Gaia, le satellite débute ses observations scientifiques
Publié par Isabelle le 09/09/2014 à 00:00
Source: Observatoire de Paris
Lancé depuis Kourou le 19 décembre 2013, Gaia est, depuis le 1er mars 2014, en orbite autour du point de Lagrange L2, à un million et demi de kilomètres de la Terre, sur l'axe Soleil - Terre, au-delà de la Terre.


Gaia début des observations scientifiques. Illustration: ESA

Ces huit derniers mois (Le mois (Du lat. mensis «mois», et anciennement au plur. «menstrues») est une période de temps arbitraire.), l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) des éléments du module de service (Le module de service, appelé aussi plate-forme ou "bus" dans le jargon spatial rassemble les servitudes d'un satellite alors que les fonctions liées à la mission sont rassemblées dans la charge utile.) et de la charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) de Gaia ont été mis en route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour ouvrir...), testés, calibrés et validés.

Durant cette phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et principalement en physique :) dite de commissioning, une batterie de tests et d'étalonnages a été effectuée, ayant permis d'améliorer le potentiel du satellite (Satellite peut faire référence à :), ou encore de traiter des problèmes inattendus comme la détection de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs d'onde de 380nm (violet) à...) parasite indésirable en provenance du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est une étoile de type naine jaune, et...) et d'objets brillants dans le ciel (Le ciel est l'atmosphère de la Terre telle qu'elle est vue depuis le sol de la planète.), ou le dépôt de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) sur les miroirs.

Une revue complète de l'ensemble des opérations effectuées pendant cette phase a eu lieu le 18 juillet 2014 ; elle a permis de donner le feu (Le feu est la production d'une flamme par une réaction chimique exothermique d'oxydation appelée combustion.) vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde comprise entre 490 et 570 nm. L'œil humain possède un récepteur, appelé cône M, dont la bande passante est axée sur cette...) au démarrage des observations scientifiques.

Celles-ci ont commencé le 25 juillet 2014, par 28 jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du...) d'observations avec un mode de balayage particulier, tous les grands cercles balayés passant par les pôles écliptiques. Cette période a aussi été l'occasion de calibrer les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) obtenues en les comparant avec de très nombreuses observations au sol effectuées au préalable, en prévision de cette phase de la mission.

Depuis le 22 août, le satellite, animé d'un mouvement de rotation sur lui-même, balaye le ciel en continu, à une vitesse (On distingue :) de 60 secondes de degré (Le mot degré a plusieurs significations, il est notamment employé dans les domaines suivants :) par seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui s'ajoute à quelque chose de nature identique. La seconde est une unité de mesure du temps. La seconde...) de temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.). Il parcourt en 6 heures (L'heure est une unité de mesure  :) un grand cercle (En géométrie, un grand cercle est un cercle tracé à la surface d'une sphère qui a le même diamètre qu'elle et la divise en deux hémisphères égaux. D'une manière équivalente, un grand cercle est un cercle sur la sphère...) de la sphère céleste (La sphère céleste est une sphère imaginaire de rayons quelconques et dont le centre est occupé par la Terre. Ce concept astronomique, hérité de l'antiquité, permet de représenter tous les astres tel...) et en environ 6 mois l'ensemble du ciel.

Après le lancement, de bonnes nouvelles

La première bonne nouvelle a été que la mise en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre...) de L2 s'est parfaitement opérée, laissant ainsi une large marge de combustible (Un combustible est une matière qui, en présence d'oxygène et d'énergie, peut se combiner à l'oxygène (qui sert de comburant) dans une réaction chimique générant de la...) pour de futures manœuvres. Ces réserves de combustibles rendent possible une extension de la durée de la mission.

Le système contrôlant la vitesse de rotation sur lui-même fonctionne parfaitement et corrige sans difficulté, en particulier, les écarts dus aux arrivées de micro météroites. L'antenne (En radioélectricité, une antenne est un dispositif permettant de rayonner (émetteur) ou de capter (récepteur) les ondes électromagnétiques.) à bord de Gaia et le système de réception et de transfert des données donnent aussi entière satisfaction.

Les éléments essentiels de la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un...) utile fonctionnent parfaitement: les 106 CCD et leurs électroniques associées ; les 7 ordinateurs de bord contrôlant les CCD ; le système d'acquisition (En général l'acquisition est l'action qui consiste à obtenir une information ou à acquérir un bien.), de traitement et de stockage de données à bord ; les télescopes, dont l'alignement et la mise au point (Graphie) ont permis de vérifier la très bonne qualité des images ; les spectrophotomètres et le spectrographe dont les résolutions spectrales sont conformes aux spécifications.

Du côté des observations, une amélioration remarquable est la possibilité nouvelle d'observer les 6 000 étoiles les plus brillantes du ciel. Les paramètres du logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements effectués automatiquement par un appareil informatique. Y sont inclus les...) de détection à bord ont été adaptés pour que la limite des observations de Gaia soit abaissée de la magnitude 6 à la magnitude 3.

Un mode spécial d'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande...) est aussi en cours de développement pour que les 230 étoiles plus brillantes que la magnitude 3 puissent aussi être observées. La précision astrométrique attendue pour ces étoiles très brillantes est de l'ordre de quelques dizaines de microsecondes d'arc.

Quelques imprévus

Le satellite Gaia (Le satellite Gaia est une mission astrométrique de l'Agence spatiale européenne (ESA) devant observer plus d'un milliard d'objets jusqu'à la magnitude 20. En déterminant de manière...) lui-même a une luminosité (La luminosité désigne la caractéristique de ce qui émet ou réfléchit la lumière.) nettement plus faible qu'anticipé avant le lancement. L'orbite parcourue par Gaia doit être connue avec une très grande précision: 150 m sur sa position et 2,5 mm/s sur son mouvement. Le suivi classique par radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou...) est insuffisant pour assurer une telle précision et des observations complémentaires depuis le sol sont nécessaires. Il a donc fallu revoir complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité...) le dispositif prévu avant le lancement et s'assurer le concours de télescopes de plus grand diamètre (Dans un cercle ou une sphère, le diamètre est un segment de droite passant par le centre et limité par les points du cercle ou de la...) (de l'ordre de 2 m de diamètre) ainsi que d'observations radio en interférométrie (L'interférométrie est une méthode de mesure qui exploite les interférences intervenant entre plusieurs ondes cohérentes entre elles.) à très longue base (VLBI). Ce problème est maintenant maitrisé.

De la glace, formée à partir d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) emmagasinée dans le satellite avant le lancement, en quantité (La quantité est un terme générique de la métrologie (compte, montant) ; un scalaire, vecteur, nombre d’objets ou d’une autre manière de...) plus grande que prévu, s'est condensée sur certains des miroirs. Celle-ci s'évapore lorsque l'on chauffe les miroirs. Cette opération de décontamination était prévue (les miroirs étant équipés de radiateurs), mais on ne pensait pas qu'il serait nécessaire de la répéter. Elle a déjà été renouvelée trois fois et le sera très certainement encore dans les mois à venir, mais en sélectionnant le ou les miroirs qui nécessitent cette opération. Après chaque opération, les miroirs retrouvent leur réflectivité normale.

De la lumière parasite indésirable a été observée, d'intensité variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En statistiques, une variable peut aussi...) selon la position dans le plan focal et clairement corrélée au mouvement de rotation du satellite lui-même. Deux sources ont été identifiées: le Soleil et les objets les plus brillants du ciel. L'impact est tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) à fait négligeable pour les objets brillants mais dégrade les observations des objets faibles, en particulier pour le spectrographe. Le logiciel de bord est en cours d'optimisation pour minimiser autant que possible l'effet de ce bruit de fond (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.).

Enfin, l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts apparentés.) de base entre les deux miroirs de Gaia est un paramètre (Un paramètre est au sens large un élément d'information à prendre en compte pour prendre une décision ou pour effectuer un calcul.) essentiel de l'instrument. Il varie en fonction des changements de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est...) entraînés par la rotation du satellite. Pour que ces variations soient bien prises en compte dans l'analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces...), cet angle est très régulièrement mesuré par le "moniteur de l'angle de base", dispositif interférométrique extrêmement précis. Les variations observées sont plus grandes que prévues et une attention particulière est portée à leur suivi et à leur étalonnage, afin de pouvoir largement les éliminer au cours de l'analyse des données.

Objectifs de la mission

L'objectif de Gaia est la description en 6D de la Galaxie (Une galaxie est, en cosmologie, un assemblage d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire et contenant parfois un trou noir supermassif en son centre.) tout entière, avec la caractérisation physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) d'une très grande variété d'objets.

Pour cela, Gaia a emporté trois instruments en un: astrométrique, photométrique et spectroscopique, bénéficiant tous les trois des grands miroirs du satellite.

En balayant le ciel en permanence, Gaia va mesurer systématiquement tous les objets plus brillants que la magnitude 20 pendant au moins 5 ans: positions, distances, mouvements sur le ciel et spectrophotométrie pour un milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf (999 999 999) et précède un milliard un...) d'objets (étoiles essentiellement, mais aussi astéroïdes, QSOs, galaxies), vitesses radiales pour 150 millions d'objets, et même une description détaillée de la composition chimique des atmosphères pour les 5 millions les plus brillants.

Une telle observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude appropriés. Le plaisir procuré explique la très grande participation des...) systématique (En sciences de la vie et en histoire naturelle, la systématique est la science qui a pour objet de dénombrer et de classer les taxons dans un certain ordre,...) du ciel, permettant non seulement de positionner les objets en profondeur et de déterminer leur mouvements, mais aussi de caractériser leurs propriétés physiques et leur âge, va permettre un décryptage très détaillée de notre galaxie, la Voie Lactée (La Voie lactée (appelée aussi « notre galaxie », ou parfois simplement « la Galaxie », avec une majuscule) est...), de ses différentes populations, de tous les types d'étoiles qui la composent, dans tous les stades d'évolution possibles, même les plus rapides.

Gaia va aussi permettre la découverte de nombreuses exoplanètes, de très nombreuses étoiles variables et supernovae, de nombreux astéroïdes. Enfin, sa précision astrométrique sans précédent ouvrira sur des tests inédits de la relativité générale (La relativité générale, fondée sur le principe de covariance générale qui étend le principe de relativité aux référentiels non-inertiels, est une théorie relativiste de la gravitation,...).

25 ans après la mission Hipparcos

Clin d'oeil historique, les observations scientifiques de Gaia débutent, à quelques jours près, 25 ans après le lancement du satellite Hipparcos, survenu le 8 août 1989.

Sur une idée de Pierre Lacroute, alors directeur de l'Observatoire de Strasbourg, et grâce à l'audace de l'Agence Spatiale Européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est une agence spatiale intergouvernementale fondée le 31 mai 1975. Elle est chargée de la...), Hipparcos a été le premier - et unique jusqu'au lancement de Gaia - satellite astrométrique.

Il a permis un saut quantitatif et qualitatif dans les mesures astrométriques: 118 000 étoiles observées pendant 3 ans et demi, dont 30 000 pour lesquelles la distance est désormais connue à mieux que 10% près. Il y en avait moins de 1 000 auparavant.

Ces données ont apporté une description 3D du voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend ici comme la...) solaire sans précédent, et ont été utilisées dans de nombreux domaines de l'astronomie (L’astronomie est la science de l’observation des astres, cherchant à expliquer leur origine, leur évolution, leurs propriétés...) et de l'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des objets de l'univers (étoiles,...): des systèmes de références et de la physique fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) à la physique stellaire (La physique stellaire est la branche de l'astrophysique qui étudie les étoiles. Elle fait intervenir des connaissances issues de la physique nucléaire, physique atomique, physique moléculaire, thermodynamique, magnétohydrodynamique,...) et galactique, en passant par l'échelle des distances cosmiques et les orbites des petits corps du Système Solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système planétaire) : les...).

Pour plus d'information voir:
- http://gaia.obspm.fr/
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