Un télescope dans le système solaire externe serait capable de faire une science unique qui est impossible plus près du Soleil. (Image représentative montrant le vaisseau spatial Cassini près de Saturne.
Des dizaines de télescopes spatiaux fonctionnent près de la Terre et fournissent des images incroyables de l’univers. Mais imaginez un télescope loin dans le système solaire extérieur, 10 voire 100 fois plus loin du Soleil que la Terre. La capacité de regarder en arrière notre système solaire ou de scruter les ténèbres du cosmos lointain en ferait un outil scientifique particulièrement puissant.
je suis astrophysicien qui étudie la formation de la structure dans l’univers. Depuis les années 1960, des scientifiques comme moi se sont penchés sur les questions scientifiques importantes auxquelles nous pourrions peut-être répondre avec un télescope placé dans le système solaire externe.
Alors à quoi ressemblerait une telle mission ? Et quelle science pourrait-on faire ?
L’emplacement d’un télescope importe presque autant que sa puissance. Dans de nombreux cas, plus on est loin du Soleil, mieux c’est. Crédit : Beinahegut/WikimediaCommons
Un petit télescope loin de chez nous
La force scientifique d’un télescope loin de la Terre viendrait principalement de son emplacement, pas de sa taille. Les plans pour un télescope dans le système solaire externe le placeraient quelque part au-delà de l’orbite de Saturne, à environ un milliard de kilomètres ou plus de la Terre.
Nous n’aurions qu’à envoyer un très petit télescope – avec une lentille à peu près de la taille d’une petite plaque – pour obtenir des informations astrophysiques vraiment uniques. Un tel télescope pourrait être construit pour peser moins de 20 livres (9 kilogrammes) et pourrait être porté sur pratiquement n’importe quel mission vers Saturne ou au-delà.
Bien que petit et simple par rapport aux télescopes comme Hubble ou James Webb, un tel instrument fonctionnant loin de la lumière vive du Soleil pourrait faire des mesures qui sont difficiles ou carrément impossible d’un point de vue près de la Terre.
Le Soleil est entouré d’un disque de poussière et de gaz, un peu comme la brume rosâtre vue sur cette image et la représentation graphique d’une étoile naine rouge à proximité et de son nuage de poussière. Crédit : NASA/ESA/J. Débes
À l’extérieur en regardant
Malheureusement pour les astronomes, obtenir un selfie du système solaire est un défi. Mais pouvoir voir le système solaire d’un point de vue extérieur révélerait beaucoup d’informations, en particulier sur la forme, la distribution et la composition du nuage de poussière qui entoure le Soleil.
Imaginez un lampadaire par une soirée brumeuse – en vous tenant loin de la lampe, les brumes tourbillonnantes sont visibles d’une manière que quelqu’un debout sous le réverbère ne pourrait jamais voir.
Pendant des années, les astrophysiciens ont pu prendre des images et étudier les disques de poussière dans les systèmes solaires. autour d’autres étoiles de la Voie lactée. Mais ces étoiles sont très loin, et il y a limites à ce que les astronomes peuvent apprendre à leur sujet. À l’aide d’observations tournées vers le Soleil, les astronomes ont pu comparer la forme, les caractéristiques et la composition de ces nuages de poussière lointains avec des données détaillées sur le propre système solaire de la Terre. Ces données combleraient les lacunes dans les connaissances sur les nuages de poussières solaires et permettraient de comprendre l’histoire de la production, de la migration et de la destruction des poussières dans d’autres systèmes solaires où il n’y a aucun espoir de se rendre en personne.
L’univers est plein de galaxies – comme le montre cette image appelée Hubble Ultra Deep Field – et mesurer la lumière cumulée de celles-ci est difficile à faire depuis la Terre. Crédit: NASA, ESA et S. Beckwith (STScI) et l’équipe HUDF
L’obscurité profonde de l’espace
Un autre avantage de placer un télescope loin du Soleil est le manque de lumière réfléchie. Le disque de poussière dans le plan des planètes renvoie la lumière du Soleil vers la Terre. Cela crée une brume qui se situe entre 100 et 1 000 fois plus lumineux que la lumière des autres galaxies et obscurcit les vues du cosmos près de la Terre. L’envoi d’un télescope à l’extérieur de ce nuage de poussière le placerait dans une région beaucoup plus sombre de l’espace, ce qui faciliterait la mesure de la lumière provenant de l’extérieur du système solaire.
Une fois sur place, le télescope pourrait mesurer la luminosité de la lumière ambiante de l’univers sur une large gamme de longueurs d’onde. Cela pourrait fournir des indications sur la façon dont matière condensée dans les premières étoiles et galaxies. Cela permettrait également aux chercheurs de tester des modèles de l’univers en comparant la somme de lumière prédite de toutes les galaxies avec une mesure précise. Des divergences pourraient indiquer des problèmes avec les modèles de formation des structures dans l’univers ou peut-être nouvelle physique exotique.
D’assez loin, il serait possible d’utiliser le Soleil comme une lentille géante, similaire à la lentille gravitationnelle vue ici, car la lumière d’une galaxie bleue lointaine est courbée autour d’une galaxie orange plus proche vue au centre. Crédit : ESA/Hubble/NASA
Dans l’inconnu
Enfin, l’augmentation de la distance d’un télescope au Soleil permettrait également aux astronomes de faire une science unique qui tire parti d’un effet appelé lentille gravitationnelle, dans lequel un objet massif déforme le chemin emprunté par la lumière lorsqu’elle passe devant un objet.
Une utilisation de la lentille gravitationnelle est de rechercher et peser les planètes voyous – des planètes qui parcourent l’espace interstellaire après avoir été éjectées de leur système solaire domestique. Étant donné que les planètes voyous n’émettent pas de lumière par elles-mêmes, les astrophysiciens peuvent rechercher leur effet sur la lumière des étoiles de fond. Pour faire la différence entre la distance de l’objet lentille et sa masse, il faut des observations à partir d’un deuxième emplacement loin de la Terre.
La lentille gravitationnelle causée par le passage d’une planète devant une étoile lointaine courbera la lumière de cette étoile, et cela peut également être utilisé pour détecter les planètes sombres qui ont été éjectées des systèmes solaires. Crédit : NASA Ames/JPL-Caltech/T. Pylé
En 2011, les scientifiques ont utilisé une caméra sur la mission EPOXI dans la ceinture d’astéroïdes pour découvrir et peser un Objet de la taille de Neptune flottant librement parmi les étoiles de la Voie lactée. Seules quelques planètes voyous ont été trouvées, mais les astronomes soupçonnent qu’elles sont très courantes et pourraient détenir des indices sur la formation des systèmes solaires et prévalence des planètes autour des étoiles.
Mais peut-être que l’utilisation la plus intéressante d’un télescope dans le système solaire externe serait la possibilité d’utiliser le champ gravitationnel du Soleil lui-même en tant que lentille géante. Ce type de mesure peut permettre aux astrophysiciens de cartographier des planètes dans d’autres systèmes stellaires. Peut-être qu’un jour nous pourrons nommer des continents sur une planète semblable à la Terre autour d’une étoile lointaine.
Bientôt disponible?
Depuis que Pioneer 10 est devenu le premier objet fabriqué par l’homme à traverser Jupiterde l’orbite de la Terre en 1973, il n’y a eu qu’une poignée d’études astrophysiques effectuées au-delà de l’orbite de la Terre. Les missions dans le système solaire externe sont rares, mais de nombreuses équipes de scientifiques font études pour montrer comment un projet de télescope extrasolaire fonctionnerait et ce que l’on pourrait en tirer.
Tous les 10 ans environ, les leaders dans les domaines de l’astrophysique et de l’astronomie se réunissent pour fixer des objectifs pour la décennie suivante. Ce plan pour les années 2020 devrait être publié le 4 novembre 2021. Je m’attends à y voir des discussions sur le prochain télescope qui pourrait révolutionner l’astronomie. Emmener un télescope dans le système solaire externe, bien qu’ambitieux, est tout à fait dans la capacité technologique de Nasa ou d’autres agences spatiales. J’espère qu’un jour prochain, un petit télescope en mission solitaire dans les zones sombres du système solaire nous fournira des informations incroyables sur l’univers.
Écrit par Michael Zemcov, professeur agrégé de physique, Rochester Institute of Technology.
Cet article a été publié pour la première fois dans La conversation.
