Portrait d’anniversaire : le télescope spatial Hubble vu par un satellite d’observation

Image du télescope spatial Hubble prise le 23 avril 2026 par un des satellites d’observation Legion.
Crédit image : Vantor

Mis en orbite le 24 avril 1990, le télescope spatial Hubble (Hubble Space Telescope ou HST ou encore 1990-037B pour les intimes) a réalisé une extraordinaire moisson de données scientifiques au profit de la recherche en astronomie.

Après 36 ans en orbite et 35 ans d’exploitation opérationnelle, le gros bébé de plus de 11 tonnes est toujours en activité.

A l’occasion de cet anniversaire, les hasards de la mécanique orbitale ont permis à un des satellites d’observation Legion de tirer le portrait du vénérable télescope spatial juste avant qu’il ne souffle ses 36 bougies.

Au moment où cette image est acquise, le satellite Legion est à une distance de seulement 61,8 km du télescope spatial Hubble. Hubble est alors à une altitude d’environ 475 km et l’orbite des satellites Legion a une altitude moyenne de 530 km.

On pourrait parler d’image prise « vers le bas » ou plus exactement vers une orbite plus basse que celle du satellite d’observation.

Miroir, mon beau miroir…

Habituellement, l’instrument des satellites Legion, comme tout satellite d’observation de la Terre qui se respecte, est tourné vers… la Terre.

A 530 km d’altitude, la « résolution au sol » (plus exactement GSD ou Ground Sampling Distance) des images acquises par les satellites Legion est de 31 cm. A 61,8 km de distance de Hubble, le satellite Legion est beaucoup plus proche du télescope spatial. Il y a pratiquement un rapport 9 sur la distance d’observation : le niveau de détail visible augmente pratiquement dans le même rapport.

La résolution de l’image présentée ici est donc d’environ 3,6 cm et permet de voir les détails de la structure du télescope Hubble : une forme cylindrique d’environ treize mètres de longueur, avec un miroir de 2,40 mètres de diamètre situé dans le tube en bas à gauche de la photo.

On reconnaît facilement les deux panneaux solaires orientables et le capot qui protège le télescope, en position ouvert.

Schéma du télescope spatial Hubble. Crédit image : NASA / ESA. En bas, un diagramme plus détaillé
de Hubble (conception en 1981). Crédit image : Lockheed Missiles and Space Company (Lockheed Martin).
Cliquer sur les images pour les afficher en plein format

Exploités par le société américaine Vantor (anciennement Digital Globe puis Maxar), un des principaux fournisseurs d’imagerie spatiale à très haute résolution, six satellites WorldView Legion ont été lancés entre mai 2024 et février 2025. On parle d’opérateur commercial mais le principal marché de Vantor est d’abord le marché de la défense et du renseignement.

Clin d’œil d’un télescope myope aux satellites espions

Cette image fournit par un satellite d’observation à très haute résolution est l’occasion de rappeler que, parmi les nombreux défis de conception du télescope Hubble, fabriquer un miroir primaire de 2,40 mètres de diamètre est une véritable prouesse.

Initialement, la NASA souhaitait développer un miroir de 3 mètres de diamètre. Les contraintes budgétaires l’ont amenée à proposer une version réduite, avec, outre la compatibilité avec la capacité d’emport du space shuttle, la possibilité de bénéficier du savoir-faire et des procédures de fabrication des grands miroirs des satellites de renseignement américains, notamment les fameux KH-11 (alias Keyhole 11 ou Kennen), les premiers satellites de reconnaissance électro-optiques du National Reconnaissance Office (NRO) mis en orbite à partir de 1976 (la génération précédente embarquait de bonne vieilles pellicules argentiques). Les satellites KH11 ont été construits par Lockheed-Martin et le miroir primaire réalisés par Eastman-Kodak.

Ironie de l’histoire : Hubble a été mis en orbite avec un miroir défectueux, avec un défaut d’aberration sphérique qui rendait les premières images floues (voir plus loin et dans les références).

Un gros plan qui rappelle de bons souvenirs

Il est rare de voir un satellite ou un vaisseau spatial en orbite, un fois lancé, en gros plan.

En fait, très peu de personnes ont le privilège de s’approcher d’un satellite. Au sol, la plupart des ingénieurs les voient à travers l’écran d’un ordinateur. Un nombre limité de personnes y ont accès directement pendant les travaux d’assemblage et d’intégration en salle blanche ou pendant les tests au sol. Juste avant le lancement, ce sont également des équipes en petit effectif qui assemblent les satellites sur les lanceurs et procèdent à la mise sous coiffe. Ensuite, à part dans le cas de stations spatiales, il est rarissime de s’approcher d’un satellite en orbite. C’est ce qui fait des satellites des objets hors du commun et assez mystérieux : on ne les voit presque jamais…

Est-ce la raison pour laquelle il y a régulièrement des tentatives d’utiliser des satellites d’observation pour photographier d’autres satellites. Chaque fois que l’occasion s’est présentée, j’ai publié ces images insolites sur le blog Un autre regard sur la Terre : Envisat, SPOT 5, Landsat, etc.

Hubble est pourtant un cas à part : plusieurs astronautes ont eu l’occasion de s’en approcher et même de le toucher à l’occasion des opérations de maintenance qui ont permis de prolonger sa durée de vie et d’améliorer ses performances.

Service après-vente en orbite

Au total, le télescope spatial Hubble a bénéficié de cinq missions de maintenance en orbite (servicing missions) depuis son lancement le 23 avril 1990.

La première mission (SM1 pour Servicing Mission 1) de maintenance a lieu du 2 au 13 décembre 1993. L’équipage de la navette Endeavour (mission STS-61) effectue une réparation essentielle : corriger le défaut d’aberration sphérique du miroir principal qui rend les images floues ! Vous trouverez à la fin de cet article plusieurs liens pour comprendre comment le défaut de fabrication du miroir construit par la société Perkin-Elmer n’a pas été détecté avant le lancement. C’est assez incroyable et les leçons tirées de cet incident sont très intéressantes…

Claude Nicollier, astronaute suisse de l’Agence Spatiale Européenne, est chargé du pilotage du bras télémanipulateur de la navette et effectue la première capture en orbite du télescope spatial.

Une des sorties extravéhiculaires pendant la mission de service SM1 en décembre 1993.
Les astronautes Story Musgrave (un habitué du space shuttle avec 6 missions à son actif) et Jeffrey Hoffman
("seulement" 5 missions) redonnent un petit coup de jeune à Hubble. Au total, 5 EVA ont été effectuées
au cours de la mission STS-61 de la navette Endeavour. Crédit image : NASA

En février 1997, la navette Discovery (STS-82) réalise la deuxième mission de maintenance (SM2). De nouveaux instruments élargissent la gamme de longueur d’onde dans le proche infrarouge et les performances en spectroscopie.

SM1, SM2, SM3A, SM3B et SM5 : les 5 missions de service réalisées par les astronautes de la NASA
et de l’ESA entre décembre 1993 et mai 2009. Image de fond : le télescope spatial Hubble sur fond
de Terre photographié par un des astronautes de la mission STS-125 le 19 mai 2009.
Crédit image : NASA. Infographie : Gédéon

Carnet d’entretien d’un télescope spatial

Après la perte de 4 des 6 gyroscopes de Hubble assurant le pointage du télescope, la troisième mission, initialement prévue pour de la maintenance préventive devient une mission de réparation beaucoup plus complexe. Elle est finalement réalisée avec deux vols de navettes :

En décembre 1999, pour la mission SM3A, la navette Discovery (STS-103) permet le remplacement des gyroscopes défaillants, l’installation d’un calculateur plus puissant, d’une unité d’enregistrement et d’un nouveau système de communication. Le français Jean-François Clervoy est spécialiste mission avec Claude Nicollier qui a pris goût aux réparations du télescope Hubble.

Trois ans plus tard, du 1^er au 12 mars 2002, c’est la navette Columbia (STS-109) qui emporte un équipage intégralement américain pour la mission de service SM3B. Les deux panneaux solaires sont remplacés et plusieurs instruments, dont la Faint Object Camera, sont mis à niveau. C’est l’avant-dernier vol de la navette Columbia avant l’accident dramatique de février 2003 pendant la rentrée atmosphérique.

Cet accident retarde considérablement la mission suivante : initialement prévue pour la fin de l’année 2005, SM4, la cinquième et dernière mission de maintenance de Hubble, a finalement lieu du 11 au 24 mai 2009. Des instruments, des batteries et différents équipements sont remplacés. A bord de la navette Atlantis (STS-125), c’est la dernière fois que des astronautes s’approchent de Hubble et ont la possibilité de prendre des photographies de près… Cela fait 17 ans que le télescope Hubble fonctionne sans nouveau passage chez le garagiste.

Bienvenue à bord… SM4, la dernière mission de maintenance du télescope Hubble en mai 2009
avant l’arrêt définitif des vols de la navettes spatiale. Les astronautes John Grunsfeld (6 vols spatiaux dont 3
pour réparer Hubble) et Andrew Feustel (3 missions spatiales) remplacent un des instruments
d’observation. Avantage de l'impesanteur : les grosses valises sont moins lourdes.
Crédit image : NASA

Une révolution en astronomie

Au cours de sa longue carrière, le télescope a rapporté une moisson impressionnante de données qui ont contribué à une meilleure connaissance dans les trois principaux domaines d’étude pour lesquels il a été conçu :

• L'étude du milieu intergalactique proche et la composition gazeuse des galaxies et des groupes de galaxies.
• L’étude des champs profonds, où peuvent être observées les premières galaxies ;
• La détermination plus précise de la constante de Hubble (H_Ø), le taux d'expansion actuel de l'univers.

Il a également joué un rôle important pour la compréhension de la formation et du cycle de vie des étoiles, l’étude des exoplanètes et des disques protoplanétaires, des trous noirs, des quasars et des galaxies actives, l’utilisation des lentilles gravitationnelles pour estimer la masse des étoiles, l’étude du Système solaire.

Depuis 36 ans, Hubble a réalisé environ 1,7 millions d’observations. Elles ont permis à 29000 astronomes dans le monde de publier 23000 papiers dans des revues à comité de lecture (peer-review). Depuis 2022, les données fournies par Hubble sont régulièrement combinées à celles provenant du James Webb Space Telescope (JWST).

Deux images complémentaires de la planète Saturne vue par Hubble (WFC3/UVIS) et par
le JWST (Instrument NIRCam). Crédit image : NASA, ESA, CSA, STScI, Amy Simon (NASA-GSFC),
Michael Wong (UC Berkeley). Traitement d’image réalisé par Joseph DePasquale (STScI).

Les résultats récents de Hubble

Voici quelques exemples d’images acquises récemment par le Hubble Space Telescope.

Le premier exemple est une portion du cœur de la célèbre nébuleuse Trifide (Messier 20), dans la constellation du Sagittaire environ 5000 années-lumière du Soleil, déjà photographiée par Hubble en 1997.

Une portion de la nébuleuse Trifide vue par Hubble (Wide Field Camera 3). L'image fait environ
56 années-lumière de côté. Le jet brun sur fond bleu à gauche est caractéristique d’une protoétoile
(étoile naissante). Crédit image :  NASA, ESA, STScI. Traitement d’image : J. DePasquale (STScI)

La nébuleuse est une gigantesque bulle de gaz ionisé creusée dans un nuage de gaz et de poussières plus froides. Ce sont de jeunes étoiles massives, nées dans ce nuage (et hors champ), qui l’ont « sculptée » avec leur fort rayonnement ultraviolet il y a plus de 300000 ans.

Les deux exemples suivants montrent la galaxie spirale NGC 3137 et la galaxie spirale Messier 88 (M88) ou NGC 4501 avec leurs amas d’étoiles brillantes et leurs nuages de gaz. Ce type d’observation permet de mieux comprendre la vie stellaire dans les galaxies spirales, depuis les jeunes étoiles encore en formation jusqu'aux populations stellaires anciennes.

La galaxie spirale NGC 3137 vue par Hubble.
Crédit image : ESA/Hubble et NASA, D. Thilker et l’équipe PHANGS-HST.

Un trou noir dans les cheveux de Bérénice

Le centre de M88 abrite un trou noir supermassif qui absorbe gaz et poussière. Les astronomes estiment sa masse à environ 100 millions de fois celle du Soleil, et il semble être à l'origine des éjections de gaz du centre galactique.

A 63 millions d’années-lumière de la Terre, la galaxie spirale Messier 88 (M88), dans la constellation
de la Chevelure de Bérénice, photographiée par le télescope spatial Hubble.
Crédit image : ESA/Hubble et NASA, D. Thilker

Jusqu’ici tout va bien !

Bientôt la retraite ? Les dernières images publiées montrent qu’Hubble est encore bon pour le service. Des solutions de contournement, par exemple avec un mode de pointage utilisant un seul gyroscope (RGM ou Reduced Gyro Mode), ont été trouvées pour poursuivre l’exploitation malgré les pannes survenues depuis la dernière mission de maintenance en 2009. Deux gyroscopes sont encore en service.

Aujourd’hui, le principal risque pour le vénérable télescope spatial est son altitude qui décroit, à cause du frottement atmosphérique. Mis initialement en orbite à environ 616 kilomètres d’altitude moyenne, Hubble n’a pas de module de propulsion. C’est la navette spatiale, au cours des différences misions de maintenance, notamment celle de février 1997, qui a permis de rehausser son orbite.

Depuis la dernière visite du space shuttle en 2009, l’altitude de Hubble décroit : elle est passée en dessous de 550 km en août 2014 et en dessous de 525 km en août 2023.

Plus dure sera la chute…

Alors que nous sommes actuellement à un pic d’activité solaire dans le cycle en cours, l’atmosphère se dilate davantage et la chute s’accélère : 500 km en décembre 2024, 480 en janvier 2026, 474 km à la fin du mois de mai 2026.

A ce rythme, Hubble pourrait rentrer dans l’atmosphère au milieu de l’année 2033 selon les estimations du STScI (Space Telescope Science Institute).

Bien que la NASA et SpaceX aient étudié en 2022 la faisabilité d’une mission de « reboost » de l’altitude de Hubble avec un cargo Dragon, aucune action concrète n’est planifiée à ce jour.

Je reviendrai dans un prochain article sur l’évolution de l’altitude de Hubble au cours de sa vie, de l’impact des missions de service et de l'accélération réente de la chute. Ce sera l’occasion de reparler un peu des orbites, de leurs paramètres et des changements d’orbite.

En savoir plus :

• Sur le blog un autre regard, d’autres images de satellites en orbite vus par des satellites d’observation en orbite.
• Les autres articles dans la catégorie « satellites insolites » et dans la catégorie « Rétroviseur, un peu d'histoire ».
• Un article sur la résolution des télescopes et des instruments des satellites d’observation.
• Un post d’Asaf Granot sur le blog "Systems and Optics" : "What Went Wrong with the Hubble Space Telescope Initially?" ou comment le télescope spatial Hubble a été mis en orbite avec un miroir primaire défectueux. 
• La genèse et le développement du télescope spatial Hubble, chapitre extrait du livre « Power to Explore » de Andrew J. Dunar et Stephen P. Waring sur l’histoire du Marshall Space Flight Center
• Sur le site de la NASA, les missions de service du Hubble Space Telescope (HST).
• Les images récentes d’Hubble.