MAJIS, un spectro-imageur pour explorer Jupiter et ses lunes

Publié par Redbran le 12/10/2021 à 13:00
Source: CNRS INSU
Plus grande géante gazeuse du système solaire, Jupiter s'avère un objet d'étude particulièrement intéressant dans la mesure où l'on rencontre fréquemment ce type de planète en orbite autour d'autres étoiles que le Soleil. Par ailleurs, ses nombreuses lunes (près de 80 identifiées à ce jour) font du système jovien un véritable système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) miniature. Les plus grandes parmi celles-ci, Europe (L’Europe est une région terrestre qui peut être considérée comme un...) Ganymède et Callisto, sont des "lunes glacées", dont on pense qu'elles hébergeraient des océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) salés sous leur surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a...). Si on les explorait, y trouverait-on de la vie (La vie est le nom donné :) ?


© CNES

Fin août-début septembre 2022 partira justement la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des...) JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) de l'Agence spatiale européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est...) (ESA) qui va explorer le système de Jupiter. Ce sera la première fois que l'Europe s'aventure seule dans le système solaire externe. En développement depuis presque dix ans, l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) des instruments de cette sonde sont donc en voie de finalisation. Il y a quelques jours (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la...), l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est...) d'astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche...) spatiale (IAS) a livré à Airbus (Airbus est un constructeur aéronautique européen et également un acteur majeur dans...) la dernière unité dont il est responsable scientifique (Un scientifique est une personne qui se consacre à l'étude d'une science ou des sciences et qui...) et maitre d'oeuvre. La conclusion d'une aventure qui a démarré en 2009 !

Nous avons fait le point (Graphie) sur cet instrument spatial, ses défis et les enjeux scientifiques de cette mission avec Cydalise Dumesnil, responsable technique de l'instrument, et François Poulet (Un poulet est une jeune volaille, mâle ou femelle, de la sous-espèce Gallus gallus...), PI de l'instrument, tous deux à l'IAS.

JUICE, à la découverte de Jupiter et ses lunes glacées

Fin août-début septembre 2022, la sonde JUICE (JUpiter ICy moons Explorer) partira en direction de Jupiter. Elle arrivera à destination en 2031, et devrait nous permettre d'en savoir plus sur le système jovien qui recèle une grande diversité d'objets et de processus physiques complexes (planète géante (Une étoile géante est une étoile de classe de luminosité II ou III. Dans le...), anneaux, satellites glacés présentant des océans salés dans leur sous-sol, magnétosphère (La magnétosphère est la région entourant un objet céleste dans lequel les phénomènes...) s'étendant sur plus de sept millions de kilomètres (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système...) en direction du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) et quasiment jusqu'à l'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) de Saturne, volcanisme sur Io, satellites irréguliers). Pendant 4 ans, la mission observera de manière régulière l'atmosphère (Le mot atmosphère peut avoir plusieurs significations :) et la magnétosphère de Jupiter (La magnétosphère de Jupiter est une cavité créée dans le vent solaire par...), ainsi que ses lunes grâce à plusieurs dizaines de survols. Elle se mettra ensuite en orbite, à une altitude (L'altitude est l'élévation verticale d'un lieu ou d'un objet par rapport à un niveau...) de 500 km autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) de Ganymède en 2035, d'où elle étudiera la surface glacée, la structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la...) et l'exosphère (L'exosphère est la dernière couche d'atmosphère terrestre qui se situe au-dessus de la...) du satellite (Satellite peut faire référence à :) jovien. S'il reste assez de carburant (Un carburant est un combustible qui alimente un moteur thermique. Celui-ci transforme...), la sonde descendra à 200 km de la lune (La Lune est l'unique satellite naturel de la Terre et le cinquième plus grand satellite du...) afin d'explorer au mieux sa structure interne.

Huit laboratoires du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand...)1 sont associés, toujours en étroite collaboration avec le CNES (qui est maitre d'ouvrage) à quatre des dix instruments embarqués par JUICE pour mener à bien sa mission: RPWI, PEP, SWI, UVS, RIM et MAJIS. C'est sur ce dernier instrument que la contribution française est la plus remarquable.

MAJIS pour caractériser l'atmosphère jovienne et la surface des satellites

MAJIS, pour "Moons And Jupiter Imaging Spectrometer", est un spectromètre (Un spectromètre est un appareil de mesure permettant de décomposer une quantité...) imageur (extrayant des informations de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) solaire réfléchie ou de l'émission thermique (La thermique est la science qui traite de la production d'énergie, de l'utilisation de...) propre des objets qu'il observe) hyper-spectral (mesurant de nombreuses bandes étroites du spectre électromagnétique). À travers deux voies différentes, MAJIS couvrira en effet les longueurs d'ondes (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation réversible...) visible et infrarouge (Le rayonnement infrarouge (IR) est un rayonnement électromagnétique d'une longueur d'onde...) (500-5540 nm) avec une résolution spatiale de moins de 100 m à quelques km lors des survols des satellites et de 125 kilomètres pour Jupiter !

Grâce à ses capacités de spectroscopie et d'imagerie (L’imagerie consiste d'abord en la fabrication et le commerce des images physiques qui...), le travail de MAJIS sera de caractériser la composition de l'atmosphère jovienne ainsi que les surfaces et les exosphères des satellites. Lorsque JUICE sera proche de ses objets d'étude, d'autres instruments, notamment un radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la...), interviendront de manière complémentaire pour sonder la structure interne des satellites et leur exosphère.

L'instrument est constitué de 3 sous-systèmes distincts: La tête optique (L'optique est la branche de la physique qui traite de la lumière, du rayonnement...) (Optical Head) qui comprend notamment le télescope (Un télescope, (du grec tele signifiant « loin » et skopein signifiant...) et les spectromètres, l'électronique (Main Electronics), qui assure le pilotage de l'instrument et le traitement des données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) grâce à un logiciel (En informatique, un logiciel est un ensemble d'informations relatives à des traitements...) de bord spécifiquement développé, et enfin un Harnais, qui assure la connexion entre les deux premières unités.

C'est l'Institut d'astrophysique spatiale qui avait la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) du développement de l'instrument complet, au sein d'un consortium technique .

Majis - 09.10.2021.

Des défis à relever

Ceci ne s'est pas fait sans quelques défis techniques !

D'abord, en tant qu'instrument cryogénique, la tenue au froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.) de ses différents éléments optiques doit être garantie. Il a donc fallu mettre en place un système piloté par les radiateurs afin de refroidir l'instrument. Ensuite, le système jovien étant un environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) radiatif assez particulier, il a fallu blinder les composants électroniques et certaines optiques... mais la masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) s'est alors avérée trop importante par rapport à la masse allouée. L'optimisation a été assez complexe.

Par ailleurs, la grande couverture spectrale a nécessité d'avoir deux voies complexifiant la chaine de détection complète avec des détecteurs infrarouge spécifiquement développés pour le projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a...) MAJIS. Pour simplifier les opérations en vol, on a eu l'idée d'utiliser d'un scanner (Un scanneur, ou numériseur à balayage est l'équivalent du terme anglais scanner, qui vient du...) sur lequel est déposé un miroir (Un miroir est un objet possédant une surface suffisamment polie pour qu'une image s'y forme...) qui permet de positionner l'angle (En géométrie, la notion générale d'angle se décline en plusieurs concepts...) de visée de MAJIS dans une direction privilégiée pour l'observation (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les...).

Tout ceci se déroulant dans des temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le...) contraints ! En effet, il y avait un impératif fort en termes de planning du fait d'une part du nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) réduit de fenêtres de lancement et d'autre part de la masse de JUICE et de sa charge utile (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) qui requièrent un lanceur ( Lanceur, terme de l'astronautique Lanceur, terme du baseball ) lourd. Pour ces raisons le lancement ne peut être fait que par Ariane 5 (Ariane 5 est un lanceur de l'Agence spatiale européenne (ESA), développé pour placer...) ou Ariane 64. Mais en 2023, il n'y aura plus d'Ariane 5... tandis qu'Ariane 6 (Ariane 6 désigne le lanceur spatial destiné à prendre la relève d'Ariane 5...) ne sera peut-être pas encore opérationnel.

En tous cas, une chose est certaine: l'instrument MAJIS est prêt pour son intégration sur le satellite (Satellite peut faire référence à :) ! Cydalise Dumesnil et François Poulet n'ont plus qu'à s'armer de patience avant de récolter les fruits de leur travail, qui participera à de multiples découvertes sur le système jovien... à partir de 2031 ! Mais heureusement, des survols de Vénus et du couple Terre-Lune (et peut être d'astéroïdes si la trajectoire (La trajectoire est la ligne décrite par n'importe quel point d'un objet en mouvement, et...) le permet) permettront de patienter lors de la phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) de croisière.


Dimensions sans les couvercles de protection 912 x 765 x 356 mm3, 41 kg - Boitier Electronique, Dimensions: 320 x 249 x 161 mm3, 8. Carte électronique à l'intérieur du boitier électronique. Plan focal d'une des 2 voies Dimensions: 74 x 111 x 102 mm3, 0.675 kg.

Le consortium technique

C'est l'Institut d'astrophysique spatiale qui avait la charge du développement de l'instrument complet, au sein d'un consortium technique avec les italiens, dont notamment l'agence spatiale italienne (L'Agence spatiale italienne (en italien Agenzia Spaziale Italiana ou ASI ) a été créée en 1988...) (ASI), l'Institut d'astrophysique spatiale de planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses...) italienne (Italienne est le nom communément utilisé pour le cordage servant a manœuvrer un enrouleur....) (IAPS), qui est co-PI, et enfin le constructeur aéronautique (L' industrie aéronautique et spatiale est le secteur économique qui regroupe les activités des...) italien Leonardo Company. La contribution de ce dernier concerne la tête optique. On note également une contribution du Laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation (Le mot instrumentation est employé dans plusieurs domaines :) en astrophysique (LESIA) au segment sol, et une participation de laboratoires belges chargés des tests de radiations et de la caractérisation des détecteurs d'une des 2 voies de MAJIS. Ce sont donc plusieurs dizaines d'ingénieurs, de techniciens et de scientifiques d'instituts publiques et partenaires privées en France, Italie, Belgique et Etats-Unis qui ont participé à la réalisation de cet instrument pendant plusieurs années. L'équipe scientifique est quant à elle constituée de 56 scientifiques provenant de 7 pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue...).

Notes
1 - IAS, IPAG, IRAP, LATMOS, LERMA, LESIA, LPC2E, LPP
Cet article vous a plu ? Vous souhaitez nous soutenir ? Partagez-le sur les réseaux sociaux avec vos amis et/ou commentez-le, ceci nous encouragera à publier davantage de sujets similaires !
Page générée en 0.329 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique