Lorsqu’il s’agit de télescopes, la taille compte. Plus le télescope est grand, plus il collecte de lumière,
Et s'il y avait un moyen de faireun télescope 10 voire 100 fois plus gros que les Kelper, Spitzer, Hubble et le même Webb ? Au fil du temps, la question théorique s'est transformée en une série d'expériences. Le but est de savoir si des liquides peuvent être utilisés pour créer des lentilles en microgravité. La prochaine expérience aura lieu au Laboratoire National de la Station Spatiale Internationale par les astronautes de la mission Axiom-1.
Lentilles "liquides"
Tous les liquides ont une force élastique, quiappelée tension superficielle. C'est elle qui permet à certains insectes de glisser dans l'eau sans se noyer, et donne leur forme aux gouttes d'eau. Sur Terre, lorsque les gouttelettes d'eau sont suffisamment petites (2 mm ou moins), la tension superficielle l'emporte sur la gravité et elles restent parfaitement sphériques. Si la goutte devient beaucoup plus grande, elle se contracte sous son propre poids.
Edward Balaban, chercheur principal de l'expérience FLUTE, cherche à déterminer s'il est possible de fabriquer des lentilles et des miroirs de haute précision dans l'espace à l'aide de liquides.
« Nous avons pensé : pourquoi ne pas profiter du fait quecomment les fluides se comportent naturellement en microgravité. Cette propriété peut être appliquée à la construction de télescopes à grande échelle ou de composants optiques fabriqués dans l’espace », explique Balaban dans un article de blog de la NASA. « En microgravité, les liquides prennent des formes utiles à la fabrication de lentilles et de miroirs. Si nous les créons dans l’espace, ils seront utiles pour créer des télescopes si grands que cela était considéré comme irréaliste.
Essais au sol
Avant d'expérimenter dans l'espace, les scientifiques ont vérifiéleurs idées ici sur terre. "Les fluides sont utiles non seulement pour créer les lentilles elles-mêmes, mais aussi comme mécanisme pour éliminer les effets de la gravité dans les expériences sur Terre", explique Moran Bercovici, professeur adjoint de génie mécanique au Technion.
En injectant un liquide qui peut se solidifier,dans des montures rondes immergées dans l'eau, les scientifiques ont réussi à créer des lentilles. Lors de leur création, les scientifiques ont utilisé des polymères largement utilisés dans les salons de manucure pour fabriquer des ongles en acrylique.
Expérience pendant le vol parabolique ZeroG. Photo : Institut israélien de technologie
Comme les auteurs de la note de développement, les lentilles résultantesqualité de surface exceptionnelle. En même temps, il a fallu un peu de temps pour les fabriquer. « Cette méthode nous permet de nous passer complètement de tout processus mécanique comme le meulage ou le polissage. La physique naturelle des fluides fait tout le travail pour nous », disent les scientifiques.
Test de microgravité
En décembre 2021, l'équipe a testé ses idéessur deux vols paraboliques ZeroG. Au total, les scientifiques se sont retrouvés en microgravité 50 fois, chaque période durant de 15 à 20 secondes. Cela a suffi aux scientifiques pour former des lentilles liquides et collecter des données pour analyser s'ils avaient atteint leurs objectifs.
L'astronaute de la NASA Karen Nyberg regarde à travers une bulle sphérique flottante de liquide en microgravité. Source : NASA.
Pendant le vol, les chercheurs ont utilisépompes pour pousser l'huile synthétique dans un cadre circulaire (de la taille d'une pièce de monnaie), permettant au liquide de remplir l'espace et de prendre instantanément la forme souhaitée. Les huiles sont similaires aux huiles automobiles, mais avec différents niveaux de viscosité ou d'adhésivité, afin que les scientifiques puissent déterminer quelle option "fonctionne" le mieux.
« En quelques secondes, nous avons pu créer séparémentlentille liquide debout. Elle a gardé sa forme jusqu'à ce que l'avion remonte, que la gravité s'allume et que l'huile s'échappe », expliquent les auteurs du développement. Une nouvelle expérience sur la station spatiale permettra aux liquides de conserver leur forme pendant longtemps. Pour voir le moment où le liquide a pris la forme souhaitée, les scientifiques ont été aidés par un laser pour des mesures ultra-rapides et ultra-précises.
Et ensuite?
Après des tests réussis sur ZeroG, des scientifiques dedans l'attente de l'expérience à bord du laboratoire orbital de l'ISS. Eitan Stibbe, membre de l'équipage d'Ax-1, dirigera l'expérience, et l'ancien astronaute de la NASA et commandant d'Ax-1, Michael Lopez-Alegria, sera son remplaçant. L'expérience se déroulera entièrement en microgravité. Les astronautes utiliseront des polymères liquides, la lumière ultraviolette ou la température pour les durcir en microgravité. Les lentilles retourneront ensuite sur Terre, où elles seront étudiées au Ames Research Center (ARC).
"Cette approche créera des surfaces lisses et parfaitement formées, idéales pour créer des miroirs pour télescopes", explique Vivek Dwivedi, participant à l'expérience FLUTE.
« Si l'expérience sur l'ISS réussit, ce sera la première expérience de création d'un composant optique dans l'espace. C'est un événement historique », concluent les scientifiques.
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FLUTE est une expérience technologique visant à créer un miroir de télescope en apesanteur en utilisant du gallium liquide pour un dépôt à base de polymère (Fluidic Telescope Experiment).