planck mission - destination orbite
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PLANCK MISSION Aux origines de l'Univers
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SOMMAIRE
La présentation de la mission ............................................................................................................................ 4 La fiche technique .............................................................................................................................................. 6 L’instrumentation .................................................................................................................................................. 7 Les sources ............................................................................................................................................................. 9
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LA PRESENTATION DE LA MISSION
009 a été déclarée « Année de l’astronomie » par l’Unesco alors que la communauté scientifique fête le quatre centième anniversaire
des premières observations astronomiques faites par Galileo Galilei à l’aide d’une lunette. Cela ne pouvait mieux tomber à l’heure où l’agence spatiale européenne s’apprête à lancer deux télescopes spatiaux à l’aide d’une fusée Ariane 5. L’un des deux télescopes a pour nom Planck. Il a pour mission de mesurer avec grande précision le rayonnement fossile présent dans l’Univers. COBRAS/SAMBA (Cosmic Background Radiation
Anisotropy Satellite and Satellite for Measurement of Background Anisotropies) est le nom donné lorsque la mission a été étudiée durant la Phase Initiale d’Evaluation par l’agence spatiale européenne en 1994 puis avec les industriels pour la Phase A de 1995 à 1996. Le projet est adopté comme troisième mission de type Medium du programme scientifique Horizon 2000 de l’agence spatiale européenne. Par la suite, COBRAS/SAMBA a été rebaptisé Planck en hommage au chercheur allemand Max Planck (1858-1947) lauréat du Prix Nobel de physique en 1918. Tout comme Herschel qui l’accompagnera à bord d’Ariane, Planck sera placé sur une orbite dite Lagrange L2 à 1,5 millions de km de la Terre.
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.
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Illustration du satellite Planck – Photo ESA
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Orbite de travail de Planck – Photo ESA
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OBSERVER L’UNIVERS DANS LES MICRO-ONDES
lanck devra répondre à 3 questions fondamentales sur la formation de l’Univers :
� Quelles sont les valeurs des paramètres de la cosmologie fondamentale comme la constante de Hubble ?
� Pourra-t-il démontrer définitivement que durant sa jeunesse, l’Univers est passé par une phase d’inflation cosmique ?
� Quelle est la nature de la matière noire qui domine à présent l’Univers ? La constante de Hubble est la donnée qui décrit la vitesse d’expansion de l’Univers en fonction du temps. Avec elle, on peut déterminer la taille et l’âge de l’Univers. Pour l’heure, elle n’est pas connue avec précision. Les astronomes la situent entre 50 et 80 km/s/Mpc.
La phase d’inflation cosmique est la période durant la quelle l’Univers, sans les premiers temps, a connu une phase d’expansion très violente qui lui aurait permis de grossir d’un facteur considérable. A l’issue de cette phase l’Univers était encore extrêmement chaud et dense. La matière noire est une notion d’astrophysique qui désigne la matière apparemment non détectable qui expliquerait des phénomènes inattendus notamment concernant les galaxies. La première présomption de son existence remonte aux années 30. L’astronome Fritz Zwicky voulait étudier un petit groupe de sept galaxies composant l’amas de Coma avec comme objectif de déterminer la masse totale de l’amas en étudiant la dispersion des vitesses des sept galaxies. En se basant sur les lois de Newton, il pouvait déduire la masse dynamique et la comparer avec la masse lumineuse. Le résultat a été que la masse dynamique était plus importante que la masse lumineuse. D’autres astronomes ont fait ce même genre de constat pour d’autres observations
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d’amas. L’explication la plus logique serait la présence d’une matière invisible constituant 90% de la masse totale de la galaxie. Pour répondre à ses questions cosmologiques, Planck devra regarder dans le passé de l’Univers. Il faut savoir que plus on regarde loin et plus on remonte le temps. Sachant que la vitesse de la lumière est de 300 000 km par seconde environ, lorsque nous regardons la Lune, nous la voyons telle qu’elle était il y a un peu plus d’une seconde car elle orbite autour de la Terre à un peu plus de 300 000 km de nous. Pareil pour le Soleil se situant à 150 millions de km de nous. Il faut 8 minutes à sa lumière pour nous parvenir. C’est ainsi que nous pouvons dire que plus nous regardons loin et plus nous remontons le temps. C’est selon ce principe que Planck va tenter de scruter l’Univers alors qu’il était à peine âgé à 380 000 ans environ. Ramené à l’échelle d’une vie humaine de 100 ans, cela voudrait dire que nous observerons « le premier jour » de la vie de l’Univers.
Planck scrutera la lumière fossile à l’aide d’un télescope fonctionnant dans la longueur d’onde des micro-ondes. Pour se faire, ses deux instruments seront refroidis par -273°C. Il sera d’une telle sensibilité qu’il pourrait, depuis la Terre, détecter la présence d’un lapin sur la surface lunaire. Planck observera l’Univers dans neuf fréquences allant de 33 GHz à 857 GHz. Il en résultera autant de cartes comportant chacune pas moins de 50 millions de pixels, ceci afin d’extraire environ 20 paramètres cosmologiques fondamentaux.
Ici une carte de la lumière fossile réalisée par WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) de la Nasa. Planck offrira une précision accrue – Photo Nasa
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LA FICHE TECHNIQUE
lanck est un projet européen placé sous la maîtrise d’œuvre de Thales Alenia Space (France).
DIMENSIONS Hauteur : 4,2 m Diamètre : 4,2 m MASSE Au lancement : 1 921 kg DUREE DE VIE Optimale : 21 mois STABILISATION Spin (rotation sur lui-même à raison d’un tour par minute) PUISSANCE Panneau solaire fournissant 1 600 W STATIONS DE POURSUITE New Norcia (Australie) et Cebreros (Espagne) CONTROLE European Space Operations Centre (ESOC) à Darmstadt TELESCOPE Type : Grégorien Miroir primaire : 1,9 x 1,5 m Miroir secondaire : 1,1 x 1,0 m COUT Coût de la mission : 350 millions $
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Préparation du télescope Planck avant les essais – Photo ESA
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L’INSTRUMENTATION
LFI (Low frequency Instrument) Maître d’œuvre : ASI (Italie) Objectifs : L’instrument est composé de 4 bandes de 56 récepteurs radio fonctionnant dans une gamme de longueur d’ondes comprise entre 27 et 77 GHz à une température de 20 K. Il a une résolution angulaire de 10 arcmin et sa sensibilité en température est d’environ 12 µK à 100 GHz. HFI (High frequency Instrument) Maître d’œuvre : CNES (France) Objectifs : Il est équipé de 52 bolomètres fonctionnant dans une gamme de longueur d’ondes comprise entre 83 GHz – 1 THz à une température de 0.1 K. Sa résolution angulaire est de 5 arcmin et sa sensibilité en température est de 5 µK à 100 GHz.
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LES SOURCES
http://public.planck.fr/http://www.rssd.esa.int/index.php?project=planckhttp://planck.esa.int/science-e/www/object/index.cfm?fobjectid=33333http://smsc.cnes.fr/PLANCK/Fr/index.htm
