Planck (satellite) - Définition

Introduction

Planck est un observatoire spatial de l'Agence spatiale européenne conçu pour étudier les infimes variations de température (ou d'intensité) du fond diffus cosmologique, rayonnement dans le domaine micro-onde montrant l'univers tel qu'il était 380 000 ans après le Big Bang.

De telles mesures aideront à déterminer un vaste ensemble de paramètres décrivant l'univers actuel et son histoire, paramètres dénommés collectivement paramètres cosmologiques. En particulier, Planck permettra de déterminer l'âge de l'Univers, de comprendre certains aspects de la physique de l'univers primordial, ainsi que de mieux comprendre les premières étapes de la formation des grandes structures de l'Univers.

Histoire

Planck est le projet qui a été retenu par l'ESA pour effectuer la troisième mission spatiale de grande ampleur de mesure du fond diffus cosmologique, les deux précédentes étant de conception américaine : COBE à la toute fin des années 1980 et WMAP lancée en 2001.

À l'origine, le projet s'appelait COBRAS/SAMBA (pour Cosmic Background Radiation Anisotropy Satellite and Satellite for Measurement of Background Anisotropies), acronyme reflétant le fait que le projet final était issu de la fusion de deux projets distincts, l'un français, l'autre italien. Après la sélection et l'approbation de la mission en 1996, l'Agence a donné à son satellite le nom du physicien allemand Max Planck, prix Nobel de physique en 1918 et découvreur de la forme du spectre de corps noir, dont le fond diffus cosmologique s'avère être la plus parfaite réalisation que l'on trouve dans la Nature.

La mission est menée en collaboration avec la NASA qui contribue notamment en nature en fournissant les détecteurs, des bolomètres, une partie du fluide cryogénique de l'expérience HFI (High Frequency Instrument, voir plus bas), et le Sorption Cooler (compresseur cryogénique assurant le refroidissement de 50 K à 20 K).

Caractéristiques

Planck traquera le "bruit de fond cosmologique" c’est-à-dire le rayonnement fossile de la toute première lumière de l’univers, émise 380 000 ans après le Big Bang, il y a plus de 13 milliards d’années. L’univers était alors concentré dans un volume un milliard de fois plus faible qu’aujourd’hui. En descendant à 3000 °C, sa température venait à peine de permettre aux premiers atomes d’hydrogène de se former et aux photons de se dissocier de la matière pour se déplacer librement (voir Recombinaison).

Afin d’observer ce rayonnement dont la température n’excède plus aujourd’hui 2,725 K (soit -270,435 °C) et surtout pour dresser une carte ultra précise de ses infimes variations (± 0,00001 degré), Planck dispose d’un système de refroidissement à six étages (trois passifs et trois actifs) conçu pour maintenir son miroir principal d'un mètre cinquante de diamètre à 60 K (-213 °C) et les détecteurs de sa charge utile à 20 K (-253 °C), 4 K (-269 °C) et même 0,1 K (-273,05 °C) pour les bolomètres de l’instrument haute fréquence HFI. Tout au long des dix-huit mois que doit durer la mission, ceux-ci seront les objets les plus froids de l’univers hormis quelques laboratoires terrestres. Le responsable scientifique du projet HFI est Jean-Loup Puget, cosmologiste à l'Institut d'astrophysique spatiale (Université Paris-XI, à Orsay).

L'Agence Spatiale Européenne a retenu Alcatel Space, devenu depuis Thales Alenia Space, pour la maîtrise d'œuvre du programme dans son Centre spatial de Cannes Mandelieu, le directeur du programme étant Jean-Michel Reix, et une équipe industrielle comprenant environ 95 entreprises réparties dans toute l'Europe.

Ces activités portent sur la conception et l'intégration du satellite complet, ainsi que la plateforme, HFI et LFI (Low Frequency Instrument), et le miroir.

Les expériences sont définies par les scientifiques et les techniciens des laboratoires au Centre Spatial de Liège (CSL, Belgique).

Ce satellite est constitué de deux instruments : Low Frequency Instrument (LFI), de conception italienne et High Frequency Instrument (HFI) de conception française. Ces deux noms reflètent les bandes de fréquences observées par l'un et l'autre de ces instruments : de 30 à 100 gigahertz pour LFI et de 100 à 857 GHz pour HFI.

HFI comporte 54 bolomètres scientifiques, opérant dans les bandes : 100, 143, 217, 353, 545 et 857 GHz, avec une largeur de bande de l'ordre de 30 %. Ces bolomètres fonctionnant de manière optimale lorsqu'ils sont refroidis, ici ils seront en opération vers 0,1 K (entre 90 et 130 mK). Les bolomètres étant par principe à très large bande, la sélection en fréquence et en largeur de bande se fait ici en plaçant des cornets/guides d'onde.

Ce satellite dispose de technologies avancées comme des détecteurs bolométriques, de nombreux systèmes de refroidissement (dont un étage à 0,1 kelvin, ce qui n'a encore jamais été réalisé avec succès sur un satellite) et de l'électronique à faible bruit. Cela lui permettra donc de gagner en sensibilité : 600 fois celle de COBE.