La face cachée de la lune pourrait offrir une vue très profonde de l'univers

Avec le lancement de la mission Artemis 1 de la NASA sur la Lune ce mois-ci, Space.com examine ce que nous savons sur la Lune et pourquoi nous nous en soucions. Rejoignez-nous pour notre rapport spécial sur la semaine de la lune dans le compte à rebours d'Artemis 1.

Le potentiel scientifique des futures missions lunaires s'étend bien au-delà de la lune.

Un nouveau radiotélescope de l'autre côté de la lune pourrait capitaliser sur la nouvelle ère d'exploration lunaire Artemis de la NASA, disent les scientifiques qui espèrent un jour utiliser un tel télescope pour sonder plus profondément dans l'univers que même le télescope spatial James Webb nouvellement opérationnel peut.

"L'argument pour placer un radiotélescope de l'autre côté de la lune est de regarder des fréquences radio plus basses qui sont autrement fortement polluées par les transmissions radio humaines sur Terre", a déclaré Steven Kahn, physicien à l'Université de Stanford en Californie, à Space.com. .

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Kahn a dirigé l'un des panels de la récente enquête décennale sur l'astronomie et l'astrophysique (Pathways to Discovery in Astronomy and Astrophysics for the 2020s), en se concentrant sur les observations électromagnétiques depuis l'espace. Une proposition de télescope lunaire nommé FARSIDE, dirigée par Jack Burns de l'Université du Colorado à Boulder, a été soumise en tant que mission potentielle de « classe sonde » coûtant entre 1 et 2 milliards de dollars. Burns travaille sur un plan pour un radiotélescope sur la lune depuis les années 1980, mais finalement FARSIDE n'a pas été sélectionné pour recommandation par l'enquête décennale.

Cependant, un tout nouveau concept est actuellement en cours d'évaluation, appelé Lunar Crater Radio Telescope, qui est dirigé par Saptarshi Bandyopadhyay du Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie.

"Nous voulons construire un radiotélescope de 350 mètres de diamètre dans un cratère de 1,3 kilomètre de large sur la face cachée de la lune", a déclaré Bandyopadhyay, qui est un technologue en robotique, à Space.com. (Ce serait un plat de 1 150 pieds de large dans un cratère de 0,8 mile.)

Le plan initial prévoyait un télescope encore plus grand, d'une taille de 0,6 mile (1 km), mais l'échelle même de cet instrument s'est avérée irréalisable en raison de la masse totale qui devrait être lancée depuis la Terre. Heureusement, "En examinant la science, nous avons réalisé qu'un diamètre de 350 mètres serait suffisant pour nous donner la science que nous voulons obtenir", a déclaré Bandyopadhyay.

Cette science consiste à remonter dans le temps jusqu'à une époque lointaine connue sous le nom d'époque de la réionisation. Peu de temps après le Big Bang, il n'y avait ni étoiles ni galaxies, seulement un vaste brouillard d'hydrogène neutre. Cette période a été surnommée « l'âge des ténèbres cosmiques ». Finalement, l'hydrogène a commencé à fusionner pour former des étoiles et des galaxies, éclairant l'univers et ionisant l'hydrogène neutre. C'est cette première ère que le radiotélescope du cratère lunaire espère voir.

Ordinairement, l'hydrogène neutre émet des ondes radio à une longueur d'onde de 8,3 pouces (21 centimètres), mais l'expansion cosmique aura allongé la longueur d'onde des ondes radio émises par l'hydrogène à l'âge des ténèbres à des longueurs d'onde extrêmement longues de plusieurs dizaines de mètres.

La détection de cette lumière à grande longueur d'onde sur Terre est difficile, en partie parce que l'ionosphère (la partie supérieure de notre atmosphère) peut réfléchir la lumière de ces longueurs d'onde dans l'espace, et en partie parce que les interférences radio terrestres peuvent l'obscurcir. La chose à faire serait de construire un radiotélescope géant sur la face cachée de la lune, où il n'y a pas d'ionosphère, et où la lune elle-même peut protéger le télescope des interférences de la Terre.

"La récente enquête décennale d'astrophysique a parlé de la nécessité de comprendre à quoi ressemblait l'âge sombre, et que pour faire ce genre de travail, une mesure globale à un seul récepteur est nécessaire", a déclaré Bandyopadhyay. "C'est exactement ce que nous proposons."

Le plan de Bandyopadhyay est d'envoyer un vaisseau spatial dans un cratère approprié de l'autre côté lunaire. Le vaisseau spatial atterrirait à l'intérieur du cratère, puis tirerait plusieurs câbles avec des ancres dans le bord du cratère, où les ancres pénétreraient en toute sécurité dans le régolithe lunaire. Les câbles seraient alors tendus, créant un cadre pour maintenir la parabole radio en treillis métallique, qui serait pliée comme un origami dans l'atterrisseur et ouverte lorsque les câbles se tendraient. Une antenne d'alimentation serait déployée au-dessus de la parabole et un vaisseau spatial au-dessus fournirait d'abord un signal de balise pour aider à calibrer le télescope, puis agirait comme un relais pour les données et les commandes, car la Terre ne peut pas être vue de l'autre côté lunaire, caché comme il est derrière le corps de la lune.

Du moins, c'est le plan. Le radiotélescope Lunar Crater est actuellement en phase II du programme de développement Innovative Advanced Concepts (NIAC) de la NASA, grâce auquel il a reçu un financement de 500 000 $ pour faire mûrir la technologie nécessaire. Mais c'est loin du budget de plusieurs milliards de dollars qui serait nécessaire pour faire de la mission du télescope un succès.

En raison de son prix élevé, le télescope nécessite un soutien solide de la part de la communauté scientifique pour obtenir une recommandation lors de la prochaine enquête décennale.

"Ce que nous devons faire maintenant, c'est présenter un argument très solide pour lequel cela devrait être fait", a déclaré Bandyopadhyay. "Donc, j'espère que lorsque la prochaine enquête décennale arrivera, nous y aurons consacré suffisamment de temps et d'efforts pour qu'ils recommandent la mission."

Cependant, les mêmes problèmes qui ont fonctionné contre FARSIDE pourraient également fonctionner contre le radiotélescope Lunar Crater, en particulier que même s'il fera une science importante, il est également trop spécialisé, a déclaré Kahn.

"Compte tenu de son objectif limité, il sera difficile de prioriser cela et de le classer numéro un [dans la prochaine enquête décennale en 2030]", a-t-il déclaré.

Cependant, il peut y avoir une autre option, a suggéré Kahn (qui n'est pas directement impliqué dans le projet), en ce sens qu'elle correspond au désir de la NASA de faire plus d'exploration sur la lune. "Il y a des raisons programmatiques de vouloir faire des vols plus fréquents vers la Lune, et donc l'espoir est d'essayer de capitaliser là-dessus", a-t-il déclaré.

Cette approche est incarnée dans le programme Commercial Lunar Payloads Services (CLPS) de la NASA, qui verra plus de 50 petites charges utiles scientifiques être livrées sur la Lune par des entrepreneurs privés au cours des trois prochaines années. Trois de ces charges utiles se dirigeront vers le cratère Schrödinger de 194 milles de large (312 km), qui est un bassin d'impact sur la face cachée de la lune près du pôle sud lunaire, en 2025 sur un atterrisseur lunaire construit par le Massachusetts- société aérospatiale basée Draper.

"D'un point de vue scientifique, la face cachée de la lune est l'un des principaux endroits dont nous voulons obtenir des informations", a déclaré Debra Needham, planétologue au Marshall Space Flight Center de la NASA à Huntsville, Alabama, à Space.com.

Schrödinger est une cible intéressante, et on pense qu'il s'agit du deuxième plus jeune bassin d'impact sur la lune. Les trois charges utiles, nommées Farside Seismic Suite (FSS), Lunar Interior Temperature and Materials Suite (LITMS) et Lunar Surface ElectroMagnetics Experiment (LuSEE), étudieront la relation entre la formation et la taille du cratère, ainsi que la structure intérieure de la lune.

"L'impact qui a formé Schrödinger était si important que nous pensons qu'il a pénétré à travers la croûte supérieure de la lune et dans le manteau", a déclaré Needham. "Explorer cela sera vraiment important pour nous aider à comprendre la chimie globale de la lune, ce que la lune est faite de l'intérieur et de l'extérieur, et comment cela nous aide à comprendre comment la lune s'est formée et comment elle s'est refroidie depuis ses premiers jours les plus chauds quand c'était volcaniquement actif et un endroit beaucoup plus dynamique qu'il ne l'est aujourd'hui."

Par exemple, les sismomètres écouteront les tremblements de lune causés par les impacts de météorites ou par la pression sur l'intérieur de la lune causée par les marées gravitationnelles émanant de la Terre. Alors que les tremblements sismiques se répercutent à l'intérieur de la lune, le signal que le FSS détectera peut renseigner les scientifiques sur la structure, la composition et la densité de l'intérieur de la lune.

Pendant ce temps, l'expérience LITMS est armée d'une sonde de flux de chaleur avec laquelle elle pourra prendre la température interne de la lune pour plus de détails sur l'intérieur de la lune.

"Les mesures de la sonde thermique pendant Apollo ont été effectuées dans une région anonymement chaude de la lune", a déclaré Needham. "Il y a une anomalie chimique sur le côté proche qui dégage de la chaleur, donc LITMS sera la première fois que nous obtiendrons des mesures en dehors de cette zone."

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L'expérience finale, LuSEE, étudiera la poussière dans l'exosphère de la lune, qui est la fine couche de gaz et de poussière qui s'accroche près de la surface et est projetée du sol par des impacts de micrométéorites et des forces électrostatiques.

Ensemble, ce trio de petites expériences robotiques pourrait ouvrir la voie à une exploration plus approfondie de la face cachée. Une telle exploration suivrait les traces (ou devrait-il s'agir de traces de roues?) Du rover chinois Yutu 2, qui est devenu le premier vaisseau spatial à atterrir de l'autre côté lorsqu'il a atterri le 3 janvier 2019, dans un cratère appelé Von Karman.

La mission Artemis 1 de la NASA sur la Lune sera lancée lundi (29 août) pendant une fenêtre de deux heures qui s'ouvre à 8 h 33 HAE (12 h 33 GMT). Vous pouvez regarder la couverture en direct du lancement avec l'aimable autorisation de la NASA et suivre les mises à jour en direct de Space.com sur la mission.

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Keith Cooper est journaliste scientifique indépendant et rédacteur en chef au Royaume-Uni. Il est diplômé en physique et en astrophysique de l'Université de Manchester. Il est l'auteur de "The Contact Paradox: Challenging Our Assumptions in the Search for Extraterrestrial Intelligence" (Bloomsbury Sigma, 2020) et a écrit des articles sur l'astronomie, l'espace, la physique et l'astrobiologie pour une multitude de magazines et de sites Web.

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