[Mission DSL] - Observer le cosmos profond depuis la face cachée de la lune (2025)

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Une équipe de chercheurs chinois prévoit d'utiliser la lune comme un bouclier pour détecter les basses fréquences du spectre électromagnétique, autrement difficiles à observer, et ouvrir une nouvelle fenêtre sur l'univers. La mission DSL (Discovering the Sky at the Longest Wavelengths) a pour objectif de rechercher des signaux faibles et de basse fréquence provenant du cosmos primitif, à l'aide d'un réseau de 10 satellites en orbite lunaire. Si elle est lancée en 2025 comme prévu, elle offrira l'un des tout premiers aperçus de l'univers à travers un nouvel objectif.

Neuf satellites "jumeaux" observeront le ciel en passant au-dessus de la face cachée de la Lune, en utilisant notre voisin céleste de 3 474 kilomètres de diamètre pour bloquer les interférences électromagnétiques d'origine humaine ou autre. Les données collectées dans cet environnement radio-pur, seront, selon les chercheurs, recueillies par un vaisseau spatial mère plus grand et transmises à la Terre lorsque les satellites se trouveront sur la face cachée de la Lune et en vue des stations au sol.

La mission a pour but de cartographier le ciel et de cataloguer les principales sources de signaux de grande longueur d'onde - la dernière zone du spectre électromagnétique encore largement inconnue - selon un article sur la mission DSL rédigé par Xuelei Chen et d'autres chercheurs du National Astronomical Observatories et du National Space Science Center, deux institutions relevant de l'Académie chinoise des sciences.

"Une mission de ce type en orbite lunaire pourrait avoir un impact scientifique, notamment sur la science de l'aube cosmique et de l'âge sombre", déclare Marc Klein Wolt, directeur général du Radboud Radio Lab aux Pays-Bas et membre du NCLE (Netherlands-China Low Frequency Explorer), à bord du satellite relais chinois Queqiao.

"Lorsque vous ouvrez une nouvelle fenêtre sur l'univers, vous allez faire de nouvelles découvertes, des choses que vous ne connaissez pas encore - les inconnus inconnus."
-Marc Klein Wolt, Radboud Radio Lab, Pays-Bas

Pour détecter l'âge sombre du cosmos (la période précédant la formation des premières étoiles et leur apparition) et l'aube cosmique (lorsque les premières étoiles et galaxies se sont formées), il faut observer des fréquences comprises entre 10 et 50 mégahertz. Les signaux émis par les atomes d'hydrogène au cours de ces premières ères cosmiques ont été étirés sur des échelles de temps cosmiques à des longueurs d'onde beaucoup plus grandes, sur 13 milliards d'années de voyage. La radioastronomie de ce type est extrêmement difficile sur Terre, car l'ionosphère interfère avec ces longueurs d'onde ultra longues ou les bloque complètement.

"Pour mesurer le signal de l'aube cosmique, ou même celui de l'âge sombre, ce qui est encore plus difficile, il faut se trouver dans un environnement vraiment calme", note M. Wolt.

Selon Wolt, les satellites pourraient, au fil du temps, mesurer les distributions primordiales d'hydrogène à plusieurs époques différentes de la vie initiale de l'univers. Apprendre comment les distributions ont changé et évolué au fil du temps et se sont transformées en de plus grands amas de matière pour former des étoiles et des galaxies serait une contribution importante à l'astronomie.

L'héliophysique, la météo spatiale, les exoplanètes, le milieu interstellaire et les sources radio extragalactiques ne sont que quelques-uns des autres domaines dans lesquels l'astronomie à grande longueur d'onde de DSL pourrait apporter de nouvelles contributions supplémentaires.

"Lorsque vous ouvrez une nouvelle fenêtre sur l'univers, vous allez faire de nouvelles découvertes, des choses que vous ne connaissez pas encore", dit Wolt. "Les inconnus inconnus".

Des astronomes des États-Unis et d'ailleurs ont proposé d'installer des télescopes sur la face cachée de la Lune afin de profiter du silence radio pour faire des observations sans précédent. Au cours de milliards d'années, la gravité de la Terre a ralenti la rotation de la lune, la rendant "tidally locked", ce qui signifie que la face cachée de la lune ne fait jamais face à la Terre et est protégée de tout bruit électromagnétique créé par des sources terrestres.

La mission DSL évitera toutefois le coût et la complexité bien plus importants liés à l'atterrissage et à l'installation sur la Lune. Elle ne sera pas non plus obligée d'emporter des systèmes de chauffage à radio-isotopes pour maintenir l'électronique au chaud pendant les nuits lunaires glaciales qui durent deux semaines. D'un autre côté, le fait d'être en orbite limite la durée des observations que les satellites peuvent faire lorsqu'ils sont protégés par la lune.

Mais il y a aussi d'autres avantages.

"Avec le train de satellites, vous êtes en mesure de faire des observations par interférométrie, c'est-à-dire de combiner les mesures des différents instruments ensemble. Et comme ils sont en orbite autour de la lune, ils peuvent couvrir la majeure partie du ciel chaque mois", explique M. Wolt.

La mission présente un certain nombre de défis, comme le maintien des satellites en orbite dans une configuration précise. Elle constituerait également un premier exemple d'utilisation de petits satellites pour la science spatiale dans l'espace lointain.

La Chine a déjà tenté de tester l'interférométrie en orbite lunaire avec deux petits satellites qui ont été lancés en même temps que le satellite relais Queqiao en 2018 pour soutenir la mission chinoise d'atterrissage sur la face cachée de la Lune Chang'e-4, mais l'un des engins spatiaux a été perdu après la combustion destinée à les faire passer de la Terre à l'orbite translunaire. Cette prochaine tentative serait beaucoup plus ambitieuse.

L'équipe DSL a récemment terminé l'étude intensive de la mission et demande maintenant à entrer dans la phase d'ingénierie, selon Chen, pour un lancement prévu en 2025. Bien que la "face cachée de la lune" soit un terme impropre, le silence (et donc au moins l'obscurité radio) de la face cachée de la lune pourrait offrir un aperçu sans précédent des mystères cosmiques.

Correction 19 janv. 2022 : Une version précédente de cet article indiquait que la mission DSL était chinoise et européenne. Il y avait une proposition pour un effort sino-européen similaire, mais une autre équipe a finalement été choisie. La mission actuelle est une mission chinoise.