Gaia (satellite) - Définition
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Introduction
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 extrêmement précise les positions, distances et mouvements ainsi que les magnitudes dans de nombreuses bandes spectrales, Gaia espère clarifier la composition, la formation et l'évolution de notre Galaxie, la Voie lactée, mais également apporter des contributions significatives concernant les planètes extrasolaires, le système solaire, les galaxies extérieures et la physique fondamentale. La maîtrise d'œuvre du satellite a été confiée par l'Agence Spatiale Européenne au site Toulousain de la société EADS Astrium.
Satellite
Gaia doit être lancé par un lanceur Soyouz et rejoindre le point de Lagrange L2, situé à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, dont un des avantages est de procurer un environnement thermique extrêmement stable. Là, il décrira une orbite de type Lissajous pour éviter les éclipses du Soleil par la Terre, afin de pouvoir alimenter ses panneaux solaires.
Principes de mesure
Tout comme son prédécesseur Hipparcos, pionnier de l'astrométrie spatiale, Gaia observera simultanément deux directions de visée en tournant continûment avec une légère précession, et tout en conservant le même angle au Soleil. En mesurant précisément les positions relatives des objets des deux directions de visée séparées par un grand angle, une grande rigidité du système de référence est obtenue.
Chaque objet sera observé en moyenne 70 fois environ pendant la mission, qui doit durer 5 ans. Ces mesures permettront la détermination des paramètres astrométriques des étoiles : 2 pour la position angulaire sur le ciel, 2 pour leur dérivée par rapport au temps (mouvement propre), ainsi que la parallaxe annuelle.
Il manque néanmoins un sixième paramètre pour tout connaître de la position et de la vitesse des objets dans l'espace. Ce paramètre, la vitesse radiale, est obtenu par effet Doppler-Fizeau grâce à un spectromètre également à bord de Gaia.
Caractéristiques
La charge utile de Gaia consiste en :
- un miroir de 1,4 × 0,5 m² pour chaque direction de visée
- un plan focal de 1,0 x 0,5 m sur lequel sont projetées les deux directions de visée, constitué de 106 CCD de 4500×1966 pixels dont certains sont équipés de filtres.
Elle implémente 3 instruments distincts :
- L'instrument astrométrique (ASTRO) dédié à la mesure de la position angulaire des étoiles de magnitude 5.7 à 20
- L'instrument photométrique, permettant l'acquisition de spectres d'étoiles dans la bande spectrale 320-1000 nm dans la même gamme de magnitude
- Le spectromètre haute résolution permettant de mesurer la vitesse radiale des étoiles par l'acquisition de spectres de haute résolution dans la bande spectrale 847-874 nm (domaine des raies du calcium ionisé) pour des objets jusqu'à la magnitude 17.
Le lien télémétrique avec le satellite étant d'environ 1 Mbit/s en moyenne, alors que le contenu du plan focal représente plusieurs Gbit/s, oblige à ne descendre que quelques dizaines de pixels autour de chaque objet. En conséquence, la détection et le suivi des objets à bord sont obligatoires, et représentent un traitement complexe à bord du satellite dans les champs stellaires les plus denses.
Gaia est équipé d'un système de détection interne et autonome qui lui permettra d'observer tous les objets dans son champ de vision et donc d'en découvrir de nouveaux.
Mission
La mission a été adoptée par l'ESA comme mission Pierre Angulaire numéro 6 le 13 octobre 2000, et le démarrage de la phase B2 du projet sous la maîtrise d'œuvre d'EADS Astrium Satellites a été autorisé le 9 février 2006, en visant un lancement pour mars 2012. L'arrêt de la mission en vol est prévu pour fin-2017.
Le coût total de la mission est d'environ 450 millions d'euros, comprenant la fabrication, le lancement, les opérations au sol et les DPA.
La multiplicité des instruments (astrométrie, photométrie, spectroscopie) fait de Gaia l'analogue d'un observatoire complet en orbite et implique une importante diversité de données. La quantité ne sera pas en reste : 5 ans de mission avec un débit de données compressées de 1 Mbit/s correspond à environ 60 TB.
Le traitement scientifique au sol de ces données, à la charge des États membres, se révèlera d'ailleurs extrêmement complexe, compte tenu de la diversité du ciel (étoiles variables, étoiles doubles, etc.) : consacrer ne serait-ce que 1 s de temps de traitement par objet nécessiterait 30 ans de calcul en tout.
La rotation continue du satellite autour du Soleil et sur lui-même doit lui permettre d'observer la quasi-totalité de la voûte céleste. L'échantillonnage régulier sur 5 ans et les 100 observations par objet permettront d'avoir une vision assez dynamique des objets et particulièrement les orbites.
