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 ainsi.

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 produit à grande échelle et dans différents environnements.

"It's difficult to explore feedback all the way from where it originates, at the scale of individual stars, to where it has an effect, on the scale of galaxies," said Jorge Pineda, principal investigator for ASTHROS at JPL. "With a large mirror we can connect those two."

Meeting the challenge

NASA contracted Media Lario, an optics company in Italy, to design and produce ASTHROS's full telescope unit, including a primary mirror, secondary mirror, and supporting structure (called the cradle). Media Lario had previously developed a unique method for manufacturing lightweight infrared and optical telescope mirrors, which the company used to produce many of the panels for the primary mirrors of the Atacama Large Millimeter Array, a group of 66 ground-based telescopes in Chile.

The ASTHROS primary mirror features nine panels, which are significantly easier to fabricate than a one-piece mirror. The bulk of the mirror panels consist of lightweight aluminum, formed into a honeycomb structure that reduces its total mass. The panel surfaces are made of nickel and coated with gold, which improves the mirror's reflectivity at far-infrared wavelengths.

Because the ASTHROS team won't be able to fine-tune the alignment of the panels once the telescope lifts off, the cradle supporting the mirror needs to be lightweight yet exceptionally strong and rigid to prevent any deformation. Carbon fiber would do the trick. So, to build the cradle and other structural components, Media Lario turned to local companies in Italy that typically produce specialized structures for competitive racing boats and cars.

"I think this is probably the most complex telescope ever built for a high-altitude balloon mission," said Jose Siles, the ASTHROS project manager at JPL. "We had specifications similar to a space telescope but on a tighter budget, schedule, and mass. We had to combine techniques from ground-based telescopes that observe in similar wavelengths with advanced manufacturing techniques used for professional racing sailboats. It's pretty unique."

Media Lario will deliver the full telescope unit to NASA in late July. After that, the ASTHROS team will integrate it with the gondola (the structure that holds the entire payload and attaches to the balloon) and other key components. Then they'll begin a series of tests to ensure everything is ready for flight. + Explorer plus loin

NASA mission will study the cosmos with a stratospheric balloon