L’ETH Zurich cherche la vie extraterrestre : comment LIFE fonctionnerait

La réponse peut-être la plus importante de l'astronomie pourrait résider dans un signal thermique à peine visible: le rayonnement d'une petite planète orbitant autour d'une étoile proche. C'est précisément ce signal que l'initiative LIFE, menée par l'ETH Zurich, compte un jour capter. À partir de son spectre, les chercheurs devraient pouvoir déterminer si la planète possède une atmosphère, si de l'eau liquide y serait possible – et si plusieurs traces chimiques combinées indiquent une activité biologique.

Ce n'est pas encore le cas. LIFE – abréviation de «Large Interferometer for Exoplanets» – est un concept de mission internationale et un programme technologique, et non une mission déjà sélectionnée ou financée par l'Agence spatiale européenne (ESA). La différence est cruciale: l'idée scientifique est concrète, les composants clés sont testés en laboratoire, mais la décision concernant la construction et le lancement n'a pas encore été prise.

Cinq engins spatiaux forment un télescope virtuel

Un seul grand miroir ne suffirait pas pour LIFE. Le concept de base actuel prévoit quatre télescopes collecteurs en vol libre, opérant à plusieurs dizaines, voire plusieurs centaines de mètres les uns des autres. Un cinquième vaisseau spatial central réunit les faisceaux lumineux. En formation, les cinq satellites devraient atteindre la résolution d'un télescope bien plus grand.

Les mesures devraient être effectuées dans l'infrarouge moyen, entre environ 4 et 18,5 micromètres. Dans cette gamme de longueurs d'onde, les planètes tempérées émettent une grande partie de leur rayonnement thermique mesurable. En même temps, les molécules laissent des lignes d'absorption caractéristiques. Un tel spectre permet donc de tirer des conclusions sur la température, la surface et la composition d'une atmosphère.

L'objectif principal est constitué de petites planètes rocheuses proches: des mondes qui pourraient être à peu près de la taille et de la température de la Terre. «Similaire à la Terre» ne signifie pas automatiquement habitable – et encore moins habitée. LIFE vise d'abord à déterminer les conditions physiques et chimiques de ces planètes.

L'astuce: la lumière stellaire est annulée

Le problème central est le contraste. Même une planète proche, similaire à la Terre, est extrêmement faible en lumière à côté de son étoile. LIFE s'appuie donc sur l'interférométrie nulle. Les ondes lumineuses des quatre télescopes sont décalées les unes par rapport aux autres dans le satellite combinateur de telle sorte que la lumière de l'étoile centrale est en grande partie annulée par interférence destructive. La lumière d'une planète décalée latéralement arrive dans une phase différente et est partiellement conservée.

En termes simples: l'instrument crée un point aveugle artificiel précisément là où se trouve l'étoile brillante. C'est uniquement ainsi que le faible rayonnement thermique d'une planète pourra être mesurable. Pour cela, les engins spatiaux doivent maintenir leur formation avec précision et stabiliser les longueurs des chemins optiques à de minuscules fractions d'une longueur d'onde lumineuse.

Un test terrestre fournit une vérification importante de la réalité

Une équipe de l'ETH Zurich et de l'Université de Zurich a vérifié si la méthode prévue permettrait réellement d'identifier un monde habitable en utilisant le seul exemple connu: la Terre. Pour une étude publiée en 2024 dans l'Astrophysical Journal, les chercheurs ont utilisé des données de mesure réelles du satellite d'observation de la Terre Aqua de la NASA. À partir de celles-ci, ils ont généré un spectre infrarouge moyen, tel que LIFE pourrait l'obtenir d'une «seconde Terre» située à environ 30 années-lumière.

L'analyse a révélé la présence de dioxyde de carbone, d'eau, d'ozone et de méthane, ainsi que des conditions de surface où l'eau liquide est possible. Le résultat est resté stable pour différents angles de vue sur la Terre. Une limitation importante est également apparue: les changements saisonniers étaient difficilement discernables dans la qualité des données étudiées.

Le test ne prouve ni que LIFE sera construit, ni que chaque monde habité pourrait être clairement identifié. Il montre cependant que le principe de mesure envisagé, lors d'observations simulées de LIFE avec des données terrestres réelles, peut reconstituer les propriétés centrales de notre planète.

NICE montre l'état d'avancement de la technologie

Une question clé est maintenant de savoir si la suppression de la lumière stellaire nécessaire peut être techniquement réalisée avec une stabilité et une sensibilité suffisantes. À cette fin, l'ETH construit le banc d'essai de laboratoire NICE – le «Nulling Interferometry Cryogenic Experiment». À long terme, il devrait fonctionner à 15 Kelvin, soit environ moins 258 degrés Celsius. Le froid extrême réduit le rayonnement thermique perturbateur de l'instrument lui-même.

Sur sa page de projet actuelle, l'ETH indique une valeur nulle momentanée d'environ 2 × 10−5 et une valeur moyenne sur une minute d'environ 5 × 10−5. Plus cette valeur est faible, plus la lumière stellaire est complètement supprimée. L'objectif est d'atteindre moins de 10−5 et une stabilité de la longueur du chemin optique inférieure à un nanomètre.