Herschel : l’Univers infrarouge

En ce moment, 2 observatoires spatiaux européens filent vers leur orbite. But commun : mieux comprendre notre Univers

 

Peu après leur lancement par Ariane 5, Planck et Herschel (à doute) se dirigent vers le point de Lagrange L2 à 1,5 million de km de la Terre. Les deux observatoires spatiaux de l’Agence Spatiale Européenne se placeront en orbite autour de ce point pendant le mois de juillet 2009. Crédit : ESA/AOES Medialab

Le 14 mai dernier, la fusée Ariane 5 signait un coup double : partie avec succès du Centre Spatial Guyanais (CSG), elle lançait sur leur trajectoire les satellites Herschel et Planck afin qu’ils voyagent vers le point de Lagrange L2 à 1,5 million de km de notre planète. Il s’agit là d’un point d’équilibre entre le champ gravitationnel du Soleil et celui de la Terre. En fait, il existe 5 points similaires qui ne sont pas — bizarrerie de la physique qui heurte le sens commun — nécessairement placés entre notre planète et l’astre du jour ! Pour Herschel et Planck, L2 est avant tout un «havre de paix» autour duquel ils orbiteront.

Herschel et Planck orbiteront autour du point de Lagrange L2. Le schéma n'est pas à l'échelle. Crédit : Enjoy Space

Là, ils ne subiront pas le froid passage dans l’ombre de la Terre ou l’influence de la chaleur qu’elle rejette et qui causeraient une instabilité thermique. Une instabilité incompatible avec la précision des instruments embarqués à leur bord. Enfin, ultime avantage de L2, il suit bien évidemment la Terre sur son trajet annuel autour du Soleil et emmène le duo qui reste ainsi en permanence à portée d’écoute et de contrôle des ingénieurs et scientifiques. Pour la première partie de ce dossier, concentrons-nous sur Herschel.

Le plus grand miroir spatial
Rendant hommage à l’astronome William Herschel (1738-1822) qui découvrit notamment la planète Uranus et le rayonnement infrarouge, le télescope spatial du même nom se caractérise avant tout par son miroir principal de 3,5 m de diamètre. Ne cherchez pas, c’est le plus grand miroir jamais envoyé dans l’espace et il dépasse celui du célèbre télescope spatial Hubble d’un bon mètre et de dix centimètres. Soyons honnête, Herschel va observer dans l’infrarouge alors qu’Hubble opère aussi dans le visible ; or l’infrarouge se «contente» d’un miroir moins «précis»...

Avec un diamètre de 3,5 m, le miroir d’Herschel est le plus grand jamais envoyé dans l’espace. Crédit : ESA

Toutefois, les longueurs d’onde infrarouges intéressent au plus haut point les astronomes. Premièrement, les objets trop froids n’émettent pas de lumière dans le visible et seuls des détecteurs sensibles à l’infrarouge peuvent les voir. C’est donc tout un pan caché de l’Univers qui se révèle à nous avec des télescopes comme Herschel. Deuxièmement, l’infrarouge, contrairement à la lumière visible, traverse bien plus facilement les nuages de gaz et de poussière : on lève alors carrément le voile sur des objets ou des phénomènes d’ordinaire invisibles. Concrètement, les astronomes espèrent ainsi mieux déterminer quels éléments sont présents dans les nuages interstellaires, mais aussi mieux comprendre la formation des étoiles et des galaxies. Les capacités d’Herschel trouvent également des applications pour l’étude des planètes géantes (comme Jupiter ou Saturne), de leurs satellites ou encore des comètes.

En infrarouge, l’Univers n’est plus le même ! Sur le cliché de droite, il est ainsi possible de voir les mains cachées par le sac. En astronomie, l’infrarouge permet de voir à travers les nuages de gaz et par exemple d’étudier les étoiles en formation au sein de nébuleuses obscures. Une simulation photo pensée par l’équipe du télescope infrarouge Spitzer de la NASA. Crédit : NASA

3 à 4 années pour réussir
Enfin, troisièmement, la lumière des galaxies les plus lointaines se décale vers le rouge en raison de l’expansion de l’Univers — un phénomène semblable au changement de tonalité de la sirène d’une voiture de pompier qui s’éloigne de vous à toute vitesse — au point de «sortir» du spectre visible pour l’infrarouge et l’infrarouge lointain, domaine de prédilection d’Herschel. Les scientifiques pourront donc épier les premières galaxies qui se sont formées il y a plus de 12 milliards d’années.

Emplacement du cryostat au sein d’Herschel. Placé sous le miroir et contenant 2 300 litres d’hélium liquide, il maintient les instruments à quelques degrés au-dessus du zéro absolu. Dans l’espace, Herschel bénéficie aussi de l’absence d’atmosphère qui sur Terre bloque une grande partie du spectre infrarouge. Crédit : ESA/AOES Medialab

Pour y parvenir, un miroir de 3,5 m ne suffit pas, il faut également disposer d’instruments extrêmement précis et sensibles dans l’infrarouge. Les trois présents dans ce satellite de l’Agence Spatiale Européenne, à savoir PACS, SPIRE et HIFI ont été développés en coopération par des instituts scientifiques de différents pays au sein desquels la France a joué un rôle moteur coordonné par le CNES, l’agence spatiale de ce pays. Pour fonctionner correctement, ils sont refroidis par 2 300 litres d’hélium liquide pour ne jamais dépasser une température de -269 °C, soit seulement 4 °C au-dessus du zéro absolu. Une performance extrême qui ne durera pas : d’ici 3 à 4 ans, l’hélium liquide s’étant évaporé, la chaleur s’invitera et Herschel deviendra «aveugle». C’est là que réside l’autre défi de cette mission, rentabiliser au mieux le temps d’observation disponible afin d’en maximiser les retours scientifiques. Au-delà de toute la technologie développée, ce sont les hommes et les femmes au sol qui feront la différence.

La suite de ce dossier avec Planck.

Publié le 16 juin 2009