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Comment le Systme solaire s'est mis en place | Ciel et Espace
 
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Couverture Magazine

N° 449 - 10/2007

Edito
  • Chass-crois matinal
  • Tlescope Dobson Skyvision T-300 : Un grand diamtre de qualit
  • Comment le Systme solaire s'est mis en place
  • Un grand vide dans la mousse cosmique ?
  • Le long sillage de Mira Ceti
  • Lionel Bret, croqueur de mondes clestes
  • Missions de l'ESA : Quatre favorites pour la science europenne
  • Cit de l'Espace : L'Expo remonter le temps et l'espace
  • Une fronde pour revenir sur Terre
  • Jean-Jacques Salomon : "Aucune science n'est neutre, pas mme l'astronomie"
  • Le satellite prend le volant du tracteur
  • Matire noire : enqute sur la part invisible de l'Univers

Missions de l'ESA : Quatre favorites pour la science europenne

Laplace_Jupiter_tche.JPG

Crdits : Ciel et Espace Photos

Cet automne, lAgence spatiale europenne fera une premire slection de ses futures missions scientifiques pour lنchance 2015-2025. Leurs thmes font rver : rechercher de la vie sur les exoplantes, percer le mystre de locan dEurope, rapporter un chantillon dastrode, observer les premiers trous noirs

Dans quelles conditions se forment les plantes et merge la vie ? Comment fonctionne le Systme solaire ? Quelles sont les lois physiques fondamentales dans lUnivers ? Do vient lUnivers et de quoi est-il fait ? Ces questions profondes, ce sont celles poses par Cosmic Vision, la feuille de route scientifique de lAgence spatiale europenne (ESA) pour les annes 2015-2025, dfinie au terme de longues discussions avec la communaut des chercheurs, prcise David Southwood, directeur des programmes scientifiques de lESA. partir de cet automne, on pourra associer au moins un nom chacune de ces questions.
En effet, plusieurs comits constitus de scientifiques europens se runissent pour choisir, parmi 53 propositions, trois missions spatiales taille M et trois taille L (1) qui auront la chance dنtre tudies en dtail. Au terme de lنtude, seules une M et une L subsisteront, pour un dcollage prvu aux alentours de 2018. Si les rsultats ne sont pas connus au moment o ces lignes sont rdiges, quelques missions se dtachent cependant du lot. Trois empruntent leur nom de grands hommes : Darwin, Laplace, Marco Polo. Darwin cherchera des exoplantes de type terrestre et sondera leur atmosphre pour tenter dy dtecter des indices dune activit biologique. Laplace observera en dtail Jupiter et ses satellites, en particulier Europe, et sera en mesure de dire si cet astre mystrieux cache sous sa crote gele un ocan qui pourrait abriter des formes de vie. Quant Marco Polo, elle partira la rencontre dun astrode et en prlvera un chantillon pour le rapporter sur Terre, afin den tirer de prcieux enseignements sur le Systme solaire primitif. Du ct de lUnivers trs ancien, ce pourrait tre la chance de Xeus, un observatoire en rayons X, qui propose une plonge vertigineuse vers les tout premiers trous noirs.
Mais les dfis relever sont nombreux. Plusieurs missions font appel des satellites volant en formation. Il faudra aussi matriser linterfromtrie dans plusieurs longueurs donde, ou la spectromtrie des plantes extrasolaires, souligne David Southwood. Autant de techniques dj lنtude, mais pas encore au point. Elles seront indispensables pour que lESA tende ses ambitions dexploration au-del de Jupiter et sonde lUnivers profond avec les plus grands instruments. Un changement dنchelle qui, ralisme budgtaire et technologique oblige, ne pourra pas se faire sans cooprations. Avec les tats-Unis, le Japon et la Russie bien sr, le Canada, mais aussi la Chine et lInde, insiste le directeur scientifique de lESA, qui annonce avoir contact les agences spatiales de ces pays pour lancer des tudes de faisabilit en commun.

(1) Il sagit de tailles budgtaires et non pas physiques, qui dfinissent la participation de lESA. M = 300 M ; L = 650 M. La plupart se feront en collaboration avec une autre agence. Darwin, Laplace et Xeus sont des tailles L, Marco Polo est une taille M.

LAPLACE, Vers les mystres de Jupiter et locan dEurope :

Europe cache-t-il un ocan sous sa crote gele ? La question taraude les plantologues depuis que le satellite de Jupiter a rvl sa banquise craquele aux sondes Voyager et Galileo. Grce une instrumentation performante, Laplace pourra rpondre sans ambigut. Mais notre argument fort est quavec ce trio de sondes, nous accderons pour la premire fois au systme jovien dans sa globalit. En fait, celui-ci ressemble un mini-systme solaire avec un corps, Europe, qui abrite peut-tre de la vie dans son ocan, fait valoir Michel Blanc, chercheur au Centre dنtudes spatiales des rayonnements Toulouse, et porteur du projet. Mais pourquoi Laplace ? Parce que le mathmaticien franais (1749-1827) a dcouvert que les orbites des satellites de Jupiter sont dans une rsonance qui les rend dpendants les uns des autres et de la plante gante. La mission est constitue de trois sondes. La premire se placera sur une orbite polaire autour dEurope, 200 km daltitude. Son altimtre mesurera lamplitude des dformations provoques par la mare jovienne la surface dEurope, qui sera compare des modles. Une amplitude de lordre de 200 m signifierait quun ocan se cache sous la glace. On pourra estimer lنpaisseur de la couche deau, explique Michel Blanc. Un autre instrument dterminera le champ de gravit.
La combinaison des donnes permettra de connatre lنpaisseur du manteau de silicates dEurope, donnant ainsi accs, au moins en partie, sa structure interne. La deuxime sonde observera les satellites joviens et servira de relais aux donnes en provenance dEurope. La troisime tournera autour de Jupiter pour tudier en dtail sa magntosphre.
Laplace devra surmonter de nombreux obstacles, commencer par les intenses radiations qui traversent lenvironnement de Jupiter. Pour leur rsister, il faudra des composants lectroniques blinds. A priori, seuls les militaires amricains possdent aujourdhui cette technologie. La Nasa la exprimente avec la sonde Galileo, mais elle reste confidentielle, ce qui imposera sans doute une collaboration avec les tats-Unis le Japon est aussi pressenti pour raliser lorbiteur de Jupiter. Quant la protection plantaire, Laplace devra tre conforme aux normes les plus strictes afin dنviter toute contamination par des micro-organismes terrestres car, au terme de sa mission, la sonde n 1 va se crasher sur Europe. Les radiations de lenvironnement jovien sont cette fois un avantage, note Michel Blanc : elles sont particulirement strilisantes !

DARWIN, Sommes-nous seuls dans lUnivers ? :

" Le dfi lanc Darwin, cest dobserver depuis Paris la lumire dun ver luisant plac juste ct dun phare situ Marseille. Cette comparaison, Alain Lger, de lInstitut dastrophysique spatiale (IAS, Orsay), la bien rode. Ds 1993 en effet, il propose avec deux collgues, Jean Schneider et Jean-Marie Mariotti, ce projet fou lESA : un tlescope spatial form de plusieurs satellites capables de chercher des plantes semblables la Terre et de faire la spectroscopie de leur atmosphre, afin dy chercher une activit biologique. Et ce, deux ans avant que les Suisses Michel Mayor et Didier Queloz ne dcouvrent la premire exoplante ! Mais une tude conclut la grande complexit des techniques mettre en uvre, et un programme de recherche et technologie est lanc. Aujourdhui, il semble toucher au but. La nouvelle architecture de Darwin a permis de simplifier la mission et de rduire son cot. Elle se compose de quatre satellites collecteurs, munis chacun dun miroir focalisant la lumire sur un satellite recombineur. L, selon le principe de linterfromtrie annulante, la lumire de lنtoile est limine pour ne conserver que celle dune ventuelle plante, qui sera analyse.
Pas dimages spectaculaires prvoir car Darwin nest pas Hubble, mais la dtection deau, de gaz carbonique et dozone dans latmosphre de ces plantes serait un vnement sans prcdent. Ce trio ne peut se former par simple physicochimie, affirme en effet Alain Lger. Il est une signature qui traduit une activit de photosynthse, donc la prsence de vie. Lenjeu de Darwin est considrable. Cest la premire mission rellement capable de sattaquer la question : sommes-nous seuls dans lUnivers ?
Si Darwin est slectionne en octobre, il restera un gros effort technologique faire : le vol en formation, ncessaire pour faire voler les satellites de conserve, et surtout les interfromtres labors aujourdhui notamment lIAS, qui doivent tre amliors. Si elle voit finalement le jour, Darwin scrutera quelque 200 toiles situes au maximum 75 annes-lumire de nous. Et si elle ne trouve pas trace de vie, elle aura au moins recueilli des donnes permettant de mieux connatre les caractristiques des plantes extrasolaires. En attendant des super-Darwin, capables dobserver des milliers dنtoiles la recherche de nouvelles Terre, aussi foisonnantes de vie que les Galapagos telles que les vit Charles Darwin

MARCO POLO, Pour quelques grammes dastrodes :

"Personnellement, je laurais bien appele Rolling Stone. Mais nous nous sommes mis daccord sur Marco Polo car cet explorateur est le premier avoir tiss des liens entre lEurope et le Japon, samuse Patrick Michel, de lobservatoire de la Cte dAzur. Les deux noms peuvent convenir, puisque la mission (1) a pour cible ces cailloux qui roulent dans le Systme solaire que sont les astrodes, et quelle se fera en troite collaboration avec lagence spatiale japonaise. Celle-ci a tent en 2005 avec la sonde Hayabusa de rapporter sur Terre un chantillon dastrode, apparemment sans succs (2). Cest ce que fera nouveau Marco Polo, avec une architecture inspire de sa devancire. Un orbiteur arrivera proximit de lastrode choisi et, en frlant sa surface, prlvera un chantillon par deux mthodes diffrentes. Lune, japonaise, met en uvre un projectile qui pulvrise la surface. Lautre, europenne, rcolte des grains plus gros grce une sorte de bande adhsive. Enfin, si la technique le permet, un atterrisseur se posera la surface de lastrode pour faire des analyses in situ et prlever un chantillon, qui sera plac dans une capsule et renvoy dans lespace, o la sonde le rcuprera avant son retour vers la Terre.
On rcoltera une dizaine de grammes dastrode avec la mission standard et une centaine avec latterrisseur, estime Patrick Michel. Plusieurs cibles ont t envisages, avec une mme caractristique : des corps sombres, riches en carbone. Lhypothse de travail est lastrode 4015, un objet mystrieux car, lorsque les astronomes ont remont le temps en calculant sa trajectoire, ils lont retrouv sous les traits de la comte Wilson-Harrington, dcouverte en 1949. Depuis, celle-ci a cess toute activit. Il est possible que ses couches externes se soient volatilises, ne laissant que le noyau, ce qui lui donne le caractre dun astrode. Nous voulons savoir si ces objets carbons ont pu apporter de la matire organique sur Terre, qui a peut-tre contribu lapparition de la vie. Pour cela, prlever un chantillon est fondamental. Car les mtorites trouves sur Terre ont t modifies par les chocs et les rayons cosmiques, et on ne peut pas dire si elles sont reprsentatives, souligne Patrick Michel. Si elle russissait, Marco Polo offrirait aux laboratoires europens la possibilit danalyser ces corps primitifs, et lESA une place aux cts des tats-Unis et du Japon, leaders dans la course aux pierres qui roulent.

(1) Projet port par Antonella Barucci, de lobservatoire de Paris-Meudon

(2) Hayabusa est actuellement en route vers la Terre, quelle est cense atteindre en 2010. Mais un seul de ses gyroscopes fonctionne et il est peu probable quil tienne jusquau bout.

XEUS, Les premiers trous noirs porte de tlescope :

Xeus (pour X-Ray Evolving Universe Spectroscopy) est avant tout un super-XMM. Lobservatoire europen du rayonnement X, qui poursuit discrtement une brillante carrire depuis son lancement fin 1999, doit prendre sa retraite en 2010. Son successeur sera 100 fois plus prcis. Xeus observera des sources trs faibles : celles du tout jeune Univers, la naissance des premires galaxies avec les premiers trous noirs, puis leur assemblage en amas. Et il permettra aussi dنtudier la matire sombre et la physique des trous noirs, des plus massifs ceux de taille stellaire, senthousiasme Didier Barret, du Centre dنtudes spatiales des rayonnements de Toulouse, impliqu dans le projet dirig par le Britannique Martin Turner (universit de Leicester). Objectif principal : explorer des champs du ciel trs profonds, comparables aux Deep Fields de Hubble, pour y chercher des sources de rayons X avec des dcalages vers le rouge (redshifts) pouvant aller jusquن 10 (un milliard dannes aprs le big bang), et faire la spectroscopie dtaille de ces sources afin den identifier les lments chimiques. Mais Xeus ne fera pas cavalier seul. Ses concepteurs le veulent lنquivalent en rayons X des futurs trs grands observatoires, les ELT (tlescopes extrmement grands) qui succderont au VLT, ou Alma dans le domaine des ondes radio. Il participera ce titre des campagnes dobservation multilongueur donde, limage du projet international Cosmos pour la cartographie de la matire noire.
Pour parvenir un tel niveau, la philosophie de Xeus est trs diffrente de XMM. L o son prdcesseur tait monobloc, Xeus sera constitu de deux satellites volant 50 m de distance, lun portant loptique et lautre le plan focal. Par ailleurs, une nouvelle technologie est tudie lESA depuis plusieurs annes : les optiques HPO (High-precision Pore Optics), en silicium poli, vont remplacer les lourds miroirs mtalliques recouverts dor de XMM. Le gain de poids est considrable. Loptique ne fait que 1 tonne, au lieu de 50 tonnes selon le principe de XMM, souligne Didier Barret. Le grand chantier de ces prochaines annes sera dachever la mise au point de ces miroirs magiques.

Jean-Franois Hat

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