GAIA, mission

Des instruments performants

Pour ne parler que des étoiles, Gaia collecte en continu la lumière visible de près de 2 milliards d’entre elles, dans notre Galaxie, pour en déduire des positions, des vitesses et des distances avec une précision inégalée. Concrètement, à la fin de la mission Gaia, la direction des étoiles sera établie avec une précision équivalente à l'angle sous lequel on verrait l’épaisseur d’un cheveu à une distance de 1 000 kilomètres ou encore une pièce d’un euro placée sur la Lune (à quelque 384 400 km). Pour atteindre cet objectif, cinq années d'observation en continu au minimum sont nécessaires, combinées à un traitement des données d'une ampleur encore jamais réalisée en astronomie.

Le satellite et ses instruments ont été conçus et construits par Astrium, devenue une composante d’Airbus DS (Defence and Space), en collaboration avec de nombreux partenaires de l’industrie aérospatiale européenne. Une technologie d’instrumentation optique en carbure de silicium, non seulement pour les miroirs, mais aussi pour leur structure porteuse, a été développée pour satisfaire aux exigences de la mission, en précision et en stabilité mécanique du système optique, tout en limitant la masse totale.

La température à bord ne doit pas varier de plus d’un cent-millième de degré dans une journée, au risque d'altérer les performances du système optique. Le satellite est en orbite autour du point de Lagrange L2. C’est un endroit de l’espace où les champs de gravité du Soleil et de la Terre et la force centrifuge et de Coriolis se compensent, offrant un équilibre relatif au satellite. Ce point est constamment aligné sur un axe Soleil-Terre et situé, vu du Soleil, à 1,5 million de kilomètres au-delà la Terre. Il a été choisi en raison de la grande stabilité électromagnétique et thermique de l’environnement. À cette distance, la Terre est un disque de dimension comparable à celui de la Lune vue du sol terrien (0,5 degré de diamètre angulaire) et ne gêne pas les observations.

Le satellite Gaia est équipé de deux télescopes observant dans deux directions séparées de 106,5 degrés, chacun étant doté d’un miroir d’une surface relativement modeste (0,70 m²) au regard des instruments de l’astronomie contemporaine. Ils recueillent la lumière des étoiles et la renvoient sur une mosaïque de capteurs CCD (charge coupleddevice). Les 106 capteurs comportent au total près d’un milliard de pixels, ce qui en fait le plus gros appareil de prise de vue jamais envoyé dans l’espace, même si sa fonction n’est pas de faire des images photographiques au sens classique, car seule l’information collectée sur les quelques pixels entourant les étoiles détectées est envoyée au sol. Pour une observation dans une direction moyenne du ciel, moins de 1 % des pixels est illuminé à un instant donné. Ce taux peut atteindre 20 % lorsque la ligne de visée se trouve dans le plan de la Voie lactée.

Gaia tourne sur lui-même à vitesse constante avec une période de six heures, balayant une zone du ciel très étroite à la manière d'un phare sur la mer. À chaque révolution, les télescopes reviennent à peu près dans la même direction, mais avec un léger décalage au-dessus ou en dessous du cercle initial. Ce décalage, répété tour après tour, permet en quelques mois de visiter au moins une fois toutes les régions du ciel et d’enregistrer des informations sur la position de l’ensemble des étoiles considérées par le programme. Au cours des cinq années de la mission, chaque étoile aura été mesurée environ quatre-vingts fois et à des moments différents. Cela permettra de voir son déplacement, lequel est en relation étroite avec sa distance (parallaxe) et son mouvement propre. Chaque jour, environ 60 millions d’étoiles en moyenne sont détectées et mesurées par Gaia, qui envoie, pendant les huit heures en moyenne de connexion avec[...]