Sitges : d’Hipparcos à Gaia

31/01/2017. A 29 ans d’intervalle, l’astrométrie spatiale a été à l’honneur à Sitges, au Sud de Barcelone : du 23 au 27 janvier 2017, se tenait la deuxième réunion du Consortium DPAC, chargé du traitement et de l’analyse des données de la mission Gaia ; du 25 au 29 janvier 1988, s’est tenue la deuxième réunion sur les aspects scientifiques de la préparation du programme d’observation du satellite Hipparcos (Hipparcos : Scientific Aspects of the Input Catalogue preparation, éditeurs J. Torra et C. Turon). Ces deux missions de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), symboles de l’expertise européenne dans ce domaine, sont les seules à ce jour à avoir été dédiées à l’astrométrie spatiale.

A gauche : photo de la réunion du DPAC en janvier 2017 (© Institut d’Estudis Espacials de Catalunya). A droite : photo de la réunion du consortium Hipparcos INCA en janvier 1988 (© Equipe d’Astrophysique, Université de Barcelone). Quelques-uns des participants à la réunion du DPAC 2017 étaient déjà impliqués dans Hipparcos et présents à la réunion de 1988 : les deux organisateurs de la réunion de 1988, Jordi Torra et Catherine Turon, ainsi que Frédéric Arenou, Christine Ducourant, Francesca Figueras et Carme Jordi.

Hipparcos, pionnier dans ce domaine, a été décidé par l’ESA en 1980 et lancé par une fusée Ariane 4 depuis Kourou, le 8 août 1989. Il a balayé régulièrement le ciel pendant quatre ans, de Novembre 1989 à Mars 1993 et a permis d’obtenir les positions, les parallaxes trigonométriques (donc les distances) et les mouvements propres (mouvements tangents à la sphère céleste) de 118 000 étoiles de tous types et d’une cinquantaine d’objets du système solaire, tous plus brillants que la magnitude 12,4, avec une précision de l’ordre de la milliseconde de degré, soit environ 50 fois meilleure que ce qui était possible depuis le sol.

Gaia a été incluse dans le programme scientifique de l’ESA en septembre 2000 et lancée par une fusée Soyouz, aussi de Kourou, le 19 décembre 2013. Gaia observe plus d’un milliard d’objets, étoiles, petits corps du Système Solaire, quasars et galaxies, jusqu’à la magnitude 20,7. La précision attendue sur les mesures astrométriques ira de 5 à 600 micro-seconde de degré selon la magnitude et la couleur des objets, soit une précision qui pourra atteindre 100 fois celle d’Hipparcos pour 10 000 fois plus d’objets.

Les principes de ces deux missions, clefs de la précision astrométrique, sont identiques : deux champs du ciel sont observés simultanément et le vaisseau spatial balaye l’ensemble du ciel continument et régulièrement. Pour Gaia, deux autres instruments permettent des observations spectrophotométriques et spectroscopiques simultanées (seulement jusqu’à la magnitude 16 environ pour ces dernières).

Il y a cependant une différence majeure entre les deux missions : Gaia observe systématiquement tous les objets plus brillants que la magnitude 20.7 environ, identifiés par les Repéreurs d’objets célestes (les deux premières colonnes de CCDs, en anglais "Sky Mapper" : voir le schéma du plan focal de Gaia). Pour Hipparcos, il avait été nécessaire de construire à l’avance une liste d’étoiles, intéressantes scientifiquement mais aussi observables par le satellite dans les meilleures conditions pour garantir la précision astrométrique. Cette liste de 118 000 étoiles et 48 astéroïdes, appelée Input Catalogue (Catalogue d’Entrée), avait été élaborée par le Consortium INCA (INCA for INput CAtalogue). Huit années et 9 itérations successives avaient été nécessaires pour obtenir un programme d’observation satisfaisant. Chaque itération était testée en simulant les observations pour vérifier que les étoiles les plus intéressantes scientifiquement bénéficieraient bien d’un temps d’observation cumulé tout au long de la mission suffisant. En parallèle, de très nombreuses observations préparatoires au sol étaient effectuées (100 000 étoiles pour leurs positons, 10 000 pour leur photométrie) pour s’assurer que le système de détection du satellite les trouveraient bien et qu’un temps d’observation adapté leur serait alloué.

L’organisation des aspects scientifiques des deux missions est en conséquence bien différente. Un seul consortium (le DPAC) pour Gaia, chargé du traitement et de l’analyse des données. Quatre consortiums pour Hipparcos : le Consortium INCA chargé de la construction du programme d’observation (responsable Catherine Turon), deux consortiums en parallèle chargés de l’analyse des données (FAST, responsable Jean Kovalevsky, et NDAC, responsable Lennart Lindegren), et le Consortium TDAC (responsable Erik Høg) pour l’analyse des données des repéreurs d’étoiles d’Hipparcos (qui a conduit à la production du catalogue Tycho-2).

Plus de détail sur la deuxième réunion du DPAC, en anglais : ici et ici.

Hipparcos en français : ici, ici, et ici.