Une expérience clé pour la mission spatiale Life
Gr?ce à une association de cinq satellites, l'initiative internationale Life, dirigée par l'ETH Zurich, souhaite un jour détecter des traces de vie sur des exoplanètes. Une expérience en laboratoire au Département de physique doit maintenant montrer si le procédé de mesure prévu fonctionne.
L'essentiel en bref
- L'initiative Life, menée par l'ETH Zurich, vise à détecter un jour des traces de vie sur des exoplanètes.
- Une expérience de laboratoire dans des conditions réalistes doit montrer la faisabilité technique.
- Le projet peut désormais être réalisé gr?ce à une subvention de trois millions d'euros.
"C'est une étape importante sur un très long chemin", souligne Adrian Glauser, Senior Scientist à l'Institut de physique des particules et d'astrophysique de l'ETH Zurich. Fin mars, il a appris, en compagnie de Sascha Quanz, professeur d'astrophysique à l'ETH et responsable du groupe Exoplanètes et habitabilité, que la Confédération suisse allait soutenir le projet "Nice" dans le cadre du programme Prodex (PROgramme de Développement d'EXpériences scientifiques) de l'Agence spatiale européenne (ESA) avec une contribution financière de près de trois millions d'euros. Les chercheurs de l'ETH pourront ainsi élaborer des bases techniques importantes, sans lesquelles l'ambitieuse mission spatiale "Life" ne pourra pas être réalisée.
La chasse aux traces de vie
L'initiative Life - abréviation de "Large Interferometer for Exoplanets" - doit permettre d'étudier un jour plus en détail les exoplanètes semblables à la Terre, c'est-à-dire les planètes dont la taille et la température sont similaires à celles de la Terre, mais qui tournent autour d'autres étoiles. L'accent sera mis sur les systèmes planétaires situés dans un rayon de 65 années-lumière de notre système solaire. Le plan consiste à positionner cinq petits satellites au point de Lagrange L2, c'est-à-dire à l'endroit où se trouve le télescope spatial James Webb. Ensemble, ils formeront un grand télescope qui servira d'interféromètre pour capter le rayonnement thermique des exoplanètes dans le domaine infrarouge. Le spectre de la lumière permettra ensuite de déduire la composition des exoplanètes étudiées et de leur atmosphère. "Notre objectif est de détecter dans le spectre de la lumière des composés chimiques qui indiquent la présence de vie sur les exoplanètes. L'atmosphère de la Terre, par exemple, contient de manière détectable de l'oxygène et du méthane, qui sont produits par l'activité biologique", explique Quanz, qui dirige la Life Initiative.
L'Agence spatiale européenne (Esa) accorde une grande priorité à cette mission. Life est considéré comme un candidat pour une future grande mission scientifique de l'Esa. Les images futuristes qui illustrent déjà la manière dont les cinq satellites opéreront dans l'espace ne doivent toutefois pas faire oublier que le projet est un parcours technique et que de nombreuses questions restent ouvertes. Une question centrale est par exemple de savoir si les mesures peuvent être effectuées comme les scientifiques l'imaginent.
Des instruments de mesure de haute précision
Le principal problème de la recherche sur les exoplanètes est d'identifier la faible lumière qu'elles renvoient ou émettent à c?té de la lumière beaucoup plus brillante de leur étoile mère. "Les instruments doivent pouvoir voir la lumière d'une luciole qui se trouve à c?té d'un phare à 4000 kilomètres de distance", explique Glauser pour illustrer les exigences posées aux instruments de mesure.
Comme il n'est pas possible de masquer mécaniquement l'étoile mère dans le télescope Life, cette source de perturbation doit être éliminée par la technique dite de l'interféromètre à zéro. La lumière de l'étoile mère, captée par les différents satellites, est superposée par déphasage de telle sorte qu'elle s'annule mutuellement. En revanche, la lumière de l'exoplanète, qui atteint les satellites avec un angle légèrement différent, n'est pas annulée par cette superposition. C'est ainsi que l'on voit les objets faiblement lumineux à c?té de l'étoile brillante et que l'on peut détecter d'éventuels indices de liaisons chimiques.
Une technologie adaptée à l'espace
Les planétologues ont déjà pu démontrer lors d'expériences précédentes que la technique de l'interférométrie à zéroing fonctionnait en principe dans le domaine des ondes infrarouges. La question est maintenant de savoir si le principe de mesure peut également être utilisé pour les planètes faibles semblables à la Terre. "Pour que les signaux infrarouges, déjà faibles, ne soient pas perturbés par la chaleur ambiante, nous devons effectuer les mesures dans des conditions extrêmement froides, comme c'est le cas au point de Lagrange L2", explique Glauser.
Dans le cas de l'expérience Nice - acronyme de "Nulling Interferometer Cryogenic Experiment" - l'appareillage de mesure se trouve dans une chambre froide, refroidie à une température de -260 °C. Il s'agit d'un système d'interférométrie qui permet de mesurer la température de l'eau. Là aussi, il y a quelques questions fondamentales à résoudre : Comment peut-on ajuster de l'extérieur les appareils de mesure dans la chambre avec une précision nanométrique, afin que la lumière stellaire simulée puisse être masquée de manière optimale ? Et quels sont les matériaux appropriés ? "Pour ce projet, nous allons collaborer avec des partenaires industriels qui ont de l'expérience dans les technologies spatiales", explique Glauser. "Notre objectif est de développer une méthode de mesure lors de cette expérience, qui pourra ensuite être utilisée dans l'espace", ce qui nous rapproche de la réalisation de la mission Life Initiative et de la recherche de vie en dehors de la Terre.