Le professeur Heidi Newberg est astrophysicienne au Rensselaer Polytechnic Institute. Ses recherches portent principalement sur la compréhension de la structure de notre propre galaxie à l’aide des étoiles. Dans un article récemment publié dans Frontiers in Astronomy and Space Sciences, elle et ses coauteurs démontrent qu’un télescope équipé d’un miroir rectangulaire, plutôt que d’un miroir approximativement circulaire comme ceux utilisés dans les télescopes traditionnels, pourrait offrir un moyen plus efficace de découvrir des mondes habitables. Dans l’éditorial suivant, elle souligne la faisabilité et les avantages de cette conception.
La Terre abrite la seule forme de vie connue dans l’univers, qui dépend fortement de la présence d’eau liquide pour faciliter les réactions chimiques. Si la vie unicellulaire existe depuis presque aussi longtemps que la Terre elle-même, il a fallu environ trois milliards d’années pour que la vie multicellulaire se forme. La vie humaine existe depuis moins d’un dix-millième de l’âge de la Terre.
Tout cela suggère que la vie pourrait être courante sur les planètes qui abritent de l’eau liquide, mais qu’il pourrait être rare de trouver une vie qui étudie l’univers et cherche à voyager dans l’espace, comme nous le faisons. Pour trouver une vie extraterrestre, il pourrait être nécessaire de nous y rendre.
Cependant, l’immensité de l’espace, associée à l’impossibilité de voyager ou de communiquer plus vite que la vitesse de la lumière, impose des limites pratiques à la distance que nous pouvons parcourir. Seules les étoiles les plus proches du soleil pourraient être visitées au cours d’une vie humaine, même par une sonde spatiale. De plus, seules les étoiles de taille et de température similaires à celles du soleil ont une durée de vie suffisamment longue et une atmosphère suffisamment stable pour que la vie multicellulaire ait le temps de se former. C’est pourquoi les étoiles les plus intéressantes à étudier sont la soixantaine d’étoiles semblables au Soleil qui se trouvent à moins de 30 années-lumière de nous. Les planètes les plus prometteuses en orbite autour de ces étoiles auraient des tailles et des températures similaires à celles de la Terre, ce qui permettrait l’existence de solides et d’eau liquide.
Une aiguille dans une botte de foin
Observer une exoplanète semblable à la Terre séparément de l’étoile autour de laquelle elle orbite est un défi majeur. Même dans le meilleur des cas, l’étoile est un million de fois plus brillante que la planète ; si les deux objets sont flous ensemble, il n’y a aucun espoir de détecter la planète. La théorie de l’optique dit que la meilleure résolution que l’on peut obtenir dans les images télescopiques dépend de la taille du télescope et de la longueur d’onde de la lumière observée. Les planètes avec de l’eau liquide émettent le plus de lumière à des longueurs d’onde d’environ 10 microns (la largeur d’un cheveu humain fin et 20 fois la longueur d’onde typique de la lumière visible). À cette longueur d’onde, un télescope doit collecter la lumière sur une distance d’au moins 20 mètres pour avoir une résolution suffisante pour séparer la Terre du Soleil à une distance de 30 années-lumière. De plus, le télescope doit être situé dans l’espace, car l’observation à travers l’atmosphère terrestre rendrait l’image trop floue. Cependant, notre plus grand télescope spatial, le télescope spatial James Webb (JWST), ne mesure que 6,5 mètres de diamètre, et son lancement a été extrêmement difficile.
Comme le déploiement d’un télescope spatial de 20 mètres semble hors de portée avec la technologie actuelle, les scientifiques ont exploré plusieurs approches alternatives. L’une d’elles consiste à lancer plusieurs télescopes plus petits qui maintiennent des distances extrêmement précises entre eux, de sorte que l’ensemble fonctionne comme un seul télescope de grand diamètre. Mais le maintien de la précision requise pour la position du vaisseau spatial (qui doit être calibrée avec précision à la taille d’une molécule typique) est également impossible à l’heure actuelle.
D’autres propositions utilisent une lumière de longueur d’onde plus courte, afin de pouvoir utiliser un télescope plus petit. Cependant, dans la lumière visible, une étoile semblable au Soleil est plus de 10 milliards de fois plus brillante que la Terre. Il est hors de notre capacité actuelle de bloquer suffisamment la lumière stellaire pour pouvoir voir la planète dans ce cas, même si, en principe, l’image a une résolution suffisamment élevée.
Une idée pour bloquer la lumière stellaire consiste à faire voler un vaisseau spatial appelé « starshade » (écran solaire), d’une dizaine de mètres de diamètre, à une distance de plusieurs dizaines de milliers de kilomètres devant le télescope spatial, de manière à bloquer exactement la lumière de l’étoile sans bloquer la lumière d’une planète compagnon. Cependant, ce projet nécessite le lancement de deux vaisseaux spatiaux (un télescope et un starshade). De plus, pointer le télescope vers différentes étoiles impliquerait de déplacer le starshade sur des milliers de kilomètres, ce qui consommerait des quantités prohibitives de carburant.
Une perspective rectangulaire
Dans notre article, nous proposons une alternative plus réalisable. Nous montrons qu’il est possible de trouver des planètes proches, semblables à la Terre, en orbite autour d’étoiles semblables au Soleil, à l’aide d’un télescope de taille similaire au JWST, fonctionnant à peu près à la même longueur d’onde infrarouge (10 microns) que le JWST, avec un miroir rectangulaire de 1 mètre sur 20 mètres au lieu d’un miroir circulaire de 6,5 mètres de diamètre.
Avec un miroir de cette forme et de cette taille, nous pouvons séparer une étoile d’une exoplanète dans la direction où le miroir du télescope mesure 20 mètres de long. Pour trouver des exoplanètes à n’importe quelle position autour d’une étoile, le miroir peut être tourné de manière à ce que son axe longitudinal s’aligne parfois avec l’étoile et la planète. Nous montrons que cette conception permet en principe de trouver la moitié de toutes les planètes semblables à la Terre en orbite autour d’étoiles semblables au Soleil à moins de 30 années-lumière en moins de trois ans. Bien que notre conception nécessite encore des travaux d’ingénierie et d’optimisation avant que ses capacités ne soient garanties, elle ne présente pas d’exigences évidentes nécessitant un développement technologique intense, comme c’est le cas pour d’autres idées phares.
S’il existe environ une planète semblable à la Terre en orbite autour d’une étoile moyenne semblable au Soleil, nous trouverions alors environ 30 planètes prometteuses. Une étude complémentaire de ces planètes permettrait d’identifier celles dont l’atmosphère suggère la présence de vie, par exemple grâce à la présence d’oxygène formé par photosynthèse. Pour la candidate la plus prometteuse, nous pourrions envoyer une sonde qui renverrait des images de la surface de la planète. Le télescope rectangulaire pourrait offrir un moyen simple d’identifier notre planète sœur : la Terre 2.0.
Article : « The case for a rectangular format space telescope for finding exoplanets » – DOI : 10.3389/fspas.2025.1441984
Source : Frontiers
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