Presque tous les photons émis après le Big Bang ne sont désormais visibles qu'aux longueurs d'onde de l'infrarouge lointain. Cela inclut la lumière de l'univers froid de gaz et de poussière à partir duquel les étoiles et les planètes se forment, ainsi que de faibles signaux de galaxies lointaines retraçant l'évolution de l'univers jusqu'à aujourd'hui.

L'atmosphère terrestre bloque la majeure partie de cette lumière, et les missions spatiales sont un moyen idéal mais d'un coût prohibitif de l'explorer. Les scientifiques se tournent donc vers d'énormes ballons stratosphériques, de la taille d'un stade de football entier, car ils ne représentent qu'une infime fraction du coût.

Dans Examen des instruments scientifiques , Alan J. Kogut, du Goddard Space Flight Center de la NASA, et ses collègues ont trouvé un moyen de résoudre une limitation largement reconnue des charges utiles des ballons stratosphériques, qui volent à des altitudes de 130, 000 pieds au-dessus de 99% de l'atmosphère.

"Pour vraiment scruter l'univers froid, vous avez besoin d'un grand télescope refroidi à près du zéro absolu, volant au-dessus de l'atmosphère terrestre, " dit Kogut. " En gros, Je veux dire un télescope miroir de la taille d'un salon. Pourquoi si froid ? La chaleur du télescope peut effacer les images de l'espace lointain, comme surexposer une caméra. Pour voir de faibles signaux froids de l'espace lointain, le télescope doit être refroidi à 10 K (moins 440 F), seulement quelques degrés au-dessus du zéro absolu."

Cela peut sembler simple en théorie, mais il est assez difficile de refroidir un télescope de la taille d'un salon à un zéro presque absolu tout en le faisant voler depuis un ballon.

"L'hélium liquide peut facilement refroidir le télescope, mais le garder froid signifie mettre tout le télescope dans une bouteille thermos géante appelée dewar, " a-t-il dit. " Une bouteille thermos de la taille d'un salon pèserait plusieurs tonnes - plus que même les plus gros ballons peuvent transporter. "

C'est là qu'intervient le banc d'essai du télescope cryogénique monté sur ballon (BOBCAT).

« BOBCAT développe une technologie pour les dewars ultralégers afin de réduire leur poids suffisamment pour permettre aux très gros de voler sur un ballon, " dit Kogut.

Les Dewars ont une tasse intérieure contenant le liquide froid, entouré d'une enveloppe extérieure. L'espace entre eux n'a pas d'air à l'intérieur, un aspirateur, pour empêcher l'air de transporter la chaleur du monde extérieur vers l'intérieur froid.

Un dewar est lourd, parce que ses murs doivent maintenir un vide contre la pression atmosphérique au niveau de la mer. Mais un dewar destiné à fonctionner sur un ballon n'a pas besoin de fonctionner au niveau de la mer. Il doit fonctionner à 130, 000 pieds au-dessus du niveau de la mer, où il n'y a presque pas de pression d'air.

Les scientifiques ont conçu un dewar avec des parois extrêmement minces, pas beaucoup plus épais qu'une canette de soda, qui peut se lancer à température ambiante. Il a une valve, de sorte que l'espace de vide entre la coupelle intérieure et les évents de la paroi extérieure pendant la montée pour laisser sortir l'air.

"Une fois que le ballon atteint 130, 000 pieds, la vanne se ferme pour créer un espace de vide approprié, et il refroidit le télescope en pompant de l'azote liquide ou de l'hélium liquide dans le dewar à partir de réservoirs de stockage séparés, " a déclaré Kogut. " Les réservoirs de stockage sont petits et ne pèsent pas beaucoup. Maintenant, nous avons un télescope froid au-dessus de l'atmosphère, capable de voir de faibles images de l'univers froid ou lointain."

Le premier vol a été un succès, et l'étape suivante consiste à refaire voler la charge utile transportant un dewar ultraléger.