TESS, le nouveau traqueur d’exoplanètes

Un nouveau télescope spatial dédié à la recherche des exoplanètes devrait rentrer en service dans les 2 mois à venir.

Illustration d’artiste du télescope spatial TESS en opérations (credit NASA’s Goddard Space Flight Center)

Une orbite inhabituelle

TESS pour Transiting Exoplanet Survey Satellite a décollé de la Terre mercredi 19 avril à bord d’une Falcon 9.

Décollage le 18/04/2018 de la mission TESS à bord d’une Falcon 9 (credit Space X)

Détails et vidéo sur le lancement à venir dans le résumé de l’actualité spatiale de la semaine.

Quarante-neuf minutes après le décollage, le télescope a été séparé du lanceur sur une orbite supersynchrone 248 x 270 461 km, inclinée de 29,6 degrés.

Séparation du télescope spatial TESS du lanceur Falcon 9 le 18/04/2018 (credit SpaceX livecast)

Après le lancement, TESS va progressivement étendre son orbite (en vert dans le schéma ci-dessous) jusqu’à ce qu’il passe assez près de la Lune pour recevoir une assistance gravitationnelle. L’engin spatial devrait approcher la Lune le 17 mai prochain à 8 100 km de la surface, soit environ 2 rayons du satellite naturel de la Terre. Cela le placera sur une orbite de transfert (en bleu dans le schéma ci-dessous) avec une inclinaison fortement accrue.

Puis l’orbite finale spécifique (en rouge ci-dessous), appelée orbite de résonance lunaire P/2, placera TESS complètement à l’extérieur des ceintures de radiations de Van Allen, avec l’apogée de TESS (point le plus éloigné de la Terre) à environ 90 degrés de la position de la Lune. Ceci minimisera l’effet déstabilisateur potentiel de la Lune sur le télescope.

Les différentes orbites de TESS depuis le décollage jusqu’à son orbite finale (credit NASA)

TESS va se retrouver sur une orbite stable très elliptique, inclinée à environ 40 degrés du plan orbital de la Lune. Son apogée (le point le plus éloigné) sera à 373 000 kilomètres de la Terre, permettant à l’engin spatial de parcourir une partie du ciel sans interférence de la Lune ou de la Terre. Le périgée (point le plus proche de l’orbite) sera à 108 000 km, soit environ trois fois l’altitude des satellites géostationnaires.

Au cours des cinq premiers jours après le décollage, les équipes de contrôle de TESS vérifieront la santé globale de l’engin spatial. Les instruments scientifiques de TESS seront activés 7 à 8 jours après le lancement.

TESS un nouveau chasseur d’exoplanètes

TESS est une mission d’exploration astrophysique de la NASA dirigée et gérée par le Massachusetts Institute of Technology et gérée par le NASA Goddard Spaceflight Center. Plus d’une douzaine d’universités, d’instituts de recherche et d’observatoires du monde entier participent également à la mission.

Sa mission : détecter des transits d’exoplanètes en observant la baisse de luminosité de l’étoile devant lequel passe cette planète. Tess devrait ainsi cataloguer 20 000 exoplanètes ou du moins observer un certain nombre de transits qui seront confirmés ensuite avec des télescopes au sol.

Les mondes en orbite autour d’autres étoiles sont appelés « exoplanètes », et ils se retrouvent dans une grande variété de tailles : des géantes gazeuses plus grandes que Jupiter aux petites planètes rocheuses aussi grosses que la Terre ou Mars.
TESS va étudier 200 000 des étoiles les plus brillantes près du Soleil pour rechercher des exoplanètes en transit, c’est-à-dire qui bloquent périodiquement une partie de la lumière de leurs étoiles hôtes. Il s’agit d’une des 7 méthodes d’observation des exoplanètes.

L’une des techniques d’observation des exoplanètes : la méthode des transits (credit NASA)

C’est la même stratégie employée par le télescope spatial Kepler de la NASA, qui a trouvé environ les deux tiers des 3 700 exoplanètes connues à ce jour. Mais les découvertes de Kepler sont pour la plupart des mondes lointains au moins à plusieurs centaines d’années-lumière de la Terre. TESS cherchera à trouver des planètes suffisamment proches pour être étudiées en profondeur par d’autres instruments. Contrairement à Kepler, qui arrive en fin de vie, les étoiles examinées par TESS seront plus brillantes (30 à 100 fois) et suffisamment proches pour permettre des études de suivi détaillées avec de grands télescopes au sol, le télescope spatial Hubble et le prochain télescope spatial James Webb.

La quantité de lumière stellaire d’une planète indique aux astronomes la taille du monde, tandis que la fréquence avec laquelle la planète passe devant son étoile indique sa période orbitale.
Les scientifiques peuvent déterminer la masse de la planète en utilisant l’effet Doppler pour mesurer l’oscillation que la planète induit sur son étoile. Et la masse divisée par la taille est égale à la densité, de sorte que les astronomes peuvent déterminer s’ils regardent une boule gonflée de gaz ou un morceau solide de roche. De plus, ces planètes sont assez proches pour que d’autres télescopes puissent regarder à l’intérieur de leurs atmosphères. Quand une planète transite son étoile, une partie de la lumière des étoiles traverse l’atmosphère de la planète avant d’atteindre la Terre. Différents gaz absorbent différentes longueurs d’onde de la lumière, et les scientifiques peuvent déterminer la composition de l’atmosphère de la planète en analysant le spectre de cette lumière en utilisant des observatoires plus puissants.

Principe du travail d’analyses des scientifiques d’après les observations des transits d’exoplanètes devant leur étoile (credit MIT)

Le satellite TESS n’est pas spécifiquement destiné à rechercher des planètes habitables ou habitées, mais il pourrait trouver des planètes en orbite dans la zone habitable de petites étoiles. Ce sont les télescopes au sol, Hubble ou le JWST qui pourront ensuite rechercher des signatures spectrales qui pourraient indiquer qu’une exoplanète pourrait abriter la vie.

TESS couvrira une zone de ciel 400 fois plus grande que celle surveillée par Kepler grâce à ses 4 caméras

Présentation de l’architecture du télescope spatial TESS (credit NASA GSFC)

Le télescope TESS a été fabriqué par Orbital ATK et ne pèse que 360 kg. Il est équipé de 4 caméras CCD à grand champ de vision avec un détecteur CCD de 16,8 mégapixels à faible bruit et faible consommation. Chaque caméra a un champ de vision de 24° x 24°, un diamètre de pupille de 100 mm, un ensemble de lentilles avec sept éléments optiques et une plage de bande passante de 600 à 1 000 nm. Lorsqu’elles fonctionnent ensemble, comme prévu, les quatre caméras ont un champ de vision de 24° x 96°.

Vue de l’assemblage des 4 caméras du télescope TESS (credit TESS project)

TESS passera sa première année à observer l’hémisphère sud céleste, se balançant entre différents endroits dans le ciel tous les 27 jours de manière à ce qu’il pointe toujours loin du Soleil. Ensuite, le télescope observera l’ensemble de l’hémisphère nord en tranches de 27 jours pendant la deuxième année de l’engin spatial.

La stratégie d’observations du télescope TESS (credit : projet TESS via Spaceflight101)

Au cours de chaque rencontre rapprochée avec la Terre, environ tous les 13,7 jours, soit la moitié de la période de la Lune, TESS transmettra les informations recueillies lors de sa précédente orbite d’observations astronomiques.

TESS devrait commencer ses observations au plus tôt le 17 juin, soit environ 2 mois après le lancement.

Coté européen, les prochaines missions dédiées à la recherche des exoplanètes seront Plato qui, pendant six ans à partir de 2024, recherchera des planètes comme cela n’a jamais été fait auparavant, et Ariel qui vient d’être sélectionnée avec un lancement prévu en 2028. Cette dernière devrait passer de la phase de détection de nouvelles exoplanètes à une phase de caractérisation des exoplanètes connues, notamment de leur atmosphère.

Pour en savoir plus : le site officiel de la mission, le TESS Science Writer’s Guide, le site de la mission au MIT.

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