Gaia, une mission d’archéologie galactique

Jeudi 19 décembre 2013, si tout se déroule comme prévu, un lanceur Soyouz décollera de Kourou, en Guyane française, à 10h12 CET (9:12 UTC) avec à son bord l’un des appareils photos les plus gros et les plus sensibles jamais construit.

Gaia, une mission d’archéologie galactique

L’appareil photo en question s’appelle Gaia, il s’agit en fait d’une sonde spatiale qui a pour mission de mesurer la position relative, la trajectoire et la vitesse des étoiles de notre galaxie, la voie lactée, afin d’en faire une représentation 3D et de récolter des donnée pour mieux comprendre quelle a été l’évolution passée et quelle sera l’évolution future de notre galaxie.  Il s’agit d’une mission d’archéologie galactique (j’aime beaucoup ce terme) initiée par l’ESA, l’Agence Spatiale Européenne en collaboration avec le CNES, le Centre National d’Etudes Spatiales.

Vue d'artiste de Gaia Crédits : ESA/ATG medialab; arrière-plan : ESO/S. Brunier

Vue d’artiste de Gaia Crédits : ESA/ATG medialab; arrière-plan : ESO/S. Brunier

Cartographie de la galaxie

Plus d’un milliard d’étoiles vont être répertoriées au cours des cinq années que va durer la mission. Mais cela ne représente que 1% du contenu de notre galaxie. Des étoiles des galaxies voisines de la notre seront également répertoriées. Les étoile les plus lointaines observées seront à 50 000 années-lumière (la moitié du diamètre de la Voie Lactée).

Pour chaque étoile, des informations telles que leur position, leur vitesse, leur luminosité, leur température, leur composition, leur masse,… vont être récoltées et envoyées sur Terre sous forme de données afin d’être exploitées et constituer un catalogue qui sera mis à disposition des scientifiques aux environs de 2021. Des catalogues intermédiaires seront édités tous les ans, le premier environ 22 mois après le lancement de la sonde. Chaque étoile sera observée en moyenne 70 fois au cours de la durée de la mission.

Une masse considérable de données à traiter !

Les données sont envoyées sur Terre plusieurs fois par jour et chaque jour, 100 gigaoctets de données vont transiter de Gaia vers des stations au sol. Pour le traitement de ces données, six centres de calculs répartis à travers l’Europe sont mis à contribution, dont le centre de traitement du CNES à Toulouse qui traitera 40% de l’ensemble des données de Gaia.

A la fin de la mission, Gaia aura transmis 1 Petaoctet de données (1000 téraoctets ou encore 1 milliard de mégaoctets), soit l’équivalent de 200 000 DVD.

Voici en vidéo le fonctionnement de Gaia (en anglais) :

 

Description de la sonde

Pour réaliser cette mission ambitieuse, Gaia dispose de deux télescopes dont les images seront envoyées puis combinées sur 106 capteurs CCD de 9 mégapixels chacun, soit 1 Milliard de pixel au total ! Ces capteurs sont disposés sur un plan focal d’ 1 mètre de long sur 40 centimètres de large.

L’image de chaque étoile qui va se former sur ces capteurs va être analysée par trois instruments scientifiques :

– Un astromètre qui va mesurer sa position, sa trajectoire et sa distance
– Un photomètre qui va mesurer sa luminosité
– Un spectromètre qui va mesurer sa vitesse et sa composition gazeuse.

Afin de protéger ces instruments de la lumière et de la chaleur du soleil, un énorme bouclier solaire sera déployé une fois la sonde mise en orbite.

Timelapse vidéo du déploiement du bouclier solaire :

Une précision extrême !

En moyenne, deux millions d’étoiles vont être analysées chaque heure. La précision obtenue concernant la position des étoiles sera 1000 fois supérieure à ce qui peut être fait depuis le sol et Gaia pourra détecter des étoiles 400 000 fois moins lumineuses que celles visibles à l’œil nu. Pour vous donner une idée de sa précision, si on place Gaia sur la lune, la sonde est capable de mesurer l’ongle d’une personne située sur Terre.

Pour obtenir une telle précision, il faut que le plan focal et les télescopes gardent un alignement parfait. C’est pour cette raison que les optiques intermédiaires des télescopes (les miroirs), le plan focal et la structure qui maintient le tout ont été construits dans une seule matière : le carbure de silicium (il s’agit d’un mélange de silicium et de carbone chauffé à 3000 degrés qui devient aussi dur et solide que du diamant). Il s’agit d’un matériau très stable qui ne se déforme pas sous l’effet des variations de température.

La précision est également conservée en utilisant 8 micro-tuyères qui vont éjecter du gaz froid un million de fois moins fort que les propulseurs classiques.

Loin de toute perturbation

Pour être le plus au calme possible, loin de toute perturbation gravitationnelle liée à la Terre ou au Soleil, Gaia va être placée au point de Lagrange L2 qui se situe à 1,5 millions de kilomètres derrière la Terre par rapport au soleil. Ce point fait partie des cinq points répertoriés où les forces de gravité de la Terre et du Soleil permettent à un troisième objet (un satellite par exemple) de rester stable par rapport à eux.

Gaia est donc placée sur ce point de Lagrange L2 mais ne va pas se trouver directement derrière la Terre, sinon ses panneaux solaires ne recevraient plus la lumière venant du soleil. Elle va donc effectuer des cercles autour de ce point, appelés orbite de Lissajous (voir ici pour un schéma explicatif).

Gaia est placée au point de Lagrange L2 (Crédits : ESA)

Gaia est placée au point de Lagrange L2 (Crédits : ESA)

Les réponses apportées par la mission

Cette mission va aider à répondre à plusieurs questions non résolues :

– Où nous trouvons-nous précisément dans la galaxie ?
– Combien de bras a notre galaxie ?
– Comment la matière noire se répartit-elle ?
– Y a-t-il des endroits où il y a plus d’exoplanètes que d’autres ?

et bien plus encore…

La mission Gaia va donc permettre entre autre d’en savoir plus sur la structure en spirale de notre galaxie et trouver la trace de la matière noire :

D’après la théorie, la matière noire empêcherait les étoiles qui tournent autour de la galaxie de se disperser à cause de la force centrifuge. La matière noire est beaucoup plus abondante que la matière visible. La trajectoire d’une étoile s’expliquant à la fois par la présence de matière noire et de matière visible, le calcul de la trajectoire et de la vitesse des étoiles permettrait donc de cartographier cette matière noire.

On sait également que la présence d’exoplanète (une planète située en dehors du système solaire) est détectée par les petites anomalies de trajectoire de l’étoile autour de laquelle elle orbite. Gaia, qui va donc mesurer la trajectoire des étoiles, espère découvrir entre dix et vingt mille exoplanètes (alors qu’actuellement mille ont été découvertes). Gaia ne pourra détecter cependant que des planètes massives, dont la taille est supérieure à celle de Jupiter.

Pour finir, voici une infographie créée par Astrium, le constructeur de la sonde, qui donne les chiffres-clés de la mission :

Crédits : Astrium

Crédits : Astrium

Pour en savoir plus…

– Super infographie, le fabuleux voyage de Gaia, créée par des journalistes d’Europe 1.

– Les articles d’Isabelle, ingénieur assurance qualité sur la mission Gaia, actuellement à Kourou, qui a rendu compte du déroulement de la campagne sur son blog.

– La mission Gaia sur le site de l’ESA (en anglais)

– La mission Gaia sur le site du CNES (en français)

– La mission Gaia sur le site d’Astrium (en français)

#CNESTalks sur Gaia

– Vidéo du CNES : Gaia, notre galaxie révélée

– Vidéo Euronews en français : Mission Gaia : la Voie Lactée bientôt cartographiée

 

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2 commentaires

  • Wakka

    Superbe voyage et super article. Merci pour le partage !! Pas trop fatiguée au retour ?

    • Non impec pour la fatigue du voyage, y compris le décalage horaire, j’ai juste chopé un p’tit virus au retour (aéroports ?) qui me donne une voix de crécelle 🙂

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