Un télescope futuriste la conception pourrait un jour permettre aux scientifiques d’examiner enfin les détails fins de l’atmosphère des exoplanètes de la taille de la Terre – confirmant si certains sont des mondes potentiellement habitables. Il le ferait en utilisant la gravité du Soleil et une bizarrerie de la physique einsteinienne.
Le soi-disant “télescope à gravité” utiliserait le Soleil pour examiner des mondes très éloignés, peut-être dans quelques décennies si le financement, la technologie et se réunissaient de la bonne manière, selon de nouvelles recherches.
Le co-auteur et chercheur sur les exoplanètes Bruce Macintosh de l’Université de Stanford raconte Inverse son bref article, publié le 2 mai dans Le Journal Astrophysiques’appuie sur des décennies de recherche par des ingénieurs et des scientifiques cherchant à mieux comprendre les 5 000 planètes connues en dehors de notre système solaire.
Comment ça marche? – Le concept d’utiliser le Soleil comme télescope est également vieux de plusieurs décennies, mais des articles comme ce travail récemment publié peuvent donner plus de détails sur l’initiative, dit-il.
Le télescope à gravité utilise une technique astronomique établie de longue date appelée lentille gravitationnelle. L’effet se produit lorsqu’un objet massif au premier plan (comme une galaxie) dévie la lumière d’un objet distant à l’arrière-plan (comme une planète). Einstein a correctement prédit cet effet au moins dès 1936.
L’article imagine l’utilisation d’un télescope de classe Hubble à une grande distance (550 unités astronomiques, ou distances Soleil-Terre). C’est relativement proche en termes astronomiques mais toujours décourageant. “C’est environ deux fois plus loin que Pluton, ou environ sept ou huit fois plus loin que le vaisseau spatial Voyager”, explique Macintosh.
La distance de 550 UA est la région focale de la lentille gravitationnelle du Soleil, permettant à la source nécessitant un grossissement (l’exoplanète) et à la lentille du Soleil de s’aligner afin que le télescope puisse voir des objets éloignés derrière, réfractés par la gravité du Soleil.
Fouiller dans les détails – Macintosh a averti que son équipe n’était pas composée d’ingénieurs, mais le télescope devrait probablement être équipé d’un pare-soleil (un coronographe) pour le protéger de toute lumière parasite et bloquer la lumière du Soleil. Les coronagraphes sont bien testés dans l’espace et sont équipés sur certains instruments à bord du télescope spatial James Webb.
Les événements de lentille gravitationnelle d’étoiles ou de planètes individuelles sont généralement accidentels. Les astronomes ne savent généralement pas que les objets d’arrière-plan existent même jusqu’à ce qu’ils apparaissent dans une image d’archive d’un télescope qui regarde dans cette zone du ciel. Cependant, le télescope spatial James Webb de la NASA prévoit d’exploiter délibérément la technique pour une ancienne étoile récemment détectée qui se déplacera derrière les membres de premier plan d’un amas d’étoiles.
En théorie, il semble que l’utilisation du Soleil comme lentille gravitationnelle serait encore plus facile. Après tout, il est plus proche de nous, et l’effet de lentille gravitationnelle serait donc considérablement plus robuste. De plus, le Soleil serait utilisé pour examiner les planètes déjà découvertes, rendant le processus d’investigation plus efficace. Cela dit, il y a des questions technologiques considérables que les astronomes et les ingénieurs doivent aborder avant de faire de cette vision une réalité, a déclaré Macintosh.
“Une partie du but de cet article était d’examiner très attentivement les mathématiques et la physique, et d’essayer de comprendre à quel point cela fonctionnerait bien d’avoir une image que vous pourriez faire [of a planet]et comment vous feriez pour faire cette image », explique Macintosh, qui est également directeur adjoint de l’Institut Kavli pour l’astrophysique des particules et la cosmologie (KIPAC).
En théorie, le télescope futuriste peut être capable de regarder le spectre de l’atmosphère d’une planète rocheuse lointaine pour regarder les signaux de la chlorophylle, essayer de voir le signal “brillant et réfléchissant” de l’eau, ou regarder les compositions chimiques des nuages, il ajouta.
En comparaison, le télescope spatial James Webb de la NASA récemment lancé examinera moins en détail les atmosphères des géantes gazeuses. Macintosh dit que les astronomes chargeront les observatoires d’ici 20 ans d’examiner la signature de l’oxygène dans les atmosphères rocheuses du monde.
Le télescope à gravité serait donc la prochaine étape logique, a-t-il dit, et une étape importante. “Je pense qu’il y a aussi quelque chose de fascinant à faire cette première image d’un monde porteur de vie”, a-t-il déclaré.
Revenant aux études télescopiques pionnières des années 1600 sur la lune, les anneaux de Saturne et Jupiter avec l’un des premiers télescopes, il a ajouté : “C’est comme si Galilée regardait à travers le télescope pour la première fois.”
“L’une des choses à propos du Soleil, en tant qu’objectif, c’est que ce n’est en fait pas un très bon objectif”, a plaisanté Macintosh. “Si quelqu’un essayait de vous vendre cet objectif, nous le renverrions au magasin.”
Les inconvénients – L’un des principaux obstacles est la pure luminosité du Soleil qui, si elle n’est pas gérée correctement, pourrait facilement effacer la lumière subtile d’une exoplanète. La lentille peut également être sujette à des aberrations sphériques et à l’astigmatisme, comme une étude de 2021 dans Examen physique D discuté.
Mais des études de faisabilité sur les lentilles solaires sont en cours depuis des décennies, y compris un effort clé en 1979 du professeur de Stanford Von Russel Eshleman, maintenant professeur émérite de génie électrique. Eshelman a réfléchi à la manière dont les astronomes et les engins spatiaux pourraient utiliser l’objectif, et son article a aidé à guider la dernière étude.
Le vaisseau spatial Voyager, aussi réussi soit-il, fournit une excellente étude de cas sur la manière dont la technologie pourrait devoir changer pour rendre ce télescope futuriste plus efficace. Leurs signaux mettent près d’une journée pour atteindre la Terre par radio, ou plus précisément, 21,5 heures pour Voyager 1 et environ 18 pour Voyager 2. Il faut également un signal de la NASA aussi long pour envoyer une commande au vaisseau spatial distant via le réseau spatial profond de la Terre. paraboles radio.
C’était le mieux que nous pouvions faire avec la technologie des années 1970, mais Macintosh a déclaré que le nouveau télescope tirerait idéalement parti de l’intelligence artificielle et des avancées de la technologie de compression des données pour accélérer les communications dans les deux sens, peut-être en utilisant des lasers à la suite de nombreuses études de faisabilité récentes de la NASA avec des engins spatiaux. (Cela accélérerait le taux de transfert de données, bien que les lasers, comme les ondes radio, soient limités par la vitesse de la lumière.)
“Le télescope devrait être assez autonome, à la fois pour planifier les observations et suivre la planète”, a-t-il déclaré. “Il devrait également prendre des décisions intelligentes sur les données à renvoyer et sur la manière de les compresser.”
C’est tout, bien sûr, en supposant que le télescope puisse se rendre dans cette région en premier lieu. Considérant que les Voyagers ont été lancés il y a 45 ans et viennent de se déplacer dans l’espace interstellaire au cours de la dernière décennie, la nouvelle étude appelle à davantage de progrès dans la technologie des fusées pour que le télescope à lentille exoplanétaire de la taille de Hubble soit disponible plus rapidement.
Mais une fois le télescope en place, l’auteur principal Alexander Madurowicz, titulaire d’un doctorat. étudiant au KIPAC, a écrit que le télescope serait une étape “remarquable” dans l’imagerie astronomique.
“Récemment, la collaboration Event Horizon Telescope (EHT) a publié sa célèbre image du trou noir supermassif au centre de la galaxie M87”, a-t-il déclaré dans un article de blog. “En utilisant un vaste réseau interférométrique de paraboles radio réparties sur la surface de la Terre et en combinant toutes les mesures pour agir comme un seul télescope de la taille de la Terre, ils ont pu produire l’image à résolution angulaire la plus élevée de tous les temps.”
La lentille gravitationnelle solaire, a-t-il dit, produirait des images avec une résolution angulaire de 25 nanosecondes d’arc, ce qui serait beaucoup plus fin que la résolution de 25 microsecondes d’arc de l’EHT. En d’autres termes, la lentille solaire serait une étape importante dans l’imagerie détaillée.
Et après – Madurowicz a également fourni une voie aux futurs ingénieurs pour relever certains des plus grands défis à l’avenir. “Tout d’abord, une planète cible doit être identifiée et localisée dans le ciel avec une précision suffisante”, explique-t-il. “Ensuite, le télescope doit naviguer pour aligner les orbites de l’engin, du Soleil et de la planète cible.”
“Enfin, des stratégies d’instrumentation optique capables d’éliminer la lumière contaminante du Soleil, de la couronne, de l’étoile hôte et des objets d’arrière-plan doivent être déployées pour améliorer le rapport signal sur bruit”, ajoute-t-il.