Des lasers installés dans les cratères pourraient servir de GPS sur la Lune d'ici 2030

À première vue, les cratères les plus sombres et les plus froids de la Lune ne semblent pas être les endroits les plus accueillants pour installer des équipements scientifiques. Pourtant, c'est précisément ce que proposent des chercheurs qui souhaitent tirer parti de cet environnement extrême.

Situés près du pôle Sud de la Lune, certains de ces cratères ne reçoivent jamais la lumière du Soleil et affichent des températures pouvant descendre à environ -223 °C. Associé à l'absence d'atmosphère et à la faible activité sismique de la Lune, ce froid extrême permet de limiter les vibrations et les variations thermiques susceptibles de perturber les instruments de très haute précision.

Le froid lunaire et l'obscurité au service d'un laser ultra-stable

Le projet imaginé par les chercheurs consiste à installer dans ces cratères un système laser ultra-stable qui pourrait servir de référence pour la navigation et la mesure du temps sur la Lune.

Au cœur de ce dispositif se trouverait une cavité optique en silicium composée de deux miroirs. La lumière y effectuerait des allers-retours, mais seules certaines fréquences pourraient s'y maintenir de manière stable.

Les chercheurs pourraient alors utiliser cette cavité comme une référence pour régler très précisément la fréquence d'un laser. L'objectif est d'obtenir un faisceau extrêmement stable, dont la fréquence ne varierait pratiquement pas au fil du temps.

Le froid extrême de ces cratères permettrait même de refroidir naturellement la cavité jusqu'à seulement 16 K, soit environ −257 °C, sans avoir recours à un équipement supplémentaire. « À cette température, le silicium ne se dilate ni ne se contracte sous l'effet d'infimes variations de température, ce qui garantit que la lumière qui pénètre dans la cavité parcourt toujours exactement la même distance entre les deux miroirs », explique le physicien Jun Ye, auteur de l'étude.

Des applications bien au-delà de la navigation lunaire

Une fois stabilisé grâce à cette cavité optique, le laser pourrait servir de référence extrêmement précise pour différentes technologies déployées sur la Lune. Plusieurs installations de ce type pourraient notamment contribuer à mettre en place un système de positionnement comparable au GPS utilisé sur Terre.

Une telle technologie pourrait ainsi aider les futures missions à se repérer avec davantage de précision à la surface de la Lune, mais aussi faciliter l'alunissage d'engins spatiaux dans des régions où la visibilité est limitée.

Ces lasers pourraient également être utilisés avec des horloges atomiques optiques installées dans l'espace. À plus long terme, un réseau de tels dispositifs pourrait même contribuer à la détection des ondes gravitationnelles et améliorer les communications optiques entre la Terre et la Lune.

Avant d'en arriver là, les scientifiques envisagent de tester cette technologie en orbite terrestre basse dans les prochaines années. Son déploiement sur la Lune pourrait ensuite être organisé d'ici la fin de la décennie, notamment dans le cadre de futures missions du programme Artemis.

Source : Proceedings of the National Academy of Sciences