Téléchargement - Destination Orbite

HERSCHEL SPACE OBSERVATORY
Explorer la formation des galaxies et des étoiles
SOMMAIRE
La présentation de la mission ............................................................................................................................ 3
Observer l’Univers dans l’infrarouge ................................................................................................................ 5
Observer l’Univers dans le submillimétrique .................................................................................................... 6
La fiche technique .............................................................................................................................................. 7
L’instrumentation .................................................................................................................................................. 9
Les sources ........................................................................................................................................................... 12
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LA PRESENTATION D’HERSCHEL
D
-
ans un premier temps baptisé FIRST (Far InfraRed and Submillimeter Telescope),
l’observatoire spatial Herschel est la quatrième pierre angulaire du programme Horizon 2000
de l’agence spatiale européenne. Confirmée en 1997, cette mission aura quatre objectifs :
Etudier la formation des galaxies dans les premiers âges de l’Univers et l’évolution qu’elles
ont subie depuis
Etudier la formation des étoiles et les interactions qu’il peut y avoir avec l’environnement
interstellaire
Observer la composition chimique de l’atmosphère et la surface des comètes, planètes et
leurs satellites naturels
Examiner les molécules chimiques de l’Univers
Pour remplir ces objectifs ambitieux qui ont
une importance dans la compréhension du
fonctionnement de l’Univers, l’agence
spatiale européenne mise sur un télescope
d’un diamètre de 3,5 mètres qui observera
dans le domaine infrarouge lointain et
submillimétrique. Cet observatoire est très
différent des télescopes spatiaux
traditionnels. En effet, pour observer
l’Univers dans les domaines spectraux qui
sont les siens, Herschel devra avoir une
optique adaptée au grand froid et
largement expérimentée avec succès sur
ISO (Infrared Space Observatory) dans les
années 90. Les instruments sont protégés de
toute source de chaleur à l’intérieur d’une
sorte de bouteille thermos remplie d’hélium
liquide refroidi à – 273°C.
L’observatoire Herschel sera lancé par
Ariane 5ECA depuis le Centre Spatial
Guyanais de Kourou en compagnie d’une
autre mission astronomique, Planck. Après
26 minutes de vol, l’étage supérieur larguera
l’un après l’autre les satellites Herschel et
Planck sur une orbite de 270 x 1 193 622 km
sur une inclinaison de 6° par rapport au plan
équatorial. De là, Herschel et Planck
rejoindront séparément leur orbite de travail
Lagrange L2 à 1,5 millions de kilomètres de
la Terre. Le transfert vers l’orbite de travail demandera au moins 4 mois durant lesquelles 3
manœuvres de navigation seront réalisées. Les deux premières auront lieu en orbite terrestre au
Jour + 2 et Jour + 12. Cette dernière donnera le coup d’envoi vers le voyage vers l’orbite de
travail. La dernière aura lieu à Jour – 10 avant l’arrivée à Lagrange L2. La mission scientifique
d’Herschel ne débutera réellement que 6 mois après son lancement, une fois qu’il aura passé tous
les tests qui valideront ses performances et son bon état. Ces tests débuteront avant même
d’arriver à Lagrange L2.
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PHASES DE LA MISSION
DEBUT
Lancement
Jour 0
Phase Orbite Terrestre
Jour 0
Phase de mise en route
Jour 0
Phase de vérification des performances
Jour 0 + 1,5 mois
Phase de démonstration scientifique
Jour 0 + 3,5 mois
Phase opérationnelle
Jour 0 + 6 mois (1)
Phase de réduction (2)
B
Phase de mission de consolidation
B + 3 mois
Phase d’archives actives
B + 9 mois
Phase de consolidation archive
B + 57 mois
Phase d’archives historiques
B + 63 mois
(1) Début de la mission à proprement parlé
(2) Début de la seconde phase d’activité, notée Phase B (B)
(3) Fin de la mission d’Herschel
FIN
Jour 0 + 12 jours
Jour 0 + 1 mois
Jours 0 + 3,5 mois
Jour 0 + 6 mois
Jour 0 + 40 mois (B)
B + 3 mois
B + 9 mois
B + 57 mois
B + 63 mois (3)
-
DICO
Pour comprendre comment fonctionne les orbites de
Lagrange, il est important de comprendre comment
fonctionne une orbite en général. Toutes les orbites font
appel à 2 choses : l'attraction terrestre et la vitesse de
satellisation. Lancez n'importe quel objet, il retombera sur
Terre. Plus vous le lancerez fort et plus loin il ira. C'est la force
d'attraction de la Terre (d'un astre en général) qui est
responsable de ce phénomène. Si on lance un satellite avec
une vitesse très élevée, 28 000 km/h dans le cas des satellites
en orbite autour de la Terre, il aura une assez grande vitesse
pour annuler cette force ou presque. Il en va de même pour
tout objet dans l'espace. Il orbitera toujours autour de
quelque chose. Ainsi, lorsqu'une sonde est lancée en
direction d'une planète, elle décrit une orbite autour du Soleil
qui croisera l'orbite de la planète visée.
Le fonctionnement des orbites, ou plutôt des Points Lagrange, est différent. Le satellite n'est plus soumis par
l'attraction d'un astre mais de 2. L'attraction de l'un est compensée par celle de l'autre. Comme le schéma
ci-dessus le montre, il existe 5 Points Lagrange. Si L1, L2 et L3 sont instables (la durée de la stabilité est limitée
et la gravité de l'un ou l'autre astre reprend le dessus), L4 et L5, situés à un angle de 60° par rapport à l'axe
entre les 2 astres, sont qualifiés de stables (la durée de stabilité est infinie). On retrouve cette même
configuration pour les astéroïdes troyens près de Jupiter. Ils sont calés sur la même orbite que la planète sur
les Points L4 et L5 situés 60° en avance ou 60° en arrière.
Orbite de travail de l’observatoire
spatial Herschel – Photo ESA
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OBSERVER L’UNIVERS DANS L’INFRAROUGE
H
erschel étudiera l’Univers dans la gamme de l’infrarouge lointain et le submillimétrique. Le
rayonnement infrarouge est situé au-delà de la zone visible du spectre électromagnétique,
dans des longueurs d’onde allant de 0,8 Km à 100 Km. Il est émis par des objets relativement
froids dont la température est comprise entre 30 et 3000° Kelvin. Pour la mission Herschel, l’agence
spatiale européenne mise sur l’infrarouge lointain (au-delà de 20 Km), la gamme d’onde la plus
longue dans l’infrarouge.
L’astronomie dans l’infrarouge est utilisée pour l’observation des objets cosmiques dont la
température est relativement froide comme l’atmosphère planétaire, les naines brunes, les nuages
de poussières interstellaires où naissent les étoiles ainsi que les noyaux galactiques.
5
La galaxie M51 vue en infrarouge lointain (gauche) par le télescope IRAS de la Nasa et à droite
vue dans la lumière visible – Photo Nasa
6
OBSERVER L’UNIVERS DANS LE SUBMILLIMETRIQUE
H
erschel étudiera l’Univers dans la gamme de l’infrarouge lointain et le submillimétrique
(micro-ondes). Le rayonnement submillimétrique est situé au-delà de l’infrarouge dans des
longueurs d’onde comprise entre 60 et 670 µm.
La galaxie M51 vue en submillimétrique (gauche) et à droite vue dans la lumière visible – Photo
Nasa
L’astronomie dans le domaine spectral submillimétrique est encore peu utilisée de nos jours malgré
l’intérêt qu’elle représente pour l’étude des gaz et poussières constituant les nuages interstellaires
où naissent les étoiles. En observant ce gaz, les scientifiques pourront sans doute mieux
comprendre les évènements qui conduisent à la formation des étoiles et par déduction à la
formation de notre système solaire.
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LA FICHE TECHNIQUE
L
e maître d’œuvre principal du projet est Thales Alenia Space (France), meneur d’un
consortium associé avec Astrium (Friedrichshafen – Allemagne) qui est responsable de
l’Extended Payload Module et Thales Alenia (Torino – Italie) responsable du Service Module.
Les sous-traitants de ces sociétés étaient répartis à travers les pays membres de l’agence spatiale
européenne.
DIMENSIONS
Hauteur : 7,5 mètres
Largeur : 4 mètres
MASSE
Au lancement : 3 402 kg
DUREE DE VIE
Optimale : 3,5 ans
STABILISATION
Trois axes
PUISSANCE
1 500 W produits par un
panneau solaire
CONTROLE
Modèle de vol du télescope Herschel monté sur son chariot
Le contrôle de la mission est
polyvalent dans une position horizontale pour les mesures de
réparti entre 3 centres. Le
distance M1/M2 du télescope.
premier, le Herschel Science
Centre (Madrid) supporté
par le NASA Herschel Science Center, est chargé des communications des résultats aux
scientifiques et au public. Le second est l’Instrument Control Centres chargé uniquement du
contrôle des trois instruments embarqués. Le dernier est le Mission Operations Centre, basé à
l’ESOC à Darmstadt en Allemagne. Il assure la gestion de la mission.
COMMUNICATIONS
Taux de données moyenne vers les instruments : 130 kbps
COUT
1000 millions d’euros depuis le développement jusqu’à l’exploitation
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L’INSTRUMENTATION
L’observatoire spatial Herschel transporte en plus de son télescope, trois instruments. Ceux-ci ont
été montés sur la bouteille remplie de 2 367 litres d’hélium destinée à les maintenir à une
température proche du zéro absolu.
TELESCOPE
Maître d’œuvre : EADS Astrium (France)
Télescope à réflexion de type Cassegrain
d’une focale de 28,5 mètres.
Le miroir primaire (M1) a été construit à
partir de 12 segments de céramique de
carbure de silicium par brasage pour ne
former qu’un bloc monolithique de 3,5
mètres de diamètre qui a été usiné et poli
avec l’épaisseur (environ 3 millimètres) et
l’exactitude exigée. Il a ensuite été
recouvert d’une couche d'aluminium de
350 nm lui donnant son pouvoir
réfléchissant.
Le miroir secondaire (M2), constitué d’un
seul bloc, est un hexapode de 30,8 centimètres de diamètre construit de la même façon que le
miroir primaire.
HIFI (Heterodyne Instrument for the Far
Infrared)
Maître d’œuvre : SRON, Groningen (PaysBas)
Objectifs : Se concentrera autour de la
question concernant l’interaction entre les
étoiles et le milieu interstellaire. C’est un
spectromètre hétérodyne très haute
résolution. Le principe de détection
hétérodyne implique la traduction de la
gamme de fréquence du signal
astronomique observé en une fréquence
inférieure où il est plus facile d’exécuter les
mesures exigées. Cela se fait en mixant le
signal entrant avec un signal
1 : Mixer assemblies
monochromatique très stable, produit par
2 : Telescope beam
un oscillateur local et extrayant la
3 : Cal source assembly
différence de fréquence pour le nouveau
4 : IF 2 box
traitement. La différence de signal
5 : L.O. beams
provenant du processus hétérodyne est
passée vers les spectromètres WBS (Wide Band Spectrometer) et HRS (High Resolution
Spectrometer). Chacun est capable de traiter les signaux des deux polarisations simultanément.
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PACS (Photoconductor Array Camera and
Spectrometer)
Maître d’œuvre : MPE, Garching
(Allemagne)
Objectifs : Il doit aider les scientifiques à
répondre aux questions concernant l’origine
des étoiles, les systèmes planétaires, les
galaxies et l’évolution de l’Univers. Il est
composé d’un photomètre imageur utilisant
deux matrices de bolomètres pour refléter la
photométrie et d’un spectromètre
comportant deux tableaux de
photoconducteur de germanium/gallium.
Le PACS travaille dans des longueurs
d’ondes comprises entre 60 et 210 Km.
1 : Photometer optics
2 : Chopper
3 : Slicer optics
4 : Collimator Grating compartment
5 : Telescope beam
6 : Entrance aperture
7 : sGe:Ga Detector Red spectrometer
8 : Bolometer unit
SPIRE (Spectral and Photometric Imaging
REceiver)
Maître d’œuvre : Cardiff University
(Royaume-Uni)
Objectifs : Il permettra de répondre aux
questions suivantes :
- Comment et quand se sont formées
les galaxies
- Comment se forment les étoiles.
Il comprend un photomètre imageur à trois
bandes avec des matrices composées de
bolomètres en toile d'araignée et d’un
spectromètre transformé Fournier avec des
matrices composées de bolomètres en toile
d'araignée.
1 : Telescope beam
2 : Photometer compartment
3 : Spectrometer compartment
4 : Detector array compartment
5 : Mirrors compartment
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Les cibles prévues pour les différents instruments embarqués à bord de l’observatoire spatial
Herschel – Photo ESA
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LES SOURCES
http://sci.esa.int/science-e/www/area/index.cfm?fareaid=16
http://herschel.esac.esa.int/
http://smsc.cnes.fr/HERSCHEL/Fr/
http://www.ipac.caltech.edu/Herschel/nhsc.shtml
13
www.destination-orbite.net
FT-01/01-2009
14
FT-04/06-2008
[email protected]