Il y a cinquante-huit jours, par une matinée presque sans vent sur la plate-forme de glace de Ross, un ballon de la taille d'un stade a décollé au-dessus de l'Antarctique, transportant avec lui la technologie infrarouge lointain de l'observatoire Steward de l'université d'Arizona, à la recherche d'indices sur le cycle de vie stellaire dans notre galaxie et au-delà.

GUSTO – abréviation de Galactic/Extragalactic ULDB Spectroscopique Terahertz Observatory – a désormais battu le record de la mission de ballon de transport lourd la plus longue de la NASA, qui s'élevait auparavant à 55 jours, 1 heure et 34 minutes. Actuellement, l’énorme ballon sans pression survole les courants d’air stratosphériques à 120 000 pieds au-dessus du continent Antarctique, collectant les émissions radio infrarouges lointaines de la matière située entre les étoiles. GUSTO a dépassé le record précédent à 10h22 samedi, heure de Tucson.

Les faibles signaux térahertz recherchés par GUSTO – avec des fréquences jusqu'à un million de fois supérieures aux ondes émises par une radio FM – sont facilement absorbés par la vapeur d'eau présente dans l'atmosphère terrestre avant de pouvoir atteindre les télescopes au sol. Seuls les endroits très secs ou à haute altitude conviennent bien aux observatoires captant certains de ces photons insaisissables, comme le haut désert d'Atacama et le pôle Sud.

À la recherche de conditions plus sèches, "nous sommes poussés à nous rendre dans des endroits de plus en plus éloignés", a déclaré Chris Walker, professeur d'astronomie à l'Observatoire Steward et chercheur principal de la mission GUSTO, qui travaille sur des projets de télescopes en Antarctique depuis 1994. La science des ballons ouvre de nouvelles perspectives. possibilités pour le domaine en évolution rapide de la spectroscopie térahertz, permettant aux observateurs de collecter des signaux infrarouges lointains avant qu'ils ne soient perdus dans les couches inférieures de l'atmosphère, pour une fraction du coût d'un télescope entièrement basé dans l'espace.

Les télescopes à ballon tels que GUSTO allient la force de l’observation spatiale à la proximité des opérations terrestres, et ils présentent des défis uniques. Un lancement réussi nécessite une fenêtre météo parfaite, avec de faibles vitesses de vent tant au sol que dans la stratosphère.

Lorsque les conditions le permettent, le lancement lui-même est un spectacle dramatique. Des camions de soutien conduits sur la banquise transportent de l'hélium dans le ballon, qui lofe et bat "comme une voile" à mesure qu'il se remplit, a déclaré Walker. "Vous commencez à entendre le bruit de l'hélium lorsque le ballon se gonfle, et quand ils le lâchent, il gronde en se déployant." C'est une période délicate :s'il y a une imperfection ou un cisaillement du vent, le ballon peut se briser. À propos de ce projet record, Walker a déclaré que "faire du ballon est la chose la plus difficile que j'ai faite professionnellement, mais c'est aussi la plus gratifiante."

Si tout se passe bien, comme ce fut le cas pour GUSTO, le ballon soulève le télescope à l'intérieur de sa gondole spécialisée et le transporte à 22 milles au-dessus de la Terre jusqu'à la frontière éloignée entre la stratosphère et l'espace. À partir de là, les astronomes s'appuient sur les courants de vent circulaires au-dessus du continent Antarctique pendant l'été de l'hémisphère sud pour transporter le ballon dans de larges boucles, collectant les signatures lumineuses des produits chimiques cosmiques.

À bord de GUSTO, les détecteurs de raies d'émission collectent des informations moléculaires sur le milieu interstellaire :le gaz cosmique et la poussière entre les étoiles qui donnent naissance à de nouvelles étoiles et galaxies.

"Nous faisions tous partie du milieu interstellaire :chaque atome et chaque molécule de votre corps était à un moment donné du gaz et de la poussière circulant entre les étoiles", a déclaré Walker. Pour compliquer les choses, la chimie de l’univers est différente aujourd’hui de ce qu’elle était après le Big Bang. Pour comprendre l'histoire de la formation des étoiles dans l'univers — et par extension, l'histoire de nos propres origines — les astronomes souhaitent comparer la composition du milieu interstellaire dans des galaxies d'âges différents.

GUSTO vise à cartographier la répartition du carbone, de l'oxygène et de l'azote dans la jeune Voie lactée et dans le Grand Nuage de Magellan voisin, qui présente des caractéristiques comparables à celles de galaxies beaucoup plus anciennes. Une comparaison des deux galaxies aidera l'équipe GUSTO à réaliser la première étude spectroscopique complète de toutes les phases du cycle de vie stellaire, du développement des nuages ​​​​de gaz interstellaires à la formation de pépinières stellaires, en passant par la naissance et l'évolution des étoiles. /P>

La mission GUSTO a parcouru un long chemin pour atteindre la stratosphère. L'équipe de Walker a soumis une proposition de programme NASA Explorer en 2014 et le projet a été sélectionné par la NASA en 2017. La gondole de la mission a été construite par le laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins; L'équipe de Walker du Steward Observatory de l'UArizona a fourni le télescope et les instruments, appelés « charge utile », en collaboration avec divers partenaires, dont le Jet Propulsion Laboratory de la NASA.

En août 2023, l’équipe GUSTO a effectué un test de suspension au centre scientifique de ballons Columbia de la NASA en Palestine, au Texas. De là, la gondole et la charge utile entièrement intégrées, pesant à peu près autant qu’un SUV, se sont rendues en Antarctique à bord d’un avion cargo C-130H de la NASA – la première fois qu’une mission de ballon était expédiée entièrement assemblée par voie aérienne. En Antarctique, l'équipe GUSTO a passé les mois d'automne et d'hiver à parcourir quotidiennement 12 kilomètres depuis la station McMurdo jusqu'au hangar pour préparer le télescope au lancement, voyageant à bord de fourgons antarctiques équipés de pneus basse pression colossaux à travers le terrain gelé.

Le 31 décembre, une décennie après que l'équipe GUSTO ait soumis sa proposition de recherche, la mission a été lancée dans un vent faible et un ciel clair, le ballon blanc se gonflant sur fond de mont Erebus glacé.

Sur le campus de l'UArizona, les chercheurs de GUSTO continuent de faire preuve d'endurance dans des conditions extrêmes. Alors que de nombreux membres de l'équipe GUSTO se rendaient à la station McMurdo pour préparer le lancement de la mission, Craig Kulesa, professeur de recherche associé à l'Observatoire Steward et chercheur principal adjoint de GUSTO, "déployé" dans le bâtiment de recherche appliquée sur le campus de l'UArizona, a déclaré Walker. De là, dans une pièce sans fenêtre, Kulesa exploite la charge utile en vol, dormant souvent sur le sol et partageant les commandes avec une équipe du Steward Observatory.

Les données arrivent en temps réel via un réseau diversifié de technologies de télécommunications, notamment les satellites géosynchrones, Iridium et StarLink. Les membres de l'équipe GUSTO de l'UArizona et de Johns Hopkins travaillent 24 heures sur 24 pour surveiller et gérer à distance l'instrumentation et la télécabine, respectivement. Une ligne Zoom 24 heures sur 24 connecte les partenaires sur tous les continents, de Harvard aux Pays-Bas.

En diffusant en direct la trajectoire de vol de GUSTO, Walker a montré la trajectoire déjà parcourue par le ballon au-dessus du continent de 5,4 millions de kilomètres carrés, chaque boucle ayant une couleur différente sur l'écran. La mission n'a pas de date fixe pour l'atterrissage :pour la première fois, la NASA a donné l'autorisation au ballon de voler aussi longtemps qu'il le peut, même s'il s'éloigne du continent Antarctique ou atterrit là où il ne peut pas être récupéré. /P>

Il s’agira de la plus longue mission de ballon de transport lourd stratosphérique de l’histoire. Du vol record.

"GUSTO a prouvé que les ballons peuvent être utilisés pour faire de la science vraiment révolutionnaire, pas seulement pendant quelques jours, mais sur des semaines et des semaines", a déclaré Walker.

La durée du vol sera finalement dictée par la durée de fonctionnement du système de refroidissement (à bord, un réservoir d'hélium liquide devrait durer jusqu'en mars) et par le changement de température à mesure que les jours en Antarctique commencent à raccourcir. Les ballons tels que GUSTO ne peuvent effectuer des missions de longue durée que pendant l'été dans les régions polaires, où le ballon reste constamment exposé au soleil et ne s'enfonce pas dans l'air frais de la nuit.

Les signatures bleues, vertes et rouges superposées des boucles de vol de GUSTO apparaissent en petit format sur l'écran de Walker, mais elles représentent un pas énorme dans l'astronomie térahertz : 4 800 livres de technologie UArizona se déplaçant à l'extrême limite de l'atmosphère pendant plus longtemps que jamais.

Si la prochaine proposition de recherche de Walker se concrétise, les mêmes instruments actuellement à bord de GUSTO pourraient être testés dans l'espace, à la recherche des insaisissables signatures infrarouges lointains des systèmes de formation de planètes et des zones habitables.

"Si vous ne poussez pas les limites, à quoi ça sert ?" » a dit Walker.

Fourni par l'Université de l'Arizona