Et si nous pouvions prendre une photo d'une planète semblable à la Terre autour d'une autre étoile suffisamment nette pour voir les continents, océans, et les nuages ​​?

À l'heure actuelle, c'est impossible. De notre point de vue, les exoplanètes (planètes en orbite autour d'autres étoiles) ressemblent à des lucioles à côté de projecteurs. Dans les quelques images que nous avons réussi à prendre d'eux, les exoplanètes ne sont que des points. Alors même que la prochaine génération de télescopes spatiaux arrive en ligne, cela ne changera pas - vous auriez besoin d'un télescope de 90 kilomètres de large pour voir les caractéristiques de la surface d'une planète à 100 années-lumière.

Un groupe de chercheurs a un plan audacieux pour surmonter ces difficultés. Il s'agit d'utiliser des engins spatiaux à voile solaire - peut-être une flotte entière d'entre eux - pour voler plus vite et plus loin de la Terre que n'importe quelle sonde spatiale précédente, faire demi-tour, et utilisez la gravité de notre Soleil lointain comme une loupe géante. Si ça marche, nous allons capturer une image d'une exoplanète si nette que nous pouvons voir des caractéristiques à seulement 10 kilomètres de diamètre.

Le projet, appelé la lentille de gravité solaire, ou SGL, sonne comme quelque chose tout droit sorti de la science-fiction. la NASA et un ensemble d'universités, des entreprises aérospatiales et d'autres organisations sont impliquées, ainsi que le co-fondateur de la Planetary Society Lou Friedman, le gourou de la voile solaire d'origine.

"Je suis toujours excité à l'idée d'essayer de faire quelque chose qui ne peut pas arriver d'une autre manière, " dit Friedman, un consultant pour le projet SGL qui a dirigé un effort de la NASA dans les années 1970 pour envoyer un vaisseau spatial à voile solaire sur la comète de Halley. "La raison pour laquelle nous avons commencé avec la voile solaire à la Planetary Society était parce que cela nous a permis de faire les premiers pas vers l'exploration interstellaire. Notre LightSail a très bien fonctionné, et son succès donne confiance et crédibilité à l'idée de naviguer à travers le système solaire."

Le plan comporte de nombreux obstacles, mais le gain serait incroyable, dit Slava Turyshev, un physicien du Jet Propulsion Laboratory de la NASA qui dirige le projet Solar Gravity Lens.

"Au sein de notre quartier solaire, que nous classons à moins de 100 années-lumière, nous avons identifié plusieurs exoplanètes qui pourraient être dans la zone habitable de leur étoile, " dit Turyshev, se référant au pas trop chaud, région pas trop froide autour d'une étoile dans laquelle de l'eau liquide pourrait exister. "Et maintenant nous avons la question, que ferions-nous si nous trouvions quelque chose qui indique la présence de vie sur une exoplanète ? Pourrions-nous voyager là-bas, ou au moins le voir ?"

Comment ça fonctionne

Albert Einstein a prédit il y a plus d'un siècle l'idée que la gravité peut courber et amplifier la lumière, un concept connu sous le nom de lentille gravitationnelle. Du point de vue de l'observateur, la lumière d'un objet distant passant à proximité d'un objet massif au premier plan est déformée et amplifiée, à condition que l'observateur soit au bon endroit, connu comme le point focal. C'est similaire à la façon dont vous pouvez focaliser une caméra en trouvant la bonne distance de votre cible, plutôt que de régler la mise au point de la caméra.

Le télescope spatial Hubble et d'autres observatoires ont vu ce phénomène :des arcs vaporeux et des anneaux de galaxies lointaines, déformée et amplifiée par la gravité des galaxies plus proches.

Les chercheurs à l'origine du projet SGL disent que nous pouvons faire la même chose pour les exoplanètes :nous avons juste besoin de nous rendre au point focal. Pour une exoplanète à 100 années-lumière, le point focal est à 97 milliards de kilomètres (60 milliards de miles), soit 16 fois plus loin du Soleil que Pluton. Voyageur 1, qui s'est aventuré plus loin dans l'espace que tout autre objet fabriqué par l'homme, n'a parcouru qu'environ 20 milliards de kilomètres (13 milliards de miles), et il a fallu 40 ans au vaisseau spatial pour y arriver.

La solution pour y aller plus vite ? Voile solaire.

Les voiles solaires captent l'élan de la lumière du Soleil et utilisent cet élan comme propulsion. Grâce à cette technologie, un vaisseau spatial SGL volerait près du Soleil, prendre de la vitesse et s'élancer vers les confins de notre système solaire, faire le voyage en seulement 25 ans.

Au lieu du grand, engin spatial lourd utilisé dans le passé, les chercheurs envisagent petit, des sondes résistantes qui pourraient attraper des fusées dans l'espace avec d'autres missions pour réduire les coûts de lancement. Une possibilité consiste à utiliser des essaims de CubeSats de la taille d'une miche de pain, similaire à LightSail 2, qui pourrait s'auto-assembler pour créer un plus grand, système optique unique. Si les vaisseaux spatiaux sont assez bon marché, des missions pourraient être envoyées aux points focaux pour plusieurs exoplanètes.

Dans la région focale, la lumière de l'exoplanète serait étalée dans un cercle connu sous le nom d'anneau d'Einstein. La bague contiendrait 2 parties. Une partie viendrait d'un seul, 10 kilomètres sur 10 kilomètres de l'exoplanète et ne donnent qu'un seul pixel dans l'image finale. La partie contiendrait la lumière du reste de l'exoplanète. Au fur et à mesure que le vaisseau spatial traverse la région focale, il aurait besoin de se déplacer à l'aide de propulseurs ioniques miniatures - la lumière du soleil serait trop faible pour la navigation solaire à cette distance - pour changer la partie de l'exoplanète en foyer.

Avec la bonne optique, prendre 1 million de photos des anneaux à différents endroits pourrait donner une image similaire à celle prise depuis la Lune par les astronautes d'Apollo 8 en 1968, et capturer des caractéristiques de surface aussi petites que 10 kilomètres de diamètre.

Est-ce faisable ?

Les défis technologiques pour SGL sont de taille, Pour dire le moins. Pour commencer, il y a la question de la navigation précise, communications sur de longues distances, et le besoin d'un pare-soleil pour empêcher la lumière de notre propre Soleil d'entrer dans le télescope. Un coronographe serait également nécessaire pour bloquer la lumière de l'étoile du parent de l'exoplanète.

La NASA croit suffisamment au concept pour lui avoir récemment accordé une subvention de 2 millions de dollars de son programme NIAC (NASA Innovative Advanced Concepts). CANI, qui existe depuis 1998, fournit des capitaux d'amorçage pour aider les idées novatrices à sortir de la planche à dessin. SGL n'est que la troisième étude dans l'histoire du programme à atteindre la troisième phase du projet.

Le succès du projet peut être dans son équipe diversifiée, une approche unique pour les projets CANI. L'effort de coopération comprend plusieurs chercheurs du JPL et de plusieurs universités, dont UCLA, l'Université de l'Arizona, et l'Université Wesleyenne. Les entreprises spatiales The Aerospace Corporation et NXTRAC Inc. sont impliquées, tous deux spécialisés dans la conception de missions et les analyses techniques. Cet effort multi-organisationnel rassemble les dernières innovations technologiques, telles que les technologies de rupture dans les voiles solaires, intelligence artificielle, nanosatellites, et le vol en formation.

"Une mission comme SGL peut conduire à une transformation de la façon dont nous explorons l'espace, " a déclaré Thomas Heinsheimer, le co-responsable technique de la mission SGLF du partenaire Aerospace Corporation, "allant des gros vaisseaux spatiaux coûteux qui nous ont bien servi dans le passé, aux essaims de petites embarcations, travailler ensemble, faire de nouvelles découvertes loin de la Terre. SGL crée une architecture d'exploration pour que de nombreuses organisations spatiales travaillent ensemble pour répondre à une question inspirante :« Sommes-nous seuls dans l'univers ?

Turyshev pense que la génération actuelle pourra peut-être répondre à cette question, avec SGL servant de « point focal » pour aider à transformer l'industrie spatiale en une entreprise plus coopérative.

"SGL pourrait fournir ce point pour de multiples efforts technologiques pour vraiment nous amener à faire ce premier pas en dehors du système solaire, " a-t-il dit. " Les technologies nécessaires existent déjà, mais le défi est de savoir comment utiliser cette technologie, comment accélérer leur développement, et ensuite comment les utiliser au mieux. Je pense que nous sommes au début d'une période passionnante dans l'industrie spatiale, où se rendre à SGL serait pratique, et scientifiquement passionnant."