Les télescopes conçus pour fonctionner dans l’espace doivent être construits différemment de ceux destinés à fonctionner au sol. Mais qu’en est-il des télescopes qui fonctionnent entre les deux ?
Une prochaine mission de la NASA utilisera un ballon plus grand qu’un terrain de football pour envoyer un télescope à 130 000 pieds (environ 40 000 mètres) au-dessus de l’Antarctique. De cette hauteur, le télescope étudiera un phénomène qui étouffe la formation d’étoiles dans certaines galaxies, les tuant efficacement.
La mission, appelée Astrophysics Stratospheric Telescope for High Spectral Resolution Observations at Submillimeter-wavelengths, ou ASTHROS, utilisera un miroir primaire (le principal outil de collecte de lumière de ce télescope) qui est lié au plus grand jamais volé sur un ballon à haute altitude. La construction du miroir de 8,2 pieds (2,5 mètres) s’est achevée ce mois-ci. Sa conception et sa construction se sont avérées difficiles en raison de deux exigences clés : le miroir et sa structure de support doivent être exceptionnellement légers pour voyager en ballon, mais suffisamment solides pour empêcher l’attraction de la gravité terrestre de déformer sa forme parabolique presque parfaite de plus d’environ 0,0001. pouces (2,5 micromètres) – une fraction de la largeur d’un cheveu humain.
Géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud, ASTHROS devrait être lancé au plus tôt en décembre 2023, faisant le tour du pôle Sud pendant quatre semaines. Le programme scientifique de ballons de la NASA, géré par le Wallops Flight Facility de l’agence en Virginie, lance 10 à 15 missions de ballons chaque année. Ces missions coûtent généralement moins cher que les missions spatiales et prennent moins de temps pour passer de la planification initiale au déploiement, et elles utilisent de nouvelles technologies qui peuvent être utilisées lors de futures missions spatiales.
Très haut dans la stratosphère, ASTHROS observera les longueurs d’onde de la lumière qui sont bloquées par l’atmosphère terrestre, dans une gamme appelée infrarouge lointain. Son grand miroir améliorera la capacité du télescope à observer des sources de lumière plus faibles et à résoudre des détails plus fins de ces sources.
Ces capacités sont essentielles à l’approche de la mission pour étudier la rétroaction stellaire, le processus par lequel les nuages de gaz et de poussière – les ingrédients de la fabrication des étoiles – sont dispersés dans les galaxies, parfois au point que la formation d’étoiles s’arrête complètement. De nombreux processus contribuent à la rétroaction, notamment les éruptions d’étoiles vivantes et la mort explosive d’étoiles massives sous forme de supernovae. ASTHROS examinera plusieurs régions de formation d’étoiles dans notre galaxie où ces processus ont lieu, créant des cartes 3D haute résolution de la distribution et du mouvement du gaz. La mission examinera également des galaxies lointaines contenant des millions d’étoiles pour voir comment la rétroaction se déroule à grande échelle et dans différents environnements.
« Il est difficile d’explorer la rétroaction depuis son origine, à l’échelle des étoiles individuelles, jusqu’à l’endroit où elle a un effet, à l’échelle des galaxies », a déclaré Jorge Pineda, chercheur principal pour ASTHROS au JPL. « Avec un grand miroir, nous pouvons connecter ces deux. »
Relever le défi
La NASA a engagé Media Lario, une société d’optique en Italie, pour concevoir et produire l’unité de télescope complète d’ASTHROS, y compris un miroir primaire, un miroir secondaire et une structure de support (appelée le berceau). Media Lario avait précédemment développé une méthode unique pour fabriquer des miroirs de télescope infrarouges et optiques légers, que la société utilisait pour produire de nombreux panneaux pour les miroirs primaires du Atacama Large Millimeter Array, un groupe de 66 télescopes au sol au Chili.
Le miroir principal ASTHROS comporte neuf panneaux, qui sont nettement plus faciles à fabriquer qu’un miroir monobloc. La majeure partie des panneaux de miroir est constituée d’aluminium léger, formé dans une structure en nid d’abeille qui réduit sa masse totale. Les surfaces des panneaux sont en nickel et recouvertes d’or, ce qui améliore la réflectivité du miroir aux longueurs d’onde de l’infrarouge lointain.
Étant donné que l’équipe ASTHROS ne sera pas en mesure d’affiner l’alignement des panneaux une fois le télescope décollé, le berceau supportant le miroir doit être léger mais exceptionnellement solide et rigide pour éviter toute déformation. La fibre de carbone ferait l’affaire. Ainsi, pour construire le berceau et d’autres composants structurels, Media Lario s’est tourné vers des entreprises locales en Italie qui produisent généralement des structures spécialisées pour les bateaux et les voitures de course de compétition.
« Je pense que c’est probablement le télescope le plus complexe jamais construit pour une mission de ballon à haute altitude », a déclaré Jose Siles, chef de projet ASTHROS au JPL. « Nous avions des spécifications similaires à celles d’un télescope spatial mais avec un budget, un calendrier et une masse plus serrés. Nous avons dû combiner des techniques de télescopes au sol qui observent dans des longueurs d’onde similaires avec des techniques de fabrication avancées utilisées pour les voiliers de course professionnels. C’est assez unique. »
Media Lario livrera l’ensemble du télescope à la NASA fin juillet. Après cela, l’équipe ASTHROS l’intégrera à la nacelle (la structure qui contient toute la charge utile et se fixe au ballon) et à d’autres composants clés. Ensuite, ils commenceront une série de tests pour s’assurer que tout est prêt pour le vol.