La NASA a appris à éliminer dynamiquement la distorsion du picomètre de l'optique du télescope

Dans la "salle blanche" du Goddard Space Flight Center, les techniciens ouvrent un miroir segmenté de l'observatoire James Webb en préparation du test d'alignement de l'été 2016. Photo: NASA / Chris Gunn

Pour trouver et déterminer les caractéristiques de dizaines d'exoplanètes similaires à la Terre, un télescope spatial très stable est nécessaire, dont les composants optiques déplacent et déforment l'image de quelques picomètres au maximum - c'est moins que la taille d'un atome. Des outils de nouvelle génération sont également nécessaires pour garantir ce niveau de stabilité. Il y a un an et demi, la NASA a octroyé des fonds à un groupe de recherche au Goddard Space Flight Center et à la technologie 4-D pour créer un interféromètre à haute vitesse qui assurerait la stabilité du picomètre du télescope. Personne ne pouvait résoudre ce problème auparavant.

Comme dans tous les interféromètres, le faisceau lumineux est ici divisé en plusieurs faisceaux cohérents. Chacun d'eux suit son propre chemin, puis ils s'unissent à nouveau, créant un motif d'interférence par lequel il est possible d'établir la différence de phase des faisceaux brouilleurs à un point donné de l'image. Vous pouvez donc enregistrer le moindre mouvement ou déplacement du matériau. Un tel interféromètre a été utilisé pour aligner 18 miroirs de l'observatoire James Webb.

La NASA a décidé que mesurer uniquement la surface des miroirs ne suffisait pas. Par conséquent, le Goddard Space Flight Center, en collaboration avec la technologie 4-D, a développé un interféromètre laser dynamique avancé qui enregistre simultanément les déplacements non seulement des miroirs, mais aussi de leurs supports et autres composants structurels, travaillant dans des conditions de vibration, de bruit ou de turbulence de l'air. L'instrument était quatre ordres de grandeur plus précis que toute technique similaire à l'époque. Peu de temps après sa création, l'instrument a été immédiatement utilisé dans les laboratoires, salles blanches et chambres d'essai de tous les participants au projet.

Mais cela ne suffisait pas non plus pour réaliser des missions spatiales comme LUVOIR (Large UV Optical Infrared Surveyor). Le concept suppose que de grands miroirs d'un diamètre de 8 à 18 m couvrent les gammes de longueurs d'onde ultraviolettes, visibles et infrarouges. Les télescopes LUVOIR seront en mesure d'analyser la structure et la composition de la surface des exoplanètes, ainsi que de retirer les disques circumstellaires faibles pour donner une idée de la forme des planètes. De plus, de tels télescopes pourront déterminer les biosignatures dans l'atmosphère des exoplanètes éloignées: les teneurs en CO ₂ , CO, oxygène moléculaire (O ₂ ), ozone (O ₃ ), eau (H ₂ O) et méthane (CH ₄ ).

La prise de vue simultanée dans différents spectres LUVOIR aidera à comprendre comment le rayonnement UV de l'étoile mère régule la photochimie atmosphérique sur les planètes habitées.

Le 25 janvier 2018, un groupe de recherche du Goddard Space Flight Center a annoncé la création d'un outil qui rendrait la précision du picomètre possible. Ce premier de son genre instrument unique de ce genre - interféromètre de speckle (interféromètre de speckle).


Des experts en optique du Goddard Center Babak Salf (à gauche) et Lee Feinberg (à droite), avec l'aide de l'ingénieur Eli Gri-MacMahon (au centre) de Genesis, ont développé le système de vide thermique ultra-stable, qui sera utilisé pour les tests. mesures interférométriques avec une précision de 12 picomètres

Les scientifiques ont montré que le nouvel interféromètre est capable d'enregistrer dynamiquement les déplacements sur un miroir segmenté de 1,5 mètre du télescope et de sa structure de support avec une précision de 25 picomètres.

De tels déplacements de l'échelle atomique dans des sections individuelles du miroir peuvent se produire en raison de changements de température ou à la suite d'un transport «inexact» depuis la Terre, lorsque le lanceur accélère avec une accélération de 6,5 g. Les scientifiques disent que même un déplacement d'un atome affectera la précision des mesures de l'atmosphère et de la surface des exoplanètes éloignées.

Les développeurs vont maintenant tester l'interféromètre dans une installation sous vide thermique ultra-stable - et voir s'il est capable de détecter des déplacements de 12 picomètres, soit 1/10 du diamètre d'un atome d'hydrogène.