42 cm de diamètre. Toute partie de l'image peut-être renvoyée sur un spectrographe placé en profondeur sous la tour. C'est l'optique de 30 cm et de 45,75 mètres de focale, sans astigmatisme ni abérations chromatiques qui fut le plus difficile à réaliser. En Mai 1912 le télescope fut pleinement opérationnel, mais Walter S. Adams y avait déjà commencé des travaux sur la rotation solaire en 1911. En 1917, le relevé quotidien des tâches et de leur polarisation y a été lancé.

La tour solaire de 46 mètres (Photo Adagio)

Ce télescope a été construit pour enregistrer la position, l'intensité, et la polarité des champs magnétiques solaires. Hale a commencé la recherche d'un champ magnétique général du soleil, champ dont l'existence était suggérée par Frank Bigelow, du fait de l'apparence de la couronne solaire lors des éclipses. Hale a pris sa retraite en 1923 ; de célèbres astronomes poursuivirent les travaux sur le soleil sur cet instrument : Ferdinand Ellerman, Seth Nicholson, Edison Petit, Charles St. John. Après la guerre, les progrès de l'électronique ont permis aux travaux effectués sur le 46 mètres d'entrer dans l'ère moderne, et les découvertes s'ensuivirent : des enregistrements photo-électriques des champs magnétiques sur la surface solaire furent réalisés. En 1984, l'institution Carnegie de Washington a voulu fermer l'observatoire, mais un accord avec l'université de Californie à Los Angeles a pu sauver le site, et permettre à Roger Ulrich d'y poursuivre ses travaux en séismologie solaire avec cet instrument. Coupe de la tour solaire de 46 mètres (Schéma Obs Mt Wilson)

Le télescope Hooker de 2,5 mètres

Le télescope de 2,5 m ( Photo Adagio)

La coupole du télescope de 2,5 m (Photo Obs Mt Wilson)

Tout comme le 1,5 mètre, cet instrument peut prendre différentes configurations optiques ; il possède également un focus de Coudé avec un spectrographe à très haute résolution. Terminé en 1917, il fut suplanté par le 5 mètres du Mont Palomar. Il a subit une importante rénovation entre 1986 et 1994 : il est maintenant équipé d'une optique adaptative performante qui le rend aussi bon que les télescopes placés en orbite.

Les interféromètres du Mont Wilson

Pease construisit ensuite un instrument de 15 mètres qui trouva place dans un autre bâtiment, près du 1,5 mètre, mais qui ne fut jamais à la hauteur des attentes de son constructeur. Plus tard, Charles Townes conçu et installa l'interféromètre infrarouge spatial de l'université de Californie. Les positions des étoiles y sont mesurées avec précision pour la navigation et le guidage des vols interplanétaires.

Le laboratoire de la recherche navale a aussi installé un interféromètre au Mont Wilson, mais c'est l'interféromètre CHARA (High Angular Resolution Astronomy) de l'université d'état de Georgie, qui est le projet actuel le plus ambitieux au Mont Wilson : dans un rayon de 400 mètres, 5 télescopes permettront d'obtenir une résolution de 0,2 millisecondes d'arc, soit 100 fois mieux que celle du télescope Hubble.

L'interféromètre CHARA (Photo Obs Mt Wilson)

CHARA sera utilisé pour l'étude : des tâches et des éjections de matières d'étoiles autres que notre soleil de la matière échangée entre les étoiles appariées de l'enveloppe des nébuleuses planétaires de la formation des étoiles par condensation de gaz et de poussières des étoiles qui gravitent à proximité des trous noirs au centre des galaxies des planètes extrasolaires

Le 60 cm des amateurs et le musée

Construit et utilisé par Caltech, cet instrument de 60 cm a servi lors du programme Appolo dans les années 1960. Il a contribué à l'étude de la nature (compacte vs poussiéreuse) du sol lunaire en prévision des alunissages des vaisseaux. Actuellement cet instrument télécommandé est réservé aux projets des étudiants et des amateurs en astronomie.

Le 60 cm éducatif (Photo Obs Mt Wilson)

La coupole du 60 cm éducatif (Photo Obs Mt Wilson)

Le musée permet de voir de très nombreuses photographies historiques réalisées dans cet observatoire. Un auditorium permet d'y suivre des conférences.

Site Web de l'observatoire du Mont Wilson :

http://www.mtwilson.edu/

Remerciements :
Nous remercions le personnel de l'observatoire pour le très bon accueil réservé à l'association ADAGIO à l'occasion de la visite de l'observatoire, en particulier le Dr Sallie Baliunas, Don Nicholson, Mary Cragg, et Kate Barlow.

Nous remercions les membres de l'observatoire pour l'autorisation de publier sur ce site, des photos qu'ils ont réalisées.