Exploration spatiale - le blog de Pierre Brisson

Nous assistons à une évolution importante dans la démarche SETI*, la volonté de généraliser, simultanément à partir de toute la surface de la Terre, la recherche de signaux lasers qui pourraient provenir de civilisations extraterrestres. Cette démarche, aujourd’hui techniquement possible, est beaucoup plus adaptée aux caractéristiques des émissions qui sont les plus probables.

*SETI = Search for Extra-Terrestrial Intelligence

L’idée que d’éventuelles civilisations extraterrestres pourraient communiquer par laser, avec nous ou entre elles, n’est pas nouvelle. Elle fut exprimée dès 1961 par R.N. Schwartz et C.H. Townes*, un an après que le physicien Giuseppe Cocconi et l’astrophysicien Ph. Morrison eurent lancé l’approche micro-ondes pour SETI et un an seulement après que le physicien Theodore Maiman ait réalisé pour la première fois une émission de « lumière cohérente » en utilisant un cristal de rubis. En effet, vu les propriétés du laser, il est apparu, dès le début, logique qu’une civilisation extraterrestre s’en serve pour ses communications. L’on sait qu’un rayon laser peut transférer un demi-million de fois plus de bits par seconde qu’une émission micro-ondes et que la puissance de l’émission du laser est inversement proportionnelle à sa durée. Il serait aussi logique qu’une telle civilisation s’en serve pour la propulsion de ses vaisseaux spatiaux (nous l’envisageons nous-mêmes pour nos voiles photoniques) ou encore, comme nous le faisons, pour rechercher d’autres civilisations et éventuellement chercher à communiquer avec elles, c’est-à-dire avec nous.

Le principe est qu’un puissant laser focalisé par un télescope d’une dizaine de mètres de diamètre et situé à une centaine d’années-lumière de notre système, pourrait produire une lumière aussi visible que le Soleil à cette distance, en émettant des flashs d’un milliardième de seconde. Un autre intérêt du flash laser et, qu’étant monochromatique, il est immédiatement remarquable par rapport aux émissions lumineuses naturelles qui sont non « cohérentes », pourvu bien sûr que le capteur soit adapté.

Les extraterrestres n’ont peut-être pas eu le temps de recevoir nos signaux radios mais les plus évolués d’entre eux (toujours avec le bémol « s’ils existent ») savent forcément, par leur pratique de la spectroscopie, que nous avons de l’oxygène dans notre atmosphère. Depuis déjà longtemps, la Terre est peut-être dans leur « fichier des planètes possibles », c’est-à-dire celles où la biologie a dû se développer, et ils doivent nous observer et émettre des signaux vers nous. Nous devons, nous aussi, les rechercher et nous devons leur signifier en envoyant également un message, quel est le niveau de développement technologique que la vie sur notre planète a fini par atteindre.

Bien sûr, la communication par laser ne serait valable que pour notre environnement relativement proche. Mais au-delà de l’échange, la connaissance, c’est-à-dire savoir si oui ou non nous sommes seuls, est encore plus philosophiquement importante. On peut envisager déceler un message laser à une distance d’une centaine d’années-lumière. C’est un peu long pour une communication mais c’est très peu dans la perspective de notre évolution humaine. Alternativement au laser ou, bien entendu, toujours au message radio, reste la spectroscopie qui peut nous faire découvrir le mix gazeux atmosphérique d’une planète qui ne pourrait être que biologique. Le laser est donc une autre arme dans notre panoplie pour « savoir » et au besoin, pour « communiquer ».

Cette évidence n’a pas toujours été reconnues. Pour des raisons peu défendables aujourd’hui mais qui pouvaient l’être à l’époque où les lasers étaient considérés comme des moyens « futuristes », la NASA puis SETI privilégièrent la recherche de signaux micro-ondes (les photons « tièdes » plutôt que les photons « chauds ») au grand dam de certains astrophysiciens, dont le Dr Stuart Kingsley qui se battit toute sa vie pour changer les habitudes prises dans ce domaine.

A partir de 1973, les Russes firent deux essais, puis Stuart Kingsley un autre en 1990, dans le cadre de COSETI (Columbus Optical SETI d’après le nom du tout petit – 25 cm de diamètre – télescope utilisé) mais ce n’est qu’un 1998 que l’exclusivité micro-ondes fut véritablement levée.

A cette époque l’Université Harvard avec le Professeur Paul Horowitz, rejoignit la recherche SETI et entreprit d’utiliser le rayonnement optique avec un télescope de diamètre plus important (l’observatoire Smithonian de l’Université d’Harvard, avec un miroir primaire de 1,80 mètres). On procéda dès lors à d’assez nombreuses campagnes d’observation (13 au total) mais toujours sur des cibles ponctuelles de systèmes stellaires qu’on estimait avoir des chances d’abriter la vie.

Comme on ne trouvait rien, on passa en 2005, toujours avec Paul Horowitz, l’Université Harvard et la Planetary Society, à la recherche « All-sky », c’est-à-dire au balayage du ciel (boréal). En 2006, un télescope de 1,50 mètres de diamètre implanté à Oak Ridge dans le Massachussetts, OSETI (« Optical SETI), qui était dédié à cet objet, devint opérationnel (et remplaça le Smithonian). Il bénéficiait, bien entendu, du soutien financier de la Planetary Society et du SETI Institute.

Dès le début, le principe d’une communication par laser sur de très grandes distances étant, comme dit ci-dessus, que la puissance du signal est inversement proportionnelle à sa durée, il fallait être capables de déceler des émissions extrêmement brèves. Le nombre de photons susceptibles d’être reçus d’une étoile de type solaire distante de 100 AL sur une durée de 1 nanoseconde est de l’ordre d’un seul photon. Les instruments capables de cette lecture ultrarapide provenaient de la technologie des tubes photomultiplicateurs (« PM ») inventés en Russie dans les années 30. Ces tubes, placés au foyer de miroirs de télescopes de 1 mètre de diamètre sont capables de séquencer la lumière reçue dans la période d’une seule nanoseconde. Si le PM en reçoit 10 c’est qu’il se passe (ou plutôt, s’est passé 100 ans auparavant) quelque chose d’anormal. Le problème restant était que l’observation devait être focalisée sur une cible. Or on ne regarde pas forcément où il faut, au bon moment.

Il devint donc évident qu’il fallait être vigilant, en même temps, à partir d’une surface aussi grande que possible. C’est ainsi qu’apparut le besoin du programme « LaserSETI », porté par une nouvelle équipe d’OSETI, au sein du SETI Institute. L’éternelle Jill Tarter* y figure comme Senior Advisor.

*l’héroïne de l’excellent film/roman « Contact » de Carl Sagan !

Le programme consiste à installer un peu partout dans le monde des couples d’appareils équipés chacun de deux caméras identiques orientées à 90° l’une par rapport à l’autre le long de l’axe de visualisation (l’équivalent d’un très grand angle). L’idée est de couvrir par tranches longitudinales (d’un pôle à l’autre) la totalité de la sphère céleste. Le premier observatoire, « Robert Ferguson », a été installé à Sonoma en Californie, le second, en décembre 21, à Haleakala (Mauï, Hawaï). Il doit y en avoir d’autres, à Puerto Rico, aux Canaries, au Chili…une douzaine en tout, pour la modique somme de 5 millions de dollars ! L’intérêt d’un grand nombre de collecteurs est aussi de pouvoir confirmer un signal et d’éviter les faux (provenant par exemple d’un LIDAR embarqué sur satellite, même si le LIDAR émet en principe dans l’infrarouge).

Les observatoires utilisent un nouveau type de détecteur optique qui tirent parti de la nature monochromatique des lasers, et qui reposent sur des principes robustes et qui sont peu couteux. Alan Holmes, l’un des fondateurs du Santa Barbara Instrument Group (une société de caméras d’astrophotographie) l’a théorisé en s’inspirant des capteurs des caméras vidéo. Le concept a été adapté pour SETI par Eliott Guillum, directeur de son département OSETI. Il l’a matérialisé ensuite par la construction d’un prototype par un crowdfunding de 100.000 dollars, lancé en 2017 (sur Indiegogo). Son appareil n’est plus simplement un détecteur à un seul pixel et il peut surveiller une large partie du ciel dans une gamme de durées d’émissions très ouvertes (très rapides et moins rapides). Les observatoires fonctionnent en divisant les sources lumineuses en spectres très étendus dans le visible (on parle de « rainbow like ») et ils lisent leur caméra plus de mille fois par seconde.

Comme le disait l’astronome Seth Shostak en 2017 pour le lancement du crowdfunding, « lorsque le filet de capteurs sera installé, LaserSETI couvrira environ 200 000 fois plus de ciel que n’importe quel dispositif SETI optique antérieur. Il ne s’agit donc pas d’une amélioration par rapport aux expériences passées, mais d’un saut majeur ».

A la différence de la plupart des personnes investies dans SETI, je ne crois pas que l’espace fourmille de vie extraterrestre mais je pense que nous devons chercher. Sans preuve, une opinion reste une croyance même si elle est soutenue par une logique.

Illustration de titre : une « brassée » de signaux lasers à proximité de la Terre. Vue d’artiste, crédit LaserSETI

Image ci-dessous : vue de l’installation (sur la terrasse au premier plan) au sommet du Mont Haleakala (ile de Maui, Hawaï). Crédit image : Eliot Gillum:

NB: Indisponibilité personnelle.

Chers lecteurs, je me fais opérer demain lundi 21 mars de la cataracte et ne pourrai donc répondre à vos commentaires pendant un temps que j’espère aussi court que possible. Mes articles des 26 mars et du 02 avril sont de toute façon programmés et vous pouvez continuer à echanger entre vous. A bientôt!

Liens

https://www.seti.org/laserseti

https://www.seti.org/opticallaserseti

http://laserseti.net/

https://www.seti.org/why-we-need-new-type-seti-instrument

09/10/21 Blog: https://blogs.letemps.ch/pierre-brisson/2021/10/09/le-mouvement-seti-difficultes-beaute-et-esperance/

http://www.astrosurf.com/luxorion/seti-optical.htm

tableau des observations : http://www.setileague.org/general/optical.htm

https://www.indiegogo.com/projects/laser-seti-first-ever-all-sky-all-the-time-search#/

http://www.coseti.org/introcoseti.htm

http://www.coseti.org/townes_0.htm

“Interstellar and Interplanetary Communication by Optical Masers”in Nature, par R.N Schwartz and Ph. Townes, Volume 190, Issue 4772, pp. 205-208 (April 1961), DOI:10.1038/190205a0, lien: https://www.nature.com/articles/190205a0

Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :

Index L’appel de Mars 22 02 24

11 réponses

  1. Il est très présomptueux de croire que l’homme est la seule conscience dans l’Univers. Mais les civilisations naissent, croissent, et la plupart du temps disparaissent en un clin d’œil à l’échelle des durées de l’Univers. Ce qui fait que si nous observons un jour un signal « intelligent » il aura été émis par une civilisation probablement disparue, vue la vitesse extrêmement lente de la lumière à l’échelle de l’Univers. Et puis un signal attendu sous forme hertzien, radio, lumière laser ou autre , ne peut provenir que d’une civilisation à notre niveau très moyen d’évolution tout juste sorti de l’age de pierre… Il existe certainement des possibilités de communication que nous sommes loin d’imaginer…
    En tous cas je ne sais pas si j’aurais envie d’entrer en communication avec des civilisations identiques ou à peine plus évoluées que la notre… Quand on voit ce que l’on fait sur notre petite Terre…

    1. Il n’est pas evident qu’il soit présomptueux de croire que nous sommes seuls dans l’univers. Pour le moment nous n’avons reçu aucune signe qu’au moins une autre civilisation existe.
      Maintenant ce sera très difficile de vérifier puisque du fait de la limitation de la vitesse de la lumière et tout simplement de la distance, on ne peut envisager de recueillir des signaux très lointains.
      Ce n’est pas une raison de ne pas faire tout ce que nous pouvons pour passer au peigne fin la sphère de 100 années lumière qui nous entoure. Je pense qu’au moins philosophiquement ça en vaut la peine et on ne va pas attendre l’hypothétique découverte d’un autre moyen de communication. Un message laser signifierait qu’une autre civilisation au moins de notre niveau technologique existe quelque part.

  2. Un autre type de tentative sera peut-être possible un jour: placer un témoignage de notre existence sur ces météores qui atteignent, comme Oumuamua, des galaxies éloignées, après de très longs délais,. Cela a été fait une fois sur une fusée. Il semblerait que ces cailloux voyageurs soient assez nombreux. Dans ce cas, les données pourraient être plus abondantes. Seulement, ces météores sont vraiment rapides. Ce ne serait pas simple mais on a déjà « atterri » sur des astéroïdes. A l’inverse, on pourrait essayer de scruter des corps semblables à Oumuamua pour voir si des extra-terrestres n’auraient pas eu cette idée avant nous. Mais, là aussi, je crains que nous n’en soyons pas encore capables et… c’est peut-être à l’intérieur!

    1. Attention Martin, Oumouamoua ne voyage pas d’une galaxie à l’autre. Il s’agit d’un « objet » qui provient de l’extérieur du système solaire mais de l’interieur de notre galaxie. C’est déjà intéressant et effectivement c’était un vecteur qui aurait permis de transmettre « quelque chose » en dehors de notre système, vers un autre système stellaire.
      La vitesse d’Oumouamoua était élevée (50 km/s avant so périhélie) mais pas si élevée (la Terre se déplace autour du Soleil à 30 km/s). La vitesse est relative (par rapport à quelque autre objet que ce soit) et donc tout dépend également de la trajectoire. Oumouamoua allait trop vite vers le Soleil pour avoir été « décroché » de la Ceinture de Kuiper ou de l’un des nuages de Oort. Il ne pouvait en raison de sa vitesse et de sa trajectoire que provenir de l’extérieur du système solaire.

  3. Merci de ces précisions que je ne connaissais pas. Je ne sais pas si on a pu repérer des objets qui font des déplacement inter-galaxiques mais, comme vous l’écrivez, se manifester auprès de nos voisins à l’intérieur de notre galaxie à nous, aurait déjà un intérêt.

  4. Quelle que soit la nature du signal, l’important est de connaître la valeur de sa fréquence porteuse et de sa largeur de bande. Pour le sujet en question, il n’y a pas de différences significatives entre communications analogique ou numérique. En absence de ces données, on peut patauger beaucoup. Par exemple, et si je n’m’abuse, rechercher à l’aveuglette un canal centré à 1 GHz et de largeur de bande 1 MHz ne représente pas une tâche insurmontable. Mais chercher la même bande passante noyée autour de 0.6 PHz – la porteuse propre aux ondes électromagnétiques du centre du visible et le seul véritable intérêt d’un laser modulable en fréquence – est un réel challenge.
    Qui procurera la clé?

    1. Bonjour, Je ne peux pas vous répondre précisément mais j’imagine que les spécialistes qui ont mis au point et investi dans les nouveaux détecteurs optiques maintenant utilisés, l’ont fait parce qu’ils pensent pouvoir les utiliser. Si vous êtes intéressé, contactez les (vous avez les noms dans les documents en reference).
      NB: je vous rappelle que le problème n’est pas de déchiffrer un message mais de noter à l’occasion de son passage, probablement très fugace, son caractère artficiel.

      1. Merci pour le conseil.
        Un autre point très important, bien que non évoqué jusqu’ici, est la question du rapport signal/bruit. Minimiser le bruit est souvent une stratégie plus payante qu’accroître inconsidérément la puissance de l’émetteur, ou l’amplification du récepteur.
        Incidemment, une civilisation extraterrestre assez avancée pour signaler sa présence dans l’univers aurait, à mon avis, d’autres choses à dire qu’un simple ”coucou”.

        1. Mais un simple « coucou » répondrait à toutes nos questions!
          Par ailleurs, un signal laser que nous capterions ne nous serait pas forcément destiné. Il pourrait être un échange entre deux planètes ou entre une planète et une station spatiale ou encore une propulsion impulsée à un vaisseau (pourvu bien sûr que nous soyons dans la ligne d’émission).

  5. Là gît l’une des difficultés : où regarder puisque, a priori, la source recherchée la plus proche, qui émettrait pile dans notre direction, peut se situer n’importe où autour de nous. La sphère céleste qui nous entoure mesure 41’253 degrés carrés, représentant donc autant de « lucarnes » à surveiller. L’un des détecteurs annoncés de Optical/LaserSETI, développé par Eliot Gillum, permet d’embrasser d’un coup 75° (degrés carrés, je suppose), il en faudrait donc 550 pour surveiller continuellement tout le ciel à la recherche de flash monochromatiques ne durant peut-être qu’une nanoseconde à chaque fois.

    1. Vous avez raison Monsieur de Reyff. Mais j’ai compris que le projet consiste à installer toute une série de détecteurs (une douzaine de paires) fonctionnant ensemble, tout autour du globe. Nous n’aurons certes pas les 550 necessaires pour couvrir les 41.153 degres carrés de la voûte céleste mais nous aurons sûrement quelques 2000 degrés carrés (car les détecteurs sont couplés). Ce sera un gros progrès par rapport à ce que nous avons aujourd’hui.

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À propos de ce blog

Pierre Brisson, président de la Mars Society Switzerland, membre du comité directeur de l’Association Planète Mars (France), économiste de formation (University of Virginia), ancien banquier d’entreprises de profession, planétologue depuis toujours

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