Gaia : le ciel en profondeur

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Nicolas Leclerc — 2025-05-22T15:08:12Z

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Une image de test

Frédéric Arenou — 2014-02-06T14:33:58Z

L'illustration ci-dessous est une image de test du jeune amas globulaire NGC1818 dans le Grand Nuage de Magellan. Cette image a été reconstituée à partir de données prises par les repéreurs d'objets célestes (les deux premières colonnes de CCDs, en anglais "Sky Mapper" : voir le plan focal de Gaia), dans le cadre de la phase d'étalonnage du satellite avant le début de la phase scientifique de la mission ; le satellite n'est donc pas encore complètement focalisé ni le mouvement optimisé. Le champ de vue est ici de 212 x 212 secondes d'arc et l'image est orientée avec le Nord en haut et l'Est à gauche. Le temps d'intégration de l'image a seulement été de 2,85 secondes et cette image ne couvre qu'une superficie de moins de 1 % de la totalité du champ de vue de Gaia.

La conception globale de Gaia est optimisée pour effectuer des mesures précises de position et les miroirs primaires de ses deux télescopes sont rectangulaires plutôt que ronds ; pour optimiser les images fournies par les télescopes, les pixels du plan focal de Gaia sont donc également rectangulaires. Afin de produire cette image de NGC1818, l'image a donc été ré-échantillonnée avec des pixels carrés. En outre, afin de maximiser sa sensibilité aux étoiles très faibles, l'observation de Gaia est en bande large (n'utilise pas de filtres), et ne donne pas d'images en vraies couleurs : le système en fausses couleurs utilisé ici est fonction de l'intensité seulement. Les couleurs réelles et les propriétés spectrales des étoiles sont en fait mesurées grâce aux autres instruments de Gaia (RP, BP, RVS).

Il se trouve que cette image, une des premières, sera également une des dernières ! En effet, le mode opératoire de Gaia consiste à détecter les objets et à n'en envoyer que des imagettes, et non pas de larges images de champs d'étoiles, comme celle-ci, à but de tests uniquement.

Voir d'autres images de test ainsi que la comparaison de cette image avec le même champ observé par OGLE-IV.

Crédits : ESA / DPAC / Airbus DS

Mise en route de Gaia

Catherine Turon — 2013-12-14T11:28:23Z

Les principales étapes de la mise en route de Gaia sont montrées sur la figure ci-dessous.

Mise en route de Gaia

C. Turon

Premières heures de vol

Catherine Turon — 2013-12-11T18:20:02Z

Les deux premières heures en vol sont particulièrement cruciales - et délicates !

Voir aussi la mise en route de Gaia, lancement, et Gaia sur son orbite ,et la video mise en ligne par l'ESA.

En moins de 3/4 d'heure, la fusée Soyouz-Fregat VS-06 va placer Gaia sur son orbite de transfert vers le point de Lagrange L2. Les illustrations ci-dessous montrent la séquence de lancement d'une fusée Soyouz et les différentes étapes du lancement de Gaia autour de la Terre.

Sequence vol Soyouz

Arianespace

Gaia fait un tour de Terre

Arianespace

Au lancement, le satellite est bien à l'abri dans la coiffe de l'étage Fregat de la fusée Soyouz, et bien arrimé à celle-ci. La séquence des opérations est la suivante :

L	Lancement
L + 2 min	Séparation du premier étage de la fusée Soyouz
L + 3 min	Séparation des deux moitiés de la coiffe
L + 5 min	Séparation du deuxième étage
L + 9 min	L'ensemble (Fregat + Gaia) est séparé du dernier étage de la fusée Soyouz
L + 10 min	Première mise à feu de Fregat, pendant 3,4 min, l'ensemble (Fregat + Gaia) est placé sur une orbite-parking circulaire, à l'altitude de 175 km
L + 21 min	Seconde mise à feu de Fregat, pendant 17,2 min, pour placer Gaia sur son orbite de transfert vers L2
L + 43 min	Séparation de Gaia. Fregat est placée sur une orbite d'échappement
L + 43 min	Gaia vole de lui-même !
L + 43 min	Les transpondeurs et gyroscopes de Gaia sont mis en route Le sous-système de propulsion chimique de Gaia est configuré

La demi-heure suivante est tout aussi critique car elle va voir, entre autres opérations, l'ouverture du bouclier thermique de Gaia :

L + 1h	Activation de la télémétrie entre Gaia et le sol Pointage du panneau arrière de Gaia vers le Soleil Mise en route du contrôle thermique
L + 1h 18 min	Début de l'ouverture du bouclier thermique
L + 1h 28 min	Fin de l'ouverture du bouclier thermique

Gaia est prêt pour la suite des opérations : détermination précise de l'orbite suivie, activation des repéreurs d'étoiles, début du chauffage de la charge utile (pour la décontamination).

Les photos ci-dessous, montrent les différentes étapes : la séparation et l'éjection des premiers étages de la fusée Soyouz, l'ouverture de la coiffe, la séparation entre Fregat et Gaia, puis l'ouverture du bouclier thermique (qui porte les panneaux solaires) © ESA.

Séparation des premiers étages ESA	Séparation des deux moitiés de la coiffe ESA - D. Ducros
Séparation Fregat-Gaia ESA	Ouverture du bouclier thermique ESA
Bouclier thermique ouvert ESA

Observer Gaia depuis le sol

Catherine Turon — 2013-11-28T14:33:57Z

Aussi étrange que cela puisse paraître a priori, Gaia va avoir besoin de s'appuyer sur un réseau de petits télescopes au sol pour atteindre la précision incroyable de quelques micro-secondes de degrés sur ses mesures astrométriques. En complément des méthodes habituelles de suivi des satellites utilisées par le centre d'opérations de l'ESA à Darmstadt (l'ESOC), l'observation astrométrique du satellite va apporter des données précieuses.

En effet, l'orbite parcourue par Gaia doit être connue avec une très grande précision : 150 m sur sa position et 2,5 mm/s sur son mouvement. Un groupe spécial du Consortium d'Analyse des données de Gaia (DPAC = Data Processing and Analysis Consortium) a été créé dès 2008 : le GBOT, pour Ground Based Orbit Tracking. L'équipe de GBOT doit fournir chaque jour la position de Gaia. Elle s'est exercée en observant les satellites WMAP et Planck, eux-aussi en orbite autour du point de Lagrange L2. Voir aussi Où est Gaia, et Gaia sur son orbite qui illustre comment un satellite au point L2 suit la Terre dans son mouvement orbital autour du Soleil.

Dans ce but, l'équipe a développé toute une infrastructure, des méthodes d'observation et de traitement des données dédiées à ces observations très particulières. Les principaux télescopes impliqués sont le télescope de 2m de Liverpool situé aux Canaries sur l'île de La Palma et le réseau de télescopes "Las Cumbres Optical Global Telescope Network" qui comprend des instruments au Chili, Afrique du Sud, Australie et Texas, auxquels s'ajoute un télescope de l'ESO, le VST au Chili. A partir de 2012, des observations radio à très longue base (VLBI) ont aussi été impliquées.

Un outil développé au SYRTE à l'observatoire de Paris, calcule l'éphéméride de Gaia en orbite, et montre sa position dans le ciel pour différents observatoires dans le monde et différentes tailles du champ de d'observation. Cet outil est accessible ici.

Toutes ces activités sont coordonnées depuis Heidelberg, avec une participation importante de l'Observatoire de Paris où les données sont analysées et archivées.

Voir le blog de Martin Altmann (en anglais).

Gaia, encore plus précis

2013-10-18T14:57:43Z

L'œil de Gaia pourra voir avec une précision de 10 microsecondes de degrés !

Ci-dessous, la précision sur la distance du groupe d'étoiles de l'amas des Hyades, avec les mesures au sol, le satellite Hipparcos et Gaia. Les traits bleu ciel sont les incertitudes de chaque mesure : ils deviennent minuscules avec Gaia !

©C.Turon

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Un aspirateur dans l'espace ?

2013-10-18T14:57:42Z

Cette colonne de gaz et de poussière très spectaculaire est sculptée par des étoiles toutes jeunes et très chaudes (en bleu dans le haut de la photographie). Elle mesure pas moins de 90 millions de millions de km. C'est sans-doute dans ce genre de vaste nuage que les étoiles se forment, y naissent et y meurent.
L'espace qui se trouve entre les étoiles est le milieu interstellaire. Il est composé de gaz, essentiellement d'hydrogène, et de poussières.

Colonne de gaz et de poussière.

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GLOSSAIRE

2013-10-18T14:57:39Z

Amas globulaire : groupe d'étoiles très dense.
Année lumière : 1 année lumière = 10 000 milliards de kilomètres.
Astéroïde : objet du Système solaire composé de roche, de métaux et de glace, de forme irrégulière.
Bras spiraux : les "bras" de la galaxie forment une spirale qui part du centre de la galaxie.
Comète : objet du Système solaire constitué d'un noyau de glace et de poussière.
Constellation : ensemble d'étoiles qui forment une figure imaginée par l'homme.
Diamètre : ligne qui va d'un côté à l'autre d'un cercle en passant par son centre.
la Dynamique : comprendre les forces qui produisent les mouvements observés.
Étoile : boule de plasma au cœur énormément chaud.
Exoplanètes : planètes en dehors du Système solaire. Elles tournent autour d'autres étoiles.
Galaxie : ensemble d'étoiles, de gaz, de poussières et de matière noire, contenant parfois un trou noir énorme en son centre.
Hydrogène : gaz le plus courant dans l'univers.
Inconnue : paramètre que l'on veut déterminer à partir des observations.
Masse : quantité de substance dans un corps ou un objet.
Matière noire : matière non détectée.
Microsecondes de degrés : unité de mesure d'angle.
Milieu interstellaire : l'espace entre les étoiles, composé essentiellement d'Hydrogène, d'autres gaz et de poussières.
Mouvements célestes : mouvements dans l'espace (ex : la Terre tourne autour du Soleil ; les étoiles se déplacent dans la Galaxie).
Octet : unité de mesure en informatique.
Pixel : unité pour mesurer la définition d'une image numérique.
Planète : corps céleste en orbite autour du Soleil, de masse suffisante pour que sa forme soit presque sphérique.
Quasar : un quasar ressemble à une étoile (qua=quasi, sar=star (étoile en anglais)). C'est une galaxie très énergétique avec un noyau actif.
Univers : l'ensemble de tout ce qui existe.
Vitesse radiale : déplacement de l'étoile vers ou au-delà de nous.
Vitesse tangentielle : déplacement de l'étoile sur la voûte céleste (le ciel).

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100 000 ans, c'est un peu long !

2013-10-18T14:57:38Z

Si nous pouvions regarder la constellation de la Grande Ourse pendant très longtemps, par exemple 100 000 ans, nous la verrions changer progressivement de forme comme le montre le dessin ci-dessous. Pourquoi ? Parce que les étoiles qui la composent se déplacent, très très très lentement, dans des directions différentes. Gaia, n'aura pas besoin d'attendre si longtemps. Le satellite a la vue si précise que 5 ans lui suffiront pour voir et mesurer les très petits déplacements des étoiles.

Il existe 2 vitesses pour les étoiles :

La vitesse radiale : vers ou au-delà de nous.
Et la vitesse tangentielle : sur la voûte céleste (le ciel).
Ces deux vitesses donnent la vitesse totale de l'étoile.

L'évolution de la Grande Ours au fil du temps

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Un thermomètre dans l'espace ?

2013-10-18T14:57:37Z

La couleur de l'étoile est très utile, elle t'indique la température de sa surface : bleu=chaud, rouge=froid ; pas de chance, c'est le contraire du code de couleurs utilisé pour les robinets d'eau !
Chaque élément de l'étoile se signale en absorbant ou en émettant des rayons lumineux à des couleurs précises.
Au centre d'une étoile, la température est bien plus grande qu'à la surface : au centre du Soleil, il fait environ 15 millions de degrés contre 6 000 degrés en surface.

Thermomètre

Michel Magnan, Observatoire de Paris

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