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Un télescope à miroir liquide de 100 m de diamètre sur la Lune ?

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Le concept d'un miroir de télescope liquide est étudié par les astronomes depuis des décennies car il permettrait, à moindre coût, de fabriquer des instruments bien plus performants que ce qui est aujourd'hui réalisable même avec des techniques d'optiques adaptatives. Le professeur Ermanno Borra fait partie des chercheurs qui travaillent sur ce concept depuis près de 20 ans. Avec son collaborateur, Omar Seddiki, il vient de trouver un moyen de résoudre un des problèmes clés pour la réalisation d'un miroir de ce genre, de plusieurs dizaines de mètres de diamètre, sur la Lune. La technique pour obtenir un miroir liquide malgré les conditions de température lunaire inférieures à 130 K est exposée dans Nature.

Le professeur Ermanno Borra et Omar Seddiki (Crédit : Université de Laval).
Un télescope avec miroir liquide de 20 m de diamètre sur la Lune Crédit : Tom Connors, University of Arizona

Depuis toujours, la construction d'un miroir de télescope bute sur des difficultés, pour ne pas dire des impasses. Il est déjà difficile de polir un miroir de grandes dimensions pour lui donner la perfection nécessaire à des observations de bonnes qualités mais le véritable problème est que, plus un miroir est grand plus il se déformera sous son propre poids et courra le risque de se briser lors de son transport. Couler et refroidir un miroir de grandes dimensions n'est pas non plus une chose facile et son coût de fabrication dépasse rapidement plusieurs millions de dollars. Enfin, les meilleurs sites d'observations astronomiques, en liaison avec la stabilité de l'atmosphère et le nombre moyen de nuits sans nuages sur l'année, sont situé sur de hautes montagnes comme dans le désert de l'Atacama au Chili. Ce n'est évidemment pas très pratique pour y transporter un miroir de plus de 10 mètres de diamètre.

Bien sûr, les techniques d'optiques adaptatives, avec de grands miroirs composites dont les éléments sont montés sur vérins et contrôlés par ordinateurs, ont permis des prouesses que l'on pensait autrefois impossibles ou réservées à des télescopes spatiaux. De même, les techniques d'interférométries en plein développement actuellement sont elles aussi très prometteuses, il suffit de penser aux résultats déjà obtenus avec AMBER par exemple.

Imaginons un instant un miroir de 100 mètres de diamètre, sa puissance serait 1 000 fois supérieure à celle qu'on pense pouvoir atteindre avec le télescope spatiale James Webb, qui succédera bientôt à Hubble si tout va bien. Des images spectaculaires sur les toutes premières galaxies et les premières étoiles seraient alors disponibles. Lorsqu'on mesure l'impact que Hubble a déjà eu sur l'astrophysique et la cosmologie on se prend à rêver des découvertes stupéfiantes et aujourd'hui inimaginables qui seraient alors possibles.

Problème, on l'a vu, un tel télescope en verre sur Terre non seulement serait probablement impossible mais l'on n'ose imaginer son coût.

Vers un télescope à miroir liquide

De manière basique, la forme d'un miroir d'un télescope est celle d'un paraboloïde de révolution. Or, un fluide en rotation prend précisément cette forme. Les astronomes ont donc étudié et réalisé des miroirs liquides en mercure qui sont non seulement moins chers et plus faciles à réaliser mais aussi potentiellement plus parfaits quant à la forme du paraboloïde obtenue : un gage d'observations de bonne qualité, avec une excellente résolution. Le professeur Borra est d'ailleurs mondialement connu pour ses réalisations dans le domaine et pour avoir fait parti de ceux qui ont démontré concrètement les avantages de ces miroirs.

L'idéal serait de réaliser de tels télescopes géants sur la Lune. Cela peut sembler de la science fiction mais dans le cadre du programme de colonisation de la Lune de la NASA ce n'est plus le cas. Un télescope situé au pôle sud (ou nord), et observant, caché du Soleil, dans un cratère comme celui de Clavius par exemple, serait parfait. Sauf qu'il faudrait trouver un liquide capable de le rester à une température de 130 K environ ! Pour le mercure c'est exclu.

Les programmes d'études à ce sujet allaient fermer faute de candidats crédibles pour remplacer le mercure. Heureusement, en prenant un liquide sur lequel on pouvait faire nager une mince couche de particules en argent, on avait déjà réalisé des miroirs liquides équivalents. Restait à trouver le bon liquide.

On n'y est pas encore mais, grâce à un liquide ionique, Borra et Seddiki ont obtenu le résultat escompté alors que la température était de 175 K. Comme il existe une très large gamme de liquides ioniques, descendre à 130 K devrait être possible dans un avenir proche.

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