Le télescope spatial SPHEREx de la NASA commence à ressembler beaucoup à ce qu’il sera lorsqu’il arrivera en orbite terrestre et commencera à cartographier l’ensemble du ciel. Abréviation de Specto-Photometer for the History of the Universe, Epoch of Reionization et Ices Explorer, SPHEREx ressemble à un porte-voix, même s’il mesurera près de 8,5 pieds de haut (2,6 mètres) et s’étendra sur près de 10,5 pieds (3,2 mètres) de large. Ce sont ses boucliers photoniques en forme de cône qui donnent à l’observatoire sa forme distinctive, qui sont assemblés dans une salle blanche du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
Trois cônes, chacun niché dans un autre, entoureront le télescope de SPHEREx pour le protéger de la lumière et de la chaleur du soleil et de la Terre. Le vaisseau spatial balayera chaque partie du ciel, comme s’il scrutait l’intérieur d’un globe, pour réaliser deux cartes du ciel chaque année.
« SPHEREx doit être assez agile car le vaisseau spatial doit se déplacer relativement rapidement lorsqu’il scrute le ciel », a déclaré Sara Susca du JPL, responsable adjointe de la charge utile et ingénieure des systèmes de charge utile pour la mission. « Cela ne semble pas être le cas, mais les boucliers sont en fait assez légers et constitués de couches de matériaux comme un sandwich. L’extérieur est constitué de feuilles d’aluminium et l’intérieur se trouve une structure en nid d’abeille en aluminium qui ressemble à du carton, légère mais solide. »
Lors de son lancement, au plus tard en avril 2025, SPHEREx aidera les scientifiques à mieux comprendre l’origine de l’eau et d’autres ingrédients clés nécessaires à la vie. Pour ce faire, la mission mesurera l’abondance de glace d’eau dans les nuages interstellaires de gaz et de poussière, où naissent les nouvelles étoiles et à partir desquels les planètes finissent par se former. Il étudiera l’histoire cosmique des galaxies en mesurant la lumière collective qu’elles produisent.
Ces mesures permettront de déterminer quand les galaxies ont commencé à se former et comment leur formation a changé au fil du temps. Enfin, en cartographiant l’emplacement de millions de galaxies les unes par rapport aux autres, SPHEREx cherchera de nouveaux indices sur la manière dont l’expansion rapide, ou inflation, de l’univers s’est produite une fraction de seconde après le big bang.
Le SPHEREx de la NASA créera une carte du ciel pas comme les autres. Découvrez certains des matériels spéciaux que la mission utilise pour réaliser des recherches scientifiques de pointe. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Frais et stable
SPHEREx fera tout cela en détectant la lumière infrarouge, une gamme de longueurs d’onde plus longue que la lumière visible que les yeux humains peuvent voir. La lumière infrarouge est aussi parfois appelée rayonnement thermique car tous les objets chauds l’émettent. Même le télescope peut créer de la lumière infrarouge. Parce que cette lumière interférerait avec ses détecteurs, le télescope doit rester froid, en dessous de moins 350 degrés Fahrenheit (environ moins 210 degrés Celsius).
Le bouclier photonique externe bloquera la lumière et la chaleur du soleil et de la Terre, et les espaces entre les cônes empêcheront la chaleur de pénétrer vers le télescope. Mais pour garantir que SPHEREx atteigne sa température de fonctionnement glaciale, il a également besoin de ce qu’on appelle un radiateur à rainure en V : trois miroirs coniques, chacun comme un parapluie renversé, empilés les uns sur les autres. Situé sous les boucliers photoniques, chacun est composé d’une série de coins qui redirigent la lumière infrarouge afin qu’elle rebondisse à travers les espaces entre les boucliers et dans l’espace. Cela élimine la chaleur véhiculée à travers les supports par le bus du vaisseau spatial à température ambiante qui contient l’ordinateur et l’électronique.
« Nous ne nous préoccupons pas seulement du froid de SPHEREx, mais également du fait que sa température reste la même », a déclaré Konstantin Penanen du JPL, responsable de la charge utile pour la mission. « Si la température varie, cela pourrait modifier la sensibilité du détecteur, ce qui pourrait se traduire par un faux signal. »
L’oeil sur le ciel
Le cœur de SPHEREx est bien entendu son télescope, qui collecte la lumière infrarouge provenant de sources lointaines à l’aide de trois miroirs et de six détecteurs. Le télescope est incliné sur sa base afin de pouvoir voir la plus grande partie du ciel possible tout en restant sous la protection des boucliers photoniques.
Construit par Ball Aerospace à Boulder, Colorado, le télescope est arrivé en mai à Caltech à Pasadena, en Californie, où il a été intégré aux détecteurs et au radiateur à rainure en V. Ensuite, au JPL, les ingénieurs l’ont fixé à une table vibrante qui simule les secousses que le télescope subira lors du voyage en fusée vers l’espace. Après cela, il est retourné à Caltech, où les scientifiques ont confirmé que ses miroirs étaient toujours au point après les tests de vibration.
La « vision » infrarouge de SPHEREx
Les miroirs à l’intérieur du télescope SPHEREx collectent la lumière d’objets distants, mais ce sont les détecteurs qui peuvent « voir » les longueurs d’onde infrarouges que la mission tente d’observer.
Une étoile comme notre soleil émet toute la gamme des longueurs d’onde visibles, elle est donc blanche (bien que l’atmosphère terrestre la fasse paraître plus jaune à nos yeux). Un prisme peut diviser cette lumière en longueurs d’onde qui la composent : un arc-en-ciel. C’est ce qu’on appelle la spectroscopie.
SPHEREx utilisera des filtres installés au-dessus de ses détecteurs pour effectuer la spectroscopie. De la taille d’un cracker, chaque filtre apparaît irisé à l’œil nu et comporte plusieurs segments pour bloquer toutes les longueurs d’onde spécifiques de la lumière infrarouge, sauf une. Chaque objet observé par SPHEREx sera imagé par chaque segment, permettant aux scientifiques de voir les longueurs d’onde infrarouges spécifiques émises par cet objet, qu’il s’agisse d’une étoile ou d’une galaxie. Au total, le télescope peut observer plus de 100 longueurs d’onde distinctes.
Et à partir de là, SPHEREx créera des cartes de l’univers sans précédent.