 
Fondation et construction
de l’Observatoire fédéral
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Frederick King, vers 1910 |
Klotz envisageait un observatoire dont les fonctions au Canada correspondraient à celles du Royal Observatory de Greenwich mais seraient adaptées aux besoins des arpenteurs. Ses recommandations ont mené à la fondation de l’Observatoire fédéral, qui a d’abord eu pour directeur (astronome en chef) Frederick King. La fonction principale de l’Observatoire était de marquer la longitude primaire du Canada et de déterminer l’heure pour la donner aux ministères du gouvernement, au Parlement et à des entreprises qui avaient besoin de connaître l’heure exacte, notamment les sociétés de chemins de fer.
Cette série d’images montre diverses étapes de la construction de la structure de grès de l’Observatoire ainsi que l’équipement utilisé pour soulever les grosses pierres et mettre en place le dôme et la lunette astronomique. L’édifice existe encore et demeure l’un des hauts lieux de la Ferme expérimentale centrale à Ottawa.
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| Ces photographies de la construction de l’Observatoire fédéral ont probablement été prises par J. S. Plaskett, arrivé de l’Université de Toronto à Ottawa en juillet 1903. La dernière photo, en bas à droite, montre l’installation du dôme en 1904. |
Un budget de 350 000 $ avait été alloué à la construction du bâtiment et à l’acquisition d’équipement. La lunette, dont l’optique allait provenir du fabricant John Brashear, a été commandée à la firme Warner & Swasey en juin 1901. Les deux entreprises étaient installées à Pittsburgh, en Pennsylvanie. Le coût de la lunette, terminée en janvier 1903, devait s’élever à 14 625 $. Des horloges de précision, dont une fabriquée par Sigmund Riefler, ainsi que des horloges sidérales et solaires ont été commandées de Paris et reçues en septembre 1902. Dès leur arrivée, les astronomes les ont mises à l’essai pour en vérifier l’exactitude et la fiabilité.
La construction de l’édifice sur lequel allait être posé le dôme de la lunette a débuté en juillet 1902, lorsque Klotz et King ont déterminé l’alignement, c’est-à-dire l’orientation du bâtiment. La partie principale de la structure a été orientée en fonction des instruments de passage, selon un axe est-ouest. Il fallait positionner la lunette de passage et le cercle méridien avec précision pour permettre l’observation du plan nord-sud du ciel – le méridien. Le 12 août, l’entrepreneur en bâtiment, Théophile Viau, a commencé l’excavation du terrain. Le coût total des travaux réalisés à contrat s’est élevé à 74 999 $. Le contrat de réalisation de la salle des instruments de passage, jointe au côté ouest du bâtiment principal, a été décroché par la firme McGillivray & Labelle en 1904 et l’occupation de la salle était prévue pour la mi-avril 1905.
L’Observatoire fédéral a été terminé en 1905. Cette photographie a probablement été prise par J. S. Plaskett. |
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La construction de l’Observatoire fédéral s’est bien achevée en 1905 et la « première lueur » a pu être observée à l’instrument principal, une lunette astronomique (« télescope » réfracteur) de 15 po de diamètre, au printemps, le 17 avril 1905. L’Observatoire est devenu le grand point de référence pour le calcul de l’heure ainsi que de la latitude, la longitude et l’altitude de divers lieux au Canada. Les nouvelles installations combinaient des fonctions auparavant exercées dans plusieurs ministères du gouvernement, mais à celles-ci s’ajoutait l’étude astronomique des phénomènes naturels du Soleil et des autres corps célestes. Le personnel de l’Observatoire devait aussi étudier les variations gravitationnelles liées à la forme de la Terre et aux ressources naturelles enfouies dans le sol, comme le fer.
J. S. Plaskett illustrant la position d’observation au cercle méridien, période 1913-1916 |
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 | | Horloge sidérale de précision de Sigmund Riefler (MSTC 1966.0545). Le pendule subissait une succion légère et recevait la pulsion périodique d’un électroaimant. D’une précision de 0,015 s par jour, les horloges de ce modèle étaient les plus précises sur le marché, période 1891-1928. |
Durant les premières années, l’Observatoire avait pour fonction première de calculer l’heure. Pour cela, les scientifiques employaient un type de lunette astronomique appelé lunette de passage. Les mouvements de cet instrument se bornaient au méridien, c’est-à-dire le plan nord-sud du ciel, et au zénith, le point situé directement au-dessus de l’astronome. Le Musée des sciences et de la technologie du Canada conserve l’une des lunettes de passage d’origine, mais la plus grosse, le cercle méridien des premiers temps, a été détruite lors de la fermeture de l’Observatoire, en 1970. Tout ce qui en reste, ce sont des photographies. Jusqu’au début des années 1930, cette lunette était le principal instrument qu’on employait pour mesurer le moment où les étoiles passaient au méridien. Pour déterminer l’heure avec exactitude au Canada, on comparait les mesures du temps à celles prises à Greenwich, à Washington et ailleurs. On marquait le temps à l’aide d’une horloge sidérale à remontage automatique fabriquée par Sigmund Riefler (l’horloge Riefler du Musée, 1966.0545, a été acquise à la même époque que celle-ci mais provient de l’observatoire de Saint John, au Nouveau-Brunswick) et on acheminait les signaux horaires par télégraphe partout à Ottawa de même qu’aux compagnies de chemins de fer et à des observatoires gouvernementaux disséminés de Saint John à Victoria.
La lunette (MSTC 1974.0488) de 15 po (38 cm) de Warner & Swasey et Brashear (période 1930-1932), « télescope » principal de l’Observatoire, était et est demeurée la plus grande lunette astronomique au Canada. |
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Le doublet achromatique original de
15 po (38 cm) de la lunette astronomique (MSTC 1975.1087) a été fabriqué par John Brashear. Il a été remplacé en 1958 par le plus gros système de lentilles à trois composantes (apochromatiques) qui soit, mis au point par la société Perkin-Elmer de Norwalk au Connecticut. L’ouverture numérique utile de la lunette équivaut à f:15 dans une longueur de tube de
225 po (5,7 m). |
La lunette astronomique de 15 po (38 cm, 1974.0488) installée en 1905 est la plus grosse de ce type à avoir été érigée au Canada et est encore utilisée régulièrement à l’Observatoire Helen Sawyer Hogg du Musée. La lentille à objectif achromatique Brashear d’origine (1975.1087) a été remplacée en 1958 par une lentille qui convenait mieux à la photographie. Celle-ci, une lentille apochromatique triple mise au point par Perkin-Elmer, est la plus grosse du genre jamais fabriquée. La transmission mécanique de la lunette, qui permettait de repérer les étoiles, a elle aussi été remplacée à la même époque. La transmission mécanique d’origine (1974.0488), qui fonctionnait grâce à un mécanisme à masses tombantes (comme celui des horloges de parquet), était logée dans la base de la lunette. La vitesse du moteur était contrôlée par un régulateur mécanique inventé par James Watt au XVIIIe siècle et souvent utilisé dans les moteurs à vapeur.
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| La transmission mécanique originale fonctionnait grâce à des masses tombantes. Le régulateur mécanique (MSTC 1974.0488.7, à droite) demeure intact. |
L’intérêt que Klotz manifestait pour le Soleil a été satisfait par l’achat d’un héliostat (1966.0402), une lunette pour capter les rayons du Soleil. L’héliostat permettait aux astronomes d’étudier la composition du Soleil en observant son spectre et d’examiner les taches solaires en prenant des photographies du Soleil chaque jour où le ciel était dégagé. Cet instrument a d’abord été envoyé au Labrador (1974.0754) en 1905, en mission d’observation d’une éclipse solaire totale.
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| Installation de l’héliostat pour l’éclipse solaire de 1905 au Labrador. Les photographies témoignant de l’expédition (MSTC 1974.0754) ont été prises par J. S. Plaskett. |
De retour à Ottawa, l’héliostat a été logé pendant presque 70 ans dans un hangar de conception spéciale à manutention horizontale. À partir de 1905, les astronomes de l’Observatoire fédéral ont fait des contributions notables à l’étude du Soleil, un aspect de l’astronomie canadienne qui s’est poursuivi avec de nouveaux instruments radio et optiques jusqu’en 1993, lorsque le dernier programme solaire a pris fin.
Extérieur du hangar abritant l’héliostat à l’Observatoire. |
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Miroirs de poursuite du Soleil de l’héliostat (MSTC 1966.0402). Remarquez les murs à persiennes du hangar prévenant les accumulations de chaleur. |
Micromètre à fil Warner & Swasey (MSTC 1970.0212) servant à mesurer les distances entre les étoiles doubles. |
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Spectrographe à prisme attaché à la lunette astronomique de 15 po (38 cm), servant à photographier les spectres des astres pour classer et mesurer la vélocité des étoiles doubles, vers 1930. |
L’une des études stellaires de l’Observatoire consistait à mesurer le mouvement d’une étoile autour d’une autre à l’intérieur d’un système d’étoiles doubles ou multiples. Warner & Swasey a fabriqué un micromètre à fil (1970.0212) pour cette étude, mais les astronomes se sont vite intéressés davantage à la physique, ou l’astrophysique, des étoiles et des nébuleuses (nuages gazeux ou galaxies). Les études sur la composition du Soleil et des autres étoiles nécessitent un spectrographe. Les premiers instruments de ce genre comportaient plusieurs prismes de verre qui divisaient et répartissaient la lumière d’un astre. Un appareil photographique joint au spectrographe permettait de capter le spectre sur pellicule pour l’étudier plus tard. Selon la luminosité de l’étoile ou de la nébuleuse, une séance de pose durait de quelques minutes à quelques heures. Le bon fonctionnement du mécanisme d’entraînement de la lunette était crucial parce qu’il permettait un déplacement qui compensait la rotation quotidienne de la Terre.
Première illustration du spectre du Soleil par Joseph von Fraunhofer, vers 1815 (Astronomische Nachrichten, 1874) |
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Deux aspects des études spectroscopiques étaient très importants. D’abord, les spectres astraux font voir des lignes (un genre de code à barres cosmique) qui varient d’un corps céleste à l’autre. Les lignes d’un astre donné peuvent aussi varier au fil du temps. La position de ces lignes, en comparaison avec une série de lignes standard connues, indique de quoi l’astre se compose et si celui-ci s’approche ou s’éloigne de la Terre, grâce à un processus appelé le décalage Doppler. Ensuite, les mesures très précises de ces lignes spectrales sont prises à l’aide d’un système de mesure. Le Musée conserve trois des premiers dispositifs du genre de l’Observatoire fédéral. Ceux-ci ont été fabriqués par les firmes allemandes Toepfer (1970.0214 et 1970.0221) et Zeiss (1970.0222).
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| Deux des systèmes de l’Observatoire servant à mesurer les lignes spectrales sur les photographies de spectres (MSTC 1970.0214, à gauche, et MSTC 1970.0222, à droite). |
L’astrographe double (MSTC 1966.0401) a deux appareils photographiques principaux et un appareil de patrouille. L’appareil au couvercle relevé a un prisme de verre mince à l’avant. Les plus petits appareils servent respectivement à repérer les astres à photographier et à suivre les astres durant les longues séances de pose. | Un autre instrument important est venu s’ajouter à l’ensemble dix ans plus tard. L’astrographe double (1966.0401, une lunette à deux appareils photographiques) avait son propre petit dôme adjacent au bâtiment principal. Il servait à photographier les amas stellaires. Les astronomes pouvaient ensuite mesurer la luminosité des étoiles sur les photographies à l’aide d’un instrument appelé photomètre. Un des appareils photographiques de l’astrographe était muni d’un prisme de verre mince à l’avant, ce qui permettait de photographier simultanément des amas stellaires et leurs spectres. Pour que cette caractéristique supplémentaire de l’astrographe soit profitable, on devait pouvoir régler la direction de l’une des lunettes afin de compenser le fait que la lunette munie du prisme pointait vers un champ stellaire situé en dehors de l’axe de l’astrographe. Grâce aux photographies et aux spectres, les astronomes ont pu découvrir des étoiles variables et utiliser les données recueillies pour déterminer la distance qui sépare la Terre des nébuleuses et des amas stellaires.
Le Musée possède deux photomètres, l’un fabriqué par Warner & Swasey et l’autre, plus récent, par Kipp & Zonen (1970.1516 et 1970.0213). Ces photomètres servaient à mesurer la luminosité des corps célestes à partir des photographies prises par l’astrographe. Celui de Warner & Swasey était un photomètre à prisme. La longue bande noire qu’on aperçoit sur la photographie est un prisme photographique dont la densité varie d’une extrémité à l’autre. L’astronome ajustait manuellement la position de l’oculaire jusqu’à ce que l’étoile disparaisse. La position graphique indiquait la luminosité d’une étoile en comparaison avec les autres – une combinaison d’étoiles dont la luminosité était connue ou inconnue. L’autre photomètre, celui de Kipp & Zonen, utilisait l’effet photoélectrique découvert par Einstein en 1905. Une lumière était projetée sur le négatif d’une photographie d’étoiles et ensuite sur une cellule photo-émissive, créant un courant électrique. Ce courant était proportionnel à la quantité de lumière reçue, ce qui indiquait la luminosité de chacune des étoiles. Cette analyse exigeait une attention méticuleuse pour que l’on puisse détecter une variété d’effets et d’erreurs possibles.
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| Le plus petit de ces deux photomètres (MSTC 1970.0516, à gauche), fabriqué par Warner & Swasey vers 1903, fonctionnait avec un prisme en verre. L’autre (MSTC 1970.0213, à droite), produit par Kipp & Zonen en 1930, utilisait des signaux lumineux et électriques pour prendre des mesures. |
Dans les premières années de l’Observatoire, ses astronomes, en particulier John Plaskett, ont assez vite envisagé l’expansion de ses études scientifiques. Plaskett désirait un instrument beaucoup plus puissant et a persuadé le gouvernement canadien de financer un nouvel observatoire équipé de ce qui devait être le plus gros télescope au monde. Cette démarche a mené à la construction de l’Observatoire fédéral d’astrophysique à Victoria, en Colombie-Britannique. À son achèvement en 1917, le télescope de 72 po (183 cm) était le plus gros au monde, mais il l’est demeuré seulement jusqu’en 1918. La Première Guerre mondiale avait retardé son achèvement puisque le miroir de 72 po (183 cm) devait être fabriqué en Belgique, près de l’épicentre du conflit. Sous la direction de Plaskett, le Canada est devenu un chef de file en études astrophysiques et il l’est encore aujourd’hui.
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