Un nouveau type de télescope spatial pourrait aider à trouver de la vie sur d'autres planètes ou à découvrir d'autres systèmes solaires comme le nôtre, selon un rapport récemment réalisé par les Académies nationales des sciences, Ingénierie et médecine.

L'astrophysicien de Stanford Bruce Macintosh, qui était membre du comité de rapport, a déclaré que le télescope proposé imagerait directement des exoplanètes semblables à la Terre en orbite autour d'étoiles similaires à notre soleil, et pourrait travailler en collaboration avec des observatoires au sol pour recueillir des données chimiques sur les atmosphères des exoplanètes.

Stanford Report s'est entretenu avec Macintosh sur le fonctionnement du télescope proposé, ce que c'est que de trouver des systèmes solaires lointains et ce que nous pouvons apprendre en recherchant des planètes habitables.

Pourquoi le Congrès a-t-il demandé ce rapport ?

Ce rapport a mis en évidence deux questions clés qui détermineront l'avenir de la recherche sur les exoplanètes. Le grand est, existe-t-il d'autres planètes porteuses de vie ? L'autre grande question est, comment se forment et évoluent les systèmes planétaires, et notre système solaire est-il rare ou une partie commune de ce processus ?

Nous savons maintenant que les planètes autour d'autres étoiles sont assez communes, mais nous ne comprenons pas complètement comment ces autres systèmes solaires se forment. En réalité, nous comprenons moins comment les planètes se forment maintenant que nous ne comprenons comment se forment les trous noirs ou les étoiles à neutrons.

Comment les exoplanètes sont-elles découvertes et étudiées maintenant ?

Il existe plusieurs façons d'étudier les exoplanètes. Les dominantes sont ce que l'on appelle les techniques indirectes, où vous ne voyez pas vraiment la planète. La plus courante de ces méthodes indirectes est la technique du transit. C'est là que la planète, en orbite, passe devant l'étoile, le bloquant un peu vu de la Terre et le faisant s'obscurcir légèrement pendant quelques heures.

Mais il y a des limites à la technique du transit. Pour l'instant, il vous permet seulement d'étudier les détails atmosphériques des planètes géantes, planètes plusieurs fois plus grosses que la Terre, car ils ont de grandes atmosphères qui absorbent beaucoup de lumière. Aussi, les chances que cela fonctionne augmentent si la planète est proche de l'étoile et si l'étoile est petite, c'est donc un excellent moyen d'étudier les planètes proches de petites étoiles. C'est intéressant, mais cela ne fonctionne pas pour les planètes semblables à la Terre autour de grandes étoiles et cela ne fonctionne pas du tout pour les planètes éloignées de leurs étoiles.

L'autre approche, c'est ce que fait notre groupe ici, est l'imagerie directe. C'est là que vous voyez réellement une planète séparée d'une étoile. C'est vraiment, vraiment difficile parce que les planètes sont des millions et des milliards de fois plus faibles que leurs étoiles. À l'heure actuelle, l'imagerie directe ne fonctionne que pour les planètes plus grosses que Jupiter et éloignées de leur étoile.

Actuellement, seuls les télescopes au sol sont capables d'imager directement les exoplanètes. Les télescopes que nous avons dans l'espace ne sont pas vraiment conçus pour le faire pour le moment. Un message clair de ce rapport est que si nous allons voir des planètes comme la Terre en orbite autour d'étoiles comme notre soleil, nous avons besoin de télescopes spatiaux conçus pour cela.

Comment fonctionneraient ces télescopes ?

Deux approches principales sont envisagées. Le premier est ce qu'on appelle un télescope "coronagraphe", qui utilise des miroirs et des masques à l'intérieur du télescope lui-même pour créer une éclipse artificielle qui bloque la lumière des étoiles afin que le petit, planète faible à côté d'elle est détectable.

L'autre approche, appelé ombre stellaire, représente une manière différente de créer une éclipse artificielle. Pour comprendre comment cela fonctionne, imaginez que vous vouliez voir un oiseau voler près du soleil. Que fais-tu? Vous levez la main et bloquez le soleil. Une ombrelle fonctionne selon le même principe, sauf que c'est de l'espace, vous avez donc une main spatiale géante d'environ 50 mètres de diamètre et d'environ 30, 000 à 50, 000 miles de votre télescope.

Cette main géante, ou ombre des étoiles, des mouches s'alignent entre votre télescope et l'étoile afin que la lumière de l'étoile soit bloquée et que la planète puisse jeter un coup d'œil autour de son bord. Every time you want to look at a new star, you move the pair of them around to point in a different direction.

When they're operating, they have to hold their alignment to about a meter or so relative to each other. That's hard, but it's engineering hard. The physics is really easy. We can show that the shape of the starshade is crucial for making the shadow dark enough so that it really, really blocks the star. And some of us at Stanford are working on a microsatellite to test the concept.

What would an exoplanet that has been imaged by one of these telescopes look like?

We're not making pictures like the Apollo 8 picture, where you see the continents and so on. À l'heure actuelle, and for the foreseeable future, exoplanets imaged this way will still look like a dot – but it's a dot that we can use to measure a planet's chemistry and understand what it's made of.

What can you learn about an exoplanet through direct imaging that you can't with indirect methods?

Because you've blocked out the star, you're actually seeing reflected light from the planet itself, not just inferring it's there. And if you see light from objects, you can do what we call spectroscopy, where you look for the light signatures of particular atoms or molecules that are present in the planet's atmosphere.

The hope is you'd see the signature of oxygen because we think the only way you can get a lot of oxygen in a planet together with other substances like methane is if something changes the chemistry of that planet and kicks it out of equilibrium.

The reason we have oxygen on Earth is life. If you kill everything on Earth, then the oxygen will go away in a few million years. It's not impossible other planets could make oxygen on their own, but by far the best explanation we know of is the presence of life, so that's really what you're looking for is that signature of oxygen.

When could the first of these planet-imaging telescopes launch?

That's the less good news. We already have the next big space telescope, le télescope spatial James Webb, which is currently scheduled to launch in 2021.

The next project beyond that is a telescope called WFIRST. The proposed planet imager would have to start after WFIRST. That probably translates into a launch in something like 2035 or even a little bit later.

En 2015, your group discovered a Jupiter-like exoplanet using the Gemini South Telescope in Chile, and before that, you helped discover a four-planet system. What does it feel like to discover a new world?

It's pretty awesome. We've had Kepler's laws for 400 years, but when we discovered the HR8799 planets, we were witnessing Kepler's laws in action – in a system with four giant planets that's light-years away. It's just spectacularly awesome.

Why is studying exoplanets important?

That's a legitimate question to ask. This is not knowledge that leads to concrete results on Earth, and we're not going to visit these planets for hundreds of years at least, but it's important to our perspective on the universe.

Il était une fois, humans were the center of the universe, and then astronomers proved that we were not the center of the universe. That shifted, fundamentally, our view of how important we are, and how the universe doesn't really revolve around us, but we're still the only life we know of in the universe.

If we discover that life exists elsewhere in the universe, that's a similarly epochal shift in our perception of how we fit in it. Or it's possible that life is really rare, and the exact circumstances that made Earth such a beautiful planet haven't happened in all these other thousands of solar systems, and we're the only one that got it right.

That's almost as important to know. If we're the only habitable planet within 1, 000 années-lumière, we really should do a good job of looking after this one habitable planet because it's even more precious and special than we knew.

We could build the equipment that's needed to answer that fundamental question, but it's going to take us 20 years to build it, so we better get started now.