C'est compliqué.
Jusqu'à la fin du XXe siècle, nous avons essayé de fabriquer des télescopes monolithiques de plus en plus grands. Cela a plutôt bien fonctionné jusqu'au miroir parabolique de 5 mètres sur le mont Palomar en Californie dans les années 40. Cela a fonctionné, mais à peine, pour le miroir de 6 mètres sur le Caucase en Russie dans les années 1970. Cela a fonctionné, mais c'était une réalisation majeure pour les miroirs jumeaux de 8,4 mètres pour le LBT en Arizona dans les années 2000.
Nous avons finalement appris que le chemin à parcourir n'est pas de verser de plus en plus de dalles de verre à faible dilatation. Il est généralement admis qu'un endroit juste en dessous de 10 mètres de diamètre est à peu près aussi grand que possible pour les miroirs monolithiques.
La voie à suivre consiste à choisir de faire des segments de miroir plus petits (1 mètre à quelques mètres de diamètre chacun) et à les combiner en un miroir carrelé. Il est un peu plus difficile de sculpter la surface incurvée réfléchissante parabolique asymétrique (ou hyperbolique, ou elliptique, ou sphérique) dans un segment comme celui-ci, mais il est beaucoup plus facile de gérer les problèmes thermiques et de refroidissement lorsque vous devez traiter avec des objets solides plus petits.
Chaque segment est monté dans une cellule miroir active, avec des actionneurs piézo qui contrôlent très précisément sa position. Tous les segments doivent se combiner en une seule surface lisse avec une précision meilleure que 100 microns (bien meilleure que celle en réalité). Alors maintenant, vous avez un large éventail d'objets massifs, contrôlés dynamiquement par ordinateur, chacun avec ses propres modes de vibration, chacun avec sa propre source de bruit mécanique, chacun avec ses propres mouvements d'expansion thermique, tous "dansant" de haut en bas un quelques microns sur les éléments piézo.
Est-il possible d'orchestrer un très gros système comme ça? Oui. Le OWL de 100 mètres a été jugé techniquement réalisable. Du point de vue du maintien des miroirs alignés, une structure encore plus grande devrait être réalisable; les actionneurs commandés par ordinateur devraient surmonter la plupart des vibrations et se déplacer sur des distances assez importantes.
Comme vous l'avez dit, les vraies limites sont d'ordre financier. La complexité d'un tel système augmente avec le carré du diamètre, et avec la complexité vient le coût.
Toute la discussion ci-dessus concernait les télescopes à «ouverture remplie»: étant donné une forme ronde d'un certain diamètre, il est rempli de segments de miroir. Pour une ouverture donnée, cette conception capture la plus grande quantité de lumière.
Mais l'ouverture n'a pas à être remplie. Il peut être principalement vide. Vous pourriez avoir quelques segments réfléchissants à la périphérie, et le centre serait principalement vide. Vous auriez le même pouvoir de résolution (vous verriez les mêmes petits détails), c'est juste que la luminosité de l'image diminuerait, car vous capturez moins de lumière totale.
C'est le principe de l'interféromètre. Les doubles miroirs Keck segmentés de 10 mètres à Hawaï peuvent fonctionner comme interféromètre avec une ligne de base de 85 mètres. Cela équivaut effectivement à une seule ouverture de 85 mètres en termes de puissance de résolution, mais évidemment pas en termes de luminosité de l'image (quantité de lumière capturée).
L'US Navy a un interféromètre en Arizona avec des miroirs placés sur 3 bras en forme de Y, chaque bras de 250 mètres de long. Cela donne à l'instrument une ligne de base (ouverture équivalente) de plusieurs centaines de mètres.
L'U de Sydney possède un interféromètre de base de 640 mètres dans le désert australien.
Les interféromètres ne peuvent pas être utilisés pour étudier des objets très faibles, car ils ne peuvent pas capturer suffisamment de lumière. Mais ils peuvent produire des données à très haute résolution à partir d'objets brillants - par exemple, ils sont utilisés pour mesurer le diamètre des étoiles, comme Betelgeuse.
La ligne de base d'un interféromètre peut être extrêmement large. Pour les instruments terrestres, une ligne de base de plusieurs kilomètres est désormais tout à fait réalisable. Plus grand sera réalisable à l'avenir.
Il est question de construire des interféromètres dans l'espace, en orbite autour de la Terre ou même plus gros. Cela fournirait une base de référence au moins sur des milliers de kilomètres. Ce n'est pas faisable maintenant, mais semble faisable à l'avenir.