Hubble (en anglais : Hubble Space Telescope, en abrégé HST ou, rarement en français, TSH) est un télescope spatial conçu par la NASA avec une participation de l'Agence spatiale européenne, opérationnel depuis 1990, et orbitant à 515 km d'altitude environ. Son miroir de grande taille (2,4 m de diamètre), qui lui permet de restituer des images avec une résolution angulaire inférieure à 0,1 seconde d'arc, ainsi que sa capacité à observer à l'aide d'imageurs et de spectroscopes dans l'infrarouge proche et l'ultraviolet, lui permettent de surclasser, pour de nombreux types d'observation, les instruments au sol les plus puissants, handicapés par la présence de l'atmosphère terrestre. Les données collectées par Hubble ont contribué à des découvertes de grande portée dans le domaine de l'astrophysique, telles que la mesure du taux d'expansion de l'Univers, la confirmation de la présence de trous noirs supermassifs au centre des galaxies spirales, ou l'existence de la matière noire et de l'énergie noire.
Le développement du télescope Hubble, qui tient son nom de l'astronome Edwin Hubble, démarre au début des années 1970. Cependant, des problèmes de financement, de mise au point technique et la destruction de la navette spatiale Challenger repoussent son lancement jusqu'en 1990. Une aberration optique particulièrement grave est découverte peu après qu'il a été placé sur son orbite terrestre basse à 600 km d'altitude. Dès le départ, le télescope spatial avait été conçu pour permettre des opérations de maintenance par des missions des navettes spatiales. La première de ces missions, en 1993, est mise à profit pour corriger l'anomalie de sa partie optique. Quatre autres missions, en 1997, 1999, 2002 et 2009, permettent de moderniser les cinq instruments scientifiques et remplacer certains équipements défaillants ou devenus obsolètes. La dernière mission de maintenance, réalisée en 2009 par la mission STS-125, immédiatement avant le retrait définitif des navettes spatiales, doit permettre au télescope Hubble de fonctionner quelques années de plus, probablement jusqu'en 2030. Pour les observations dans l'infrarouge, il est remplacé en 2022 par le télescope spatial James-Webb, aux capacités supérieures.
Contexte : des prémices à la décision de réalisation
La première mention d'un télescope spatial remonte à 1923 : Hermann Oberth, un des pionniers de l'astronautique, indique dans son ouvrage Die Rakete zu den Planetenräumen (La fusée dans l'espace interplanétaire) qu'une fusée pourrait être utilisée pour placer un télescope en orbite. On peut retracer à 1946 l'origine du projet du télescope spatial Hubble. Cette année-là, l'astronome Lyman Spitzer publie un article intitulé Astronomical advantages of an extraterrestrial observatory, exposant les avantages présentés par un télescope situé dans l'espace par rapport à un télescope situé sur Terre. Deux arguments sont mis en avant. D'une part la résolution angulaire n'est plus limitée par les turbulences atmosphériques mais uniquement par la diffraction : à l'époque, la résolution d'un télescope de 2,5 mètres ne dépasse pas 0,5 à 1 seconde d'arc à cause de ce phénomène, alors que théoriquement elle devrait pouvoir atteindre 0,05 seconde d'arc. Le deuxième avantage d'un télescope spatial est qu'il permet d'observer les rayonnements infrarouge et ultraviolet, qui sont pratiquement complètement interceptés par l'atmosphère. Spitzer plaide durant toute sa carrière en faveur d'un projet de télescope spatial. En 1962, soit cinq ans après la mise en orbite du premier satellite artificiel, l'Académie nationale des sciences américaine identifie parmi les objectifs scientifiques à mener dans le cadre du programme spatial la réalisation d'un télescope spatial. En 1965, Spitzer est placé à la tête d'une commission chargée de définir les objectifs scientifiques d'un télescope spatial de grande taille.
En réalité, l'astronomie spatiale débute à une très petite échelle immédiatement après la fin de la Seconde Guerre mondiale : des instruments embarqués sur les premières fusées-sondes parviennent à obtenir un spectre électromagnétique du Soleil dans l'ultraviolet. À compter de 1962, l'agence spatiale américaine NASA lance la première série de satellites dédiés à l'astronomie : les observatoires solaires Orbiting Solar Observatory (OSO) sont capables d'obtenir des spectres électromagnétiques dans les domaines de l'ultraviolet, des rayons X et des rayons gamma. Le Royaume-Uni place en orbite la même année son propre observatoire solaire, le satellite Ariel 1. Enfin, en 1966, la NASA lance le premier télescope spatial de la série des Orbiting Astronomical Observatory (OAO). OAO-1 est victime d'une défaillance d'une batterie après seulement trois jours de mission, mais OAO-2, qui a pour mission d'observer les étoiles et les galaxies dans l'ultraviolet, fonctionne de 1968 à 1972, bien au-delà de la durée d'une année pour laquelle il avait été prévu.
Les résultats scientifiques obtenus par la série des télescopes spatiaux de la NASA OAO convainquent la communauté des astronomes de se mobiliser pour lancer un projet de grand télescope spatial. En 1970, la NASA crée deux comités pour définir d'une part les caractéristiques techniques, d'autre part les objectifs scientifiques de l'instrument. Mais l'agence spatiale américaine peine à obtenir un budget, alors que le coût envisagé dépasse de manière importante celui d'un télescope terrestre de taille équivalente. En 1974, les fonds alloués à l'étude du télescope spatial sont entièrement annulés par le comité (en) chargé de préparer le budget national. Malgré la pression de la communauté scientifique appuyée par un rapport de l'Académie des sciences américaines, le Congrès et le Sénat américain ne rétablissent que la moitié du montant demandé par la NASA pour réaliser les premières études détaillées des instruments susceptibles d'être embarqués et pour développer les premiers composants de la partie optique. Confrontée à ces difficultés de financement, la NASA choisit de revoir les caractéristiques du système à la baisse, avec une taille du miroir primaire ramenée de 3 à 2,4 mètres et l'Agence spatiale européenne est invitée dans le projet en échange d'une allocation de 15 % du temps d'observation : l'ESA doit fournir un des cinq instruments (Faint Object Camera), les panneaux solaires et participer au support opérationnel du télescope. Finalement, en 1977, le Congrès accorde les fonds nécessaires aux premiers travaux de construction du Large Space Telescope (LST), premier nom de l'instrument.
Le rôle de la navette spatiale américaine
Le télescope spatial est conçu dès le départ pour être réparé et amélioré périodiquement, une fois placé en orbite par des astronautes embarqués sur la navette spatiale américaine. Cette dernière est en cours de développement à l'époque et les futures missions de maintenance du télescope constituent progressivement une des raisons majeures de son existence, d'autant que la station spatiale qu'elle devait desservir ne trouve pas de financement. Pour permettre sa maintenance par les astronautes, de nombreuses mains courantes peintes en jaune vif sont installées à la surface du télescope. Tous les instruments et de nombreux équipements sont conçus pour pouvoir être remplacés par un astronaute, malgré le handicap de la combinaison spatiale rigide et des gants épais : ils sont accessibles derrière des panneaux qui peuvent être démontés avec un seul outil et ils se présentent sous la forme de boîtes aux interconnexions peu nombreuses et faciles à manipuler. Les panneaux solaires peuvent être enroulés et démontés pour être remplacés. La longue phase de développement a permis de mettre au point les outils et les procédures permettant les opérations de maintenance dans l'espace. L'astronaute Bruce McCandless en particulier y a consacré pratiquement vingt années de sa carrière, en réalisant des répétitions sur une maquette du télescope spatial placée dans la piscine du Neutral Buoyancy Simulator (en), simulant l'apesanteur.