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Pourrions-nous vraiment photographier la surface d’une exoplanète ?

Illustration de Kepler-186f. Crédits : NASA

Nous n’aurons jamais la chance de pouvoir nous rendre sur une exoplanète, mais une mission pourrait éventuellement nous permettre d’en voir une “de loin”. Enfin, sur le papier.

Dans le cadre de son programme Innovative Advanced Concepts (NIAC), la NASA vient d’accorder de nouvelles subventions pour des projets spatiaux innovants. L’un d’eux propose de transformer un cratère lunaire en un radiotélescope géant, quand un autre suggère le développement d’un système de décélération de l’antimatière. Mais le concept le plus étonnant est sans aucun doute celui avancé par Slava Turyshev, du Jet Propulsion Laboratory. Le physicien veut en effet s’appuyer sur le Soleil pour photographier une exoplanète.

Comment faire ?

Prédite par la relativité générale d’Einstein, une lentille gravitationnelle est produite par la présence d’un corps très massif situé entre un observateur et une source lumineuse lointaine. Imprimant un fort champ gravitationnel autour de lui, ce corps massif va ainsi faire dévier les rayons lumineux de l’objet observé en arrière-plan qui passeront près de lui, amplifiant et déformant ainsi les images que recevra l’observateur placé sur la ligne de visée.

Le plan du physicien vise à tirer parti de cet effet. Son idée : envoyer un télescope à 96 milliards de km du Soleil et le positionner de manière à placer notre étoile dans la ligne de visée d’une exoplanète située à moins de 100 années-lumière de distance. Selon le chercheur, si l’objet ciblé est de la taille de la Terre, nous pourrions obtenir une résolution suffisante pour distinguer ses caractéristiques de surface. Et accessoirement, détecter au passage tout signe de vie éventuel.

La mission est audacieuse, d’autant que le physicien souhaiterait que ce projet soit finalisé au cours d’une vie d’homme. Autrement dit que notre génération puisse, avant de laisser la place à la suivante, profiter de ces images “extraterrestres”.

Sur le papier, l’idée est véritablement séduisante. Tous les passionnés d’astrophysique et de science en général seraient en effet prêts à payer pour apprécier une telle photo. Mais les défis technologiques liés à cette mission sont également considérables.

exoplanète
Dans l’idée, voici à quoi pourrait ressembler la photo d’une exoplanète de type terrestre. Crédits : SLAVA TURYSHEV / NASA

Un challenge insurmontable ?

Considérons tout d’abord la distance : 96 milliards de km. À titre de comparaison, c’est environ 16 fois la distance Pluton – Soleil. La sonde Voyager 1, qui s’est aventurée plus loin dans l’espace que tout autre objet créé par l’Homme, n’a parcouru qu’environ 22 milliards de kilomètres à ce jour. Et elle fonctionne depuis 1977, soit plus de 40 ans.

Il n’est donc pas possible, avec nos systèmes de propulsion conventionnels, de parcourir une telle distance au cours d’une vie humaine. C’est pourquoi le physicien propose de nous appuyer sur de petits vaisseaux spatiaux équipés de voiles solaires. Chacune de ces sondes ferait un premier voyage vers le Soleil dans l’idée de profiter de son assistance gravitationnelle, d’une part, mais aussi de manière à ce que les photons libérés par notre étoile puisse venir “fouetter” les voiles, propulsant finalement les engins à plus de 450 000 km/h.

À cette vitesse, note le chercheur, il faudrait environ 25 ans à ces vaisseaux pour atteindre la région ciblée. En outre, chaque membre de cette flotte interstellaire transporterait avec lui un composant du télescope qui pourrait être finalement assemblé au terminus de ce voyage. Mais s’il n’y avait que ça.

Le Soleil présente en effet une ligne focale de moins d’un kilomètre de diamètre qui s’étend à l’infini dans l’espace. Pour imager une exoplanète grâce à l’effet de lentille gravitationnelle, le télescope devrait alors se placer à l’intérieur de ce tube, de manière à ce que vous puissiez tracer une ligne imaginaire du centre de l’instrument à travers le centre du Soleil, et ce jusqu’à l’exoplanète. Mais on ne parle pas ici d’un “one shot”. Le télescope devrait en effet maintenir ce niveau précision pendant des temps d’exposition allant de quelques minutes à plusieurs heures.

Et ce n’est pas fini. Si la force gravitationnelle du Soleil pourrait effectivement permettre de grossir l’image de l’exoplanète située en arrière-plan, celle-ci sera également très déformée, s’étalant comme un anneau autour de notre étoile (anneau d’Einstein), et submergée par la luminosité solaire. Pour capturer une image complète de l’exoplanète, le télescope devrait alors s’appuyer sur des algorithmes incroyablement complexes pour extraire et reformer toutes ces données.

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Photo d’un anneau d’Einstein prise par le télescope spatial Hubble. Crédits : ESA/Hubble & NASA

Une première photo en 2060 ?

C’est donc, comme vous pouvez le constater, un énorme challenge. Le physicien reste malgré tout confiant, soulignant que nous avons déjà commencé à développer les technologies nécessaires à un telle mission qui, selon lui, pourrait être lancée dès le début des années 2030. Si l’on prend en compte la durée du voyage et le temps d’exploitation nécessaire pour obtenir les premières données, cela signifie que nous pourrions éventuellement avoir notre premier photo de la surface d’une exoplanète dans les années 2060.

Pour le moment ce n’est qu’un projet sur papier, et rien ne dit que la NASA donnera suite. Dans le cadre de la phase III du programme, le physicien et son équipe devront travailler à résoudre les nombreux défis technologiques inhérents à un tel voyage. Leur objectif, ensuite, serait de développer une mission de démonstration visant à déployer dans l’espace un petit vaisseau fouetté par le vent solaire, puis à photographier plusieurs objets de notre système solaire.

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