La NASA cherche une précision de l’ordre du picomètre

Pour que ses instruments d’observation, comme les télescopes, soient suffisamment précis pour pouvoir remplir leur mission, la NASA est à la recherche d’une précision de l’ordre du picomètre.

Envoyer dans l’espace des instruments tels que le James Webb Space Telescope (JWST) pour étudier l’univers ne sert que si sa précision est extrême. Pour que les observations faites soient utilisables, il faut que l’instrument soit hyper précis, ce qui implique une précision des composants optiques qui n’excède pas une déformation supérieure à quelques picomètres. Pour garantir une telle précision, inférieure à la taille d’un atome, il est nécessaire de concevoir une nouvelle génération d’instruments de mesure.

Grâce à un financement de la NASA, une équipe de scientifiques du Goddard Space Flight Center de Greenbelt (Maryland) a commencé à travailler au développement d’un tel outil de laboratoire avec la firme 4-D Technology. Il s’agit de développer un interféromètre à grande vitesse capable de mesurer la stabilité au niveau du picomètre, un exploit encore jamais réalisé.

À l’heure actuelle, la NASA n’a pas encore lancé d’instrument avec de telles exigences de stabilité et de précision. La communauté scientifique étudie de près la possibilité d’une telle nécessité. L’année dernière, l’Association des universités pour la recherche en astronomie a entériné le projet d’un télescope spatial à haute définition dans le but de trouver des planètes similaires à la Terre aux confins de l’univers. Une telle nécessité a aussi été évoquée par un autre groupe d’étude qui évalue la possibilité de concevoir le LUVOIR (Large Aperture Ultraviolet-Optical-Infrared Space Telescope). « Si on veut rechercher et analyser des planètes terrestres dans d’autres systèmes solaires, le télescope doit être conçu et construit pour être plus stable qu’aucun instrument lancé à ce jour, notamment le télescope spatial James Webb », a déclaré Babak Saif, une spécialiste en optique au Goddard Space Flight Center de Greenbelt.

Un interféromètre ultra précis

Comme tous les interféromètres, l’instrument divise la lumière et la recombine pour mesurer les changements les plus minuscules, y compris les mouvements. Avec cet outil, les techniciens promettent de pouvoir mesurer la moindre distorsion dans les segments d’un miroir, dans les supports et les autres pièces d’un télescope, notamment lors des tests thermiques, des tests vibratoires et au cours des essais environnementaux. Il s’agit d’essais qui visent à reproduire les conditions réelles, à savoir les phénomènes de dilatation en raison des changements de température et des vibrations au cours du décollage. Ces fluctuations pourraient perturber la précision de l’instrument au point qu’il ne soit plus capable de concentrer assez de lumière pour distinguer la lumière d’une planète de celle de son étoile parente.

L’instrument qui est en cours de conception s’appuie sur un instrument similaire de 4-D Technology qui a été spécialement conçu pour le JWST. L’instrument en question à une précision de l’ordre du nanomètre, soit bien plus que l’objectif du picomètre fixé pour le nouvel instrument.

« L’interféromètre à grande vitesse permet effectivement de faire des mesures dynamiques au nanomètre pour les grandes structures », explique Babak Saif. « C’est tout à fait nouveau. L’instrument est quatre fois plus sensible que les autres outils de mesure. Et il mesure toute la surface des miroirs ».

Le problème des missions de type LUVOIR est qu’elles nécessiteront une nouvelle génération de télescopes, nettement plus stables que les actuels. C’est pour cette raison qu’une précision de l’ordre du picomètre est recherchée. Pour ce projet, l’équipe dispose d’un budget de 1,65 million de dollars attribué par le programme Cosmic Origins Strategic Astrophysics Technology.