Note de la rédaction - Le journaliste scientifique et auteur Bruce Dorminey a parlé à deux scientifiques de la NASA de la possibilité de monter un télescope sur un vaisseau spatial pour une mission sur les planètes extérieures.
La pollution lumineuse dans notre système solaire intérieur, à la fois de la lueur du soleil à proximité et de la lueur zodiacale brumeuse de la poussière broyée dans la ceinture d'astéroïdes, a longtemps contrecarré les cosmologistes à la recherche d'une vision plus claire du début de l'Univers.
Mais une équipe de la NASA, du JPL et de Caltech a étudié la possibilité d'attacher un télescope optique à un vaisseau spatial d'enquête lors d'une mission dans le système solaire externe.
Échapper à la brume pourpre polluée de notre système solaire intérieur
L'idée est d'utiliser le télescope optique en phase de croisière pour mieux gérer la lumière de fond extragalactique; c'est-à-dire la lumière de fond optique combinée de toutes les sources de l'Univers. Ils envisagent l’utilité du télescope pour lancer environ 5 unités astronomiques (AU), sur la distance de l’orbite de Jupiter. L'équipe souhaite ensuite corréler ses données avec les observations au sol.
L’un des objectifs est de faire la lumière sur l’époque de réionisation de l’univers primitif. La réionisation fait référence au moment où le rayonnement ultraviolet (UV) des premières étoiles de l'univers a ionisé le milieu intergalactique (IGM) en éliminant les électrons des atomes ou molécules gazeux de l'IGM. Cette période de réionisation aurait eu lieu au plus tard 450 millions d'années après le Big Bang.
ZEBRA, la poussière zodiacale, le fond extragalactique et l'appareil de réionisation, est un concept JPL de la NASA qui nécessite un télescope de 40 millions de dollars composé de trois instruments optiques / proche infrarouge; composé d'un mappeur à champ large de 3 cm et d'un imageur haute résolution de 15 cm. Cependant, la NASA n'a pas encore sélectionné la proposition ZEBRA pour l'une de ses missions.
Mais pour en savoir plus, nous avons discuté avec le chef du ZEBRA Concept et le cosmologiste des instruments Jamie Bock et l'astronome Charles Beichman, tous deux de la NASA JPL et de Caltech.
Dorminey: Qu'est-ce que la lumière zodiacale?
Beichman: C'est une source lumineuse de lumière diffuse dans notre propre système solaire à partir de grains de poussière qui émettent parce qu'ils ont été chauffés par le soleil et rayonnent d'eux-mêmes
ou refléter la lumière du soleil. Si vous sortez sur une lumière sans lune sombre très claire, vous pouvez voir la bande de cette lumière à partir de cette poussière. Il suit le plan de l'écliptique. Cette poussière provient principalement de matériaux dans la ceinture d'astéroïdes qui se brisent en petites particules après une grosse collision.
Dorminey: Que signifierait le dépassement de cette poussière zodiacale pour les observations?
Beichman: Imaginez-vous assis dans le bassin de Los Angeles et vous avez tout ce smog et cette brume et vous voulez mesurer la clarté de l'air à Palm Springs. Vous devez pouvoir soustraire toute la brume entre ici et là et il n'y a tout simplement aucun moyen de le faire avec précision. Il faut sortir du bassin pour sortir du smog.
Dorminey: Comment cela aiderait-il à étudier ce contexte extragalactique?
Bock: La lumière de fond extragalactique (EBL) mesure la densité d'énergie totale de la lumière provenant de l'extérieur de notre galaxie. Cette lumière donne la somme de l'énergie produite par les étoiles et les galaxies, et toutes autres sources, au cours de l'histoire du temps cosmique. L'arrière-plan total peut être utilisé pour vérifier si nous comprenons correctement l'histoire de la formation des galaxies. Nous nous attendons à ce qu'une composante de la lumière de fond des premières étoiles ait un spectre distinct qui culmine dans le proche infrarouge; cela peut nous dire combien lumineux et combien de temps était l'époque où les premières étoiles se formaient. Malheureusement, la lumière zodiacale est beaucoup plus lumineuse que ce fond. Mais en allant sur l'orbite de Jupiter, la lumière zodiacale est 30 fois plus faible que sur Terre, et sur l'orbite de Saturne, elle est 100 fois plus faible.
Dorminey: Devriez-vous faire de l'auto-stop pour une mission de la NASA ou pourrait-il s'agir d'un partenariat avec une autre agence spatiale, comme l'ESA par exemple?
Bock: Nous avons exploré l'approche du coût différentiel le moins cher, en partenariat avec une mission planétaire de la NASA. Mais nous pourrions nous associer à une autre agence spatiale. L’European Jupiter Icy Moons Explorer (anciennement JGO) est en compétition pour le prochain lancement de mission de classe L au début des années 2020 et constitue une possibilité intéressante pour un instrument scientifique en phase de croisière. Chaque approche s'accompagne d'un environnement de coûts et de partenariat différent.
Dorminey: Le principal moteur du télescope EBL est-il d'aller au-delà de la poussière zodiacale ou est-ce que 5 AU offre également un avantage d'observation en termes de réalisation de faible amplitude?
Bock: Il y a un avantage d'observation en raison de l'arrière-plan [du système solaire plus sombre]. Avec un si petit télescope, nous n'essayons pas d'exploiter cet avantage, mais les futurs observatoires le pourraient. Nous mesurerons la luminosité zodiacale de Jupiter et au-delà, et cela pourrait motiver à l'avenir des observations astronomiques avec des télescopes dans le système solaire externe.
Dorminey: Quel genre de défis de liaison descendante de données rencontriez-vous?
Bock: Les besoins en données sont peut-être plus petits que ce à quoi on pourrait s'attendre, car nos images sont obtenues avec de longues intégrations [d'observation] à une résolution spatiale modérée. Pour la proposition planétaire que nous avons étudiée en détail, le volume total de données était de 230 gigaoctets, avec environ 65% de ces données renvoyées de Jupiter et vers Saturne. Les pointages du télescope fonctionnent de manière autonome.
Dorminey: Qu'en est-il du rayonnement de Jupiter qui interfère avec l'optique et les caméras CCD du télescope?
Beichman: Ce que vous feriez, c'est de cesser de faire les observations EBL à proximité de Jupiter. Les problèmes de rayonnement sont importants, vous ne feriez donc que des observations avant et après avoir traversé Jupiter.
Dorminey: Que feraient vos instruments que le télescope spatial James Webb (JWST) prévu par la NASA ne ferait pas?
Bock: JWST détectera probablement les premières galaxies les plus brillantes, et selon la façon exacte dont les galaxies se sont formées, la plupart du rayonnement total sera manquante en raison de la contribution de nombreuses galaxies faibles. La mesure du fond extragalactique donne le rayonnement total de toutes les galaxies et fournit l'énergie totale. De plus, nous n'avons pas besoin d'un grand télescope; 15 cm suffisent.
Dorminey: Et la science planétaire avec le télescope?
Bock: Notre instrument est spécialisé dans les mesures de faible luminosité de surface. Nous avons fait des choix de conception spécifiques pour cartographier le nuage de poussière zodiacal du système solaire intérieur vers l'extérieur. Une vue en 3 dimensions nous permettra de retracer les origines de la poussière interstellaire aux comètes et aux collisions d'astéroïdes. Nous savons qu'il existe des objets de la ceinture de Kuiper au-delà de l'orbite de Neptune, et il est probable qu'il y ait également de la poussière qui leur est associée.
Dorminey: Combien de temps ce télescope fonctionnerait-il?
Bock: Une fois les premières observations terminées, il serait certainement possible que l'équipe d'origine ou une partie extérieure propose de faire fonctionner le télescope. Un cas scientifique passionnant est les observations de micro-lentilles de parallaxe; observations qui utilisent la parallaxe entre la Terre et Saturne pour étudier l'influence des exo-planètes en orbite autour des étoiles produisant un événement de micro-lentille. D'autres opportunités scientifiques incluent des cartes de la ceinture de Kuiper dans le proche infrarouge; occultations stellaires par des objets de ceinture de Kuiper; et cartographier davantage de champs EBL pour les comparer avec d'autres enquêtes.
Dorminey: Comment les premières observations du télescope pourraient-elles bouleverser la cosmologie théorique?
Beichman: Chaque fois que vous effectuez une mesure qui est cent fois meilleure qu'auparavant, vous obtenez toujours une surprise.
