L’interférométrie terrestre s’est révélée être une méthode efficace pour mener des recherches scientifiques en combinant la lumière de plusieurs télescopes pour agir comme un seul grand télescope. Mais comment un télescope interférométrique ultraviolet (UV)/optique sur la Lune peut-il fournir des résultats scientifiques améliorés, et les missions Artemis peuvent-elles contribuer à faire de ce projet une réalité ?
C’est ce qu’un étude récemment soumise La conférence SPIE Astronomical Telescopes + Instrumentation 2024 espère aborder le sujet alors qu’une équipe de chercheurs propose l’imageur stellaire Artemis (AeSI) qui, comme son nom l’indique, pourrait potentiellement être livré à la surface lunaire via les prochaines missions Artemis de la NASA. L’étude est publiée sur le site arXiv serveur de préimpression.
Cette proposition a récemment été acceptée comme étude de phase 1 dans le cadre du programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA et offre le potentiel de développer une méthode révolutionnaire à très haute résolution angulaire pour mener des recherches scientifiques sur d’autres corps planétaires tout en contribuant également à d’autres missions.
Ici, Universe Today discute de cette incroyable recherche avec le Dr Gioia Rau, astrophysicienne au Goddard Space Flight Center de la NASA et directrice de programme à la NSF, concernant la motivation derrière cette étude, les conclusions importantes de ce travail, les prochaines étapes si cela va au-delà de la phase 1, les objectifs à long terme concernant les emplacements de la surface lunaire et comment AeSI peut faire progresser notre compréhension de l’habitabilité des exoplanètes. Par conséquent, quelle était la motivation derrière cette étude ?
Le Dr Rau explique à Universe Today : « La motivation derrière cette étude est d’évaluer si nous pouvons construire et exploiter, en collaboration avec le programme humain Artemis, un grand observatoire à faible ouverture (interféromètre) sur la surface lunaire et déterminer s’il est compétitif avec une option de vol libre précédemment développée.
« L’objectif final est de permettre l’étude de notre univers en ultra haute définition dans les longueurs d’onde ultraviolettes et optiques avec une résolution angulaire environ 200 fois supérieure à celle du HST ! Les observations ultraviolettes sont impossibles à obtenir depuis la surface de la Terre en raison de l’atmosphère sus-jacente et même dans le visible, l’atmosphère terrestre limite la résolution ultime pouvant être obtenue avec des interféromètres au sol. »
Pour cette étude, les chercheurs se sont appuyés sur des propositions de longue date visant à placer des interféromètres UV/optiques dans l’espace, mais en raison du manque d’infrastructures sur la surface lunaire, les scientifiques ont préféré utiliser des satellites et des orbiteurs, que les chercheurs appellent des « free-flyers ».
Pour l’AeSI, les chercheurs proposent de construire un interféromètre lunaire en utilisant une infrastructure amenée sur la Lune via le programme Artemis de la NASA dans le but de fournir des connaissances scientifiques avancées sur les systèmes exoplanétaires, notamment les surfaces des étoiles, leur intérieur, les champs magnétiques, la météo spatiale et l’habitabilité des exoplanètes.
Pour y parvenir, l’AeSI sera composé d’un interféromètre d’imagerie UV/optique de base d’un kilomètre près du pôle sud lunaire, qui est la région d’atterrissage du programme Artemis, plus précisément d’Artemis III.
Outre les avancées scientifiques, l’équipe met également en avant l’évolutivité du projet, soulignant qu’il peut potentiellement contenir jusqu’à 30 éléments ou plus pour servir d’interféromètre unique. En outre, l’équipe aborde plusieurs problèmes qui pourraient survenir au cours de cette entreprise, notamment la poussière lunaire, l’activité sismique et l’utilisation d’aides robotiques comme support auxiliaire pour la construction. Par conséquent, quels sont les principaux enseignements à tirer de cette étude ?
Selon le Dr Rau, « les conclusions les plus importantes de cette étude sont que le projet est réalisable, ce qui démontre que l’idée visionnaire de notre chercheur principal, le Dr Kenneth Carpenter (NASA/Goddard Space Flight Center), peut être développée de manière réaliste. L’étude fournit d’importantes recommandations pour la poursuite des recherches et du développement technologique, qui seront cruciales pour faire avancer le projet et relever les défis techniques et les développements technologiques supplémentaires nécessaires. »
Comme indiqué, l’AeSI a été approuvé pour une étude de phase 1 (taux de réussite inférieur à 4 % !) dans le cadre du programme Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA, le NIAC ayant contribué avec succès à faire progresser la technologie au sein de l’industrie aérospatiale depuis 1998, son nom d’origine étant NASA Institute for Advanced Concepts jusqu’à sa fermeture en 2007.
Seulement deux ans plus tard, le Congrès a demandé à l’Académie nationale des sciences d’examiner les raisons de sa fermeture, ce qui a donné lieu à des recommandations pour l’avenir, qui ont abouti au programme actuel du NIAC en 2011.
Depuis lors, le NIAC a contribué à des avancées technologiques dans les domaines des nanosatellites, de l’exploration planétaire, de la spectroscopie des exoplanètes, de l’astrophysique, de la cosmologie, de la science solaire, de l’exploration spatiale humaine et de bien d’autres. Ces propositions passent par trois phases, chacune permettant d’augmenter le financement et le temps consacré au projet. Par conséquent, étant donné qu’AeSI est une étude de phase 1, quelles sont les prochaines étapes si elle doit être approuvée pour avancement ?
Le Dr Rau déclare : « Les prochaines étapes consisteront à solliciter le soutien du NIAC pour la phase 2 ainsi qu’à rechercher des financements et des ressources supplémentaires. La phase 2 se concentrera sur le développement et l’affinement de l’étude initiale de 9 mois que nous menons dans la phase 1.
« Nous pensons que notre concept visionnaire a le potentiel de révolutionner la recherche scientifique et d’offrir une opportunité significative de démonstration technologique sur la surface lunaire. C’est pourquoi nous espérons vraiment obtenir un soutien supplémentaire… »
Concernant les objectifs à long terme de l’AeSI, le Dr Rau déclare : « Il existe de nombreuses contraintes pour localiser les interféromètres sur la surface lunaire, en particulier les interféromètres optiques et UV ! Nous décrivons cela plus en détail dans le rapport final de l’étude de phase 1 du NIAC, qui sera public et publié au début de l’année prochaine.
« Notre projet prévoit actuellement de commencer par la première étape, composée de 15 rovers en configuration elliptique avec un axe principal de 1 km. L’observatoire évoluera par la suite vers un réseau d’environ 30 rovers avec un hub amélioré pour combiner les faisceaux du plus grand nombre de rovers (stations miroirs) et fournira une résolution angulaire extrêmement élevée des objets célestes tels que les étoiles lointaines semblables au Soleil, les noyaux galactiques actifs (AGN), les exoplanètes, les étoiles froides évoluées, et bien plus encore. »
Comme indiqué, parallèlement aux recherches scientifiques approfondies menées sur les étoiles, l’un des objectifs scientifiques de l’AeSI sera également de déterminer l’habitabilité des exoplanètes, ce qui intervient alors que la NASA a confirmé l’existence de plus de 5 700 exoplanètes dans notre galaxie, la Voie Lactée.
Parmi ceux-ci, près de 70 sont actuellement désignés comme étant dans la « zone habitable » de leur étoile mère, 29 d’entre eux étant potentiellement des mondes terrestres (rocheux) et les 41 restants étant potentiellement des « mondes aquatiques » ou des mini-Neptunes.
Ces mondes potentiellement habitables gravitent en orbite à l’intérieur et à l’extérieur de la zone habitable, et certains d’entre eux se déplacent à la fois à l’intérieur et à l’extérieur de la zone habitable au cours d’une même orbite. Par conséquent, comment AeSI pourrait-il faire progresser notre compréhension de l’habitabilité des exoplanètes ?
Selon le Dr Rau, « l’AeSI nous permettra de mieux comprendre les caractéristiques des étoiles mères des systèmes exoplanétaires lointains. En analysant ces étoiles de manière plus approfondie, nous pourrons mieux comprendre les conditions qui influencent l’habitabilité des planètes qui les entourent. Cela comprend l’examen des interactions entre les planètes et leurs étoiles, qui peuvent avoir un impact significatif sur le potentiel de vie sur ces exoplanètes. »
Alors que la NASA se prépare à renvoyer des humains sur la Lune pour la première fois depuis 1972 avec le programme Artemis, il est important de noter l’incroyable science qui peut être accomplie avec l’infrastructure établie par Artemis.
Par conséquent, l’interférométrie au sol depuis la Terre étant un domaine scientifique établi de longue date et couronné de succès ayant contribué à une meilleure compréhension de la radioastronomie, de la physique solaire, des nébuleuses, des galaxies et des exoplanètes, AeSI offre une opportunité unique de mener des recherches scientifiques révolutionnaires, des images d’étoiles lointaines avec la résolution angulaire la plus élevée jamais réalisée, sur d’autres corps planétaires tout en testant de nouvelles technologies.
Le Dr Rau conclut en disant : « AeSI fournira les toutes premières images de l’univers à très haute résolution angulaire dans l’ultraviolet (UV). Il s’agit d’un énorme bond en avant pour de nombreux aspects de l’astrophysique, de la compréhension de l’activité magnétique des étoiles et de son impact sur les planètes environnantes, aux études détaillées des exoplanètes, de la météorologie spatiale, des AGN, de l’astrophysique stellaire et bien plus encore. »
« Les observations ultraviolettes et optiques à haute résolution angulaire d’AeSI ouvriront de nouvelles frontières en astrophysique, offrant une image plus riche et plus détaillée des composants les plus énergétiques et les plus énigmatiques de l’univers. »
Plus d’informations :
Gioia Rau et al, Artemis-enabled Stellar Imager (AeSI) : un interféromètre d’imagerie UV/optique à longue base lunaire, arXiv (2024). DOI : 10.48550/arxiv.2408.04699