HiCIBaS: un télescope sur ballon stratosphérique pour l’imagerie directe d’exoplanètes

Dans le cadre de la campagne Strato-Science 2018 de l’Agence spatiale canadienne, le lancement d’HiCIBaS, un projet de télescope sur ballon stratosphérique mené à l’Université Laval par l’équipe du Prof. Simon Thibault, membre associé à l’institut de recherche sur les exoplanètes, approche à grand pas. Le but principal d’HiCIBaS est de tester des instruments innovants pour l’imagerie directe d’exoplanètes et ce, dans des conditions similaires à celles de l’espace.

L’équipe est présentement à Timmins, en Ontario, afin de finaliser les derniers préparatifs pour l’intégration du système sur une gondole scientifique du Centre national d’études spatiales (CNES). HiCIBaS effectuera un vol de 8h à 35 km d’altitude en compagnie de six autres expériences canadiennes. La fenêtre de lancement est prévue du 13 au 25 août 2018.

HiCIBaS – Un projet précurseur de missions d’imagerie d’exoplanètes sur ballon

Financé par le programme VITES de l’Agence Spatiale Canadienne en 2016, le projet HiCIBaS (High Contrast Imaging Balloon System) vise à embarquer des instruments novateurs à bord d’un ballon opéré par le CNES, et à former la prochaine génération de scientifiques et d’ingénieurs pour l’industrie spatiale canadienne. HiCIBaS permettra également de caractériser l’influence de l’atmosphère sur l’imagerie d’exoplanètes à une altitude de 35 km afin d’évaluer la faisabilité de missions plus longues, utilisant de plus grands télescopes.

Bien que les télescopes spatiaux fournissent des données inestimables et des images impressionnantes qu’il ne serait possible d’obtenir à partir du sol, ce type de mission demeure rare et très dispendieux. Les vols en ballon stratosphérique représentent une alternative plus abordable aux missions spatiales, tout en présentant des conditions d’imagerie similaires.

Le projet HiCIBaS tire profit de ces conditions avantageuses afin de tester des équipements qui po

urraient servir à des missions spatiales dans le futur. C’est le cas des deux caméras EMCCDs embarquées, développées par la compagnie Montréalaise Nüvü Caméras. La charge utile d’HiCIBaS comprend deux sous-systèmes qui permettront de recueillir des données sur les conditions atmosphériques propres aux vols sur ballon stratosphérique.

Des technologies embarquées pour étudier les turbulences atmosphériques et faire de l’imagerie haut-contraste

Le banc optique d’HiCIBaS inclus deux sous-systèmes : un senseur de front d’onde permettant de corriger les aberrations de bas ordre (LOWFS) et un coronographe couplé à un miroir déformable pour effectuer l’imagerie haut-contraste. (Crédit: C. Vallée)

HiCIBaS utilise un télescope commercial de 14 pouces pour capter la lumière provenant des étoiles. Une monture conçue sur mesure et un système de contrôle permettent de pointer le télescope précisément vers une étoile d’intérêt. La lumière est ainsi dirigée vers les sous-systèmes d’HiCIBaS à l’aide d’un miroir mobile et de plusieurs lentilles.

Le premier sous-système est un senseur de front d’onde permettant de corriger les aberrations de bas ordre (LOWFS, pour Low-order wavefront sensor en anglais). Il permet à HiCIBaS d’enregistrer les effets des turbulences atmosphériques induisant des perturbations dans la lumière provenant d’une étoile. Ce sous-système permet également de compenser les vibrations de la nacelle. Décrit pour la première fois l’an dernier dans un compte-rendu de la conférence AO4ELT5, ce senseur de front d’onde a réussi avec succès une série de tests de qualification à l’Observatoire du Mont-Mégantic à la fin de 2017.

Équipe d’HiCIBaS à l’Université Laval. De gauche à droite : Denis Brousseau, Olivier Côté, Simon Thibault, Deven Patel, Guillaume Allain, Mireille Ouellet et Cédric Vallée. (Crédit: G. Allain)

Résultat d’une collaboration avec l’Université de Leiden et SRON-Netherlands Institute for Space Research, le second sous-sytème d’HiCIBaS est formé d’un miroir déformable et d’un coronographe de type vAPP (pour vector Apodizing Phase Plate en anglais). Ce type de coronographe permet l’analyse du front d’onde au le plan focal en utilisant des images holographiques de l’étoile d’intérêt. À l’aide du miroir déformable fournit par la compagnie Iris-AO, il est alors possible de corriger les aberrations statiques produites par les optiques du système. Même si le montage actuel ne permet pas l’imagerie directe d’exoplanètes, la mission permettra de déterminer le niveau de qualité minimal du « dark-hole » requis pour l’imagerie haut-contraste dans ce contexte.

Suite au lancement, l’équipe sera en mesure de dresser un portrait des turbulences atmosphériques à cette altitude grâce aux données fournies par les deux sous-systèmes d’HiCIBaS. Cela permettra une meilleure évaluation des requis techniques pour les prochaines missions d’imagerie à haut contraste sur ballon stratosphérique.

Source

Anne-Sophie Poulin-Girard
Professionnelle de recherche, Chaire de recherche industrielle du CRSNG en conception optique Université Laval, Centre d’optique, photonique et laser
anne-sophie.poulin-girard@copl.ulaval.ca