Mise à jour le 20 Novembre 2013
                                                                                                                                                    
     
CONFÉRENCE de Brigitte ROCCA
Astrophysicienne IAP, du Consortium GAIA
«LE SATELLITE GAIA»
Organisée par la SAF
Dans ses locaux, 3 rue Beethoven, Paris XVI
 
Le Samedi 16 Novembre 2013 à 15H00 
à l'occasion de la réunion de la Commission de Cosmologie.
 
Photos : JPM pour l'ambiance. (les photos avec plus de résolution peuvent m'être demandées directement)
Les photos des slides sont de la présentation de l'auteur. Voir les crédits des autres photos si nécessaire
(Le conférencier a eu la gentillesse de nous donner sa présentation complète (en pdf) elle est disponible sur le site de la commission et également disponible sur ma liaison ftp au téléchargement et s'appelle. Gaia-cosmo-SAF.pdf elle est dans le dossier COSMOLOGIE SAF de la saison 2013-2014).
Ceux qui n'ont pas les mots de passe doivent me contacter avant.
Pour info les actualités cosmo présentées ce jour là sont aussi disponibles sur le site de la commission.
 
 
 
BREF COMPTE RENDU
La présentation étant très claire et très complète ce compte rendu sera succinct.
(je reprends par moment quelques descriptions déjà données sur Gaia dans des articles précédents pour éclairer le lecteur)
 
 
Nouvelle disposition de la salle pour avoir plus de place, avons-nous réussi ?? (merci pour votre avis) 
 
 
 
Brigitte Rocca, de l’IAP est professeur à Paris Sud ; elle fait partie du Consortium Gaia, qui s’appelle DPAC pour Data Processing and Analysis Consortium.
 
 
L’organisation de ce consortium est représentée sur la figure suivante.
 
 
Le DPAC comprend plus de 400 scientifiques répartis sur 20 pays et six centres de traitement des données.
 
B. Rocca nous parle du satellite Gaia, successeur du fameux Hipparcos et qui devrait être lancé le 20 Décembre 2013 par une fusée Soyuz-Fregat (réallumable) depuis Kourou, c’est à dire bientôt.
 
 
 
 
 
 
Gaia sera le digne successeur du satellite Hipparcos dédié à l’astrométrie et lancé en 1989 mais n’a pas réussi à atteindre son orbite géostationnaire, néanmoins il a mené sa mission à bien et recueille des données sur plus de 100.000 étoiles.
 
Gaia sera le satellite d’astronomie optique le plus précis jamais construit. Il balayera le ciel en continu pendant au moins cinq ans depuis un point d’équilibre particulier de l’espace, le second point de Lagrange (L2), situé à environ 1,5 million de kilomètres de la Terre, dans la direction opposée au Soleil.
Cette position assure un environnement thermique très stable, une très grande capacité d’observation (car ni le Soleil, ni la Terre, ni la Lune ne pénètrent jamais dans le champ de l’instrument) et un faible niveau de radiations. 
 
 
 
L’objectif de la mission Gaia est de réaliser le plus grand recensement possible des corps de notre Galaxie et d’en créer une carte en 3D d’une très grande précision. Le satellite déterminera la position, la couleur et le mouvement propre d’un milliard d’étoiles. Chaque point du ciel sera vu approximativement 70 fois au cours de la vie de Gaia.
Gaia identifiera également jusqu’à 10 000 planètes autour d’autres étoiles, et découvrira quelques dizaines de milliers de nouveaux corps – des comètes et des astéroïdes – dans notre propre Système Solaire.
La précision des mesures effectuées par Gaia sera extrêmement élevée : depuis la Lune, il lui serait possible de mesurer le diamètre d’une pièce de monnaie sur Terre  ou depuis la Terre de voir …..une rose sur Mars !
Le satellite utilisera le concept d’astronomie globale démontré avec succès par son prédécesseur – la mission Hipparcos .
 
 
 
Vidéo montrant le banc optique et le scan du ciel :
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Le principe de mesure est similaire à celui d’Hipparcos et s'appuie sur le principe de l'observation simultanée de 2 champs stellaires (voir illustration), dans 2 directions faisant entre elles un angle fixé et très précisément connu : 106,5° c'est l'angle de base.
Comme un compas sert à repérer des distances, de proche en proche les positions relatives des objets sont fixées les unes par rapport aux autres.
Gaia va scanner le ciel suivant un schéma prédéterminé, le satellite tourne sur lui même à la vitesse de 60 arc secondes par seconde (6 heures pour une rotation complète donc) mais il est affecté d'un mouvement de précession fixe de 45° par rapport au Soleil.
 
Ceci permet aux instruments qui sont dans les deux lignes de visée (line of sight) d'effectuer des mesures de parallaxe, la base de l'astrométrie.
 
Voir le schéma du trajet optique. La lumière émise par un objet céleste entrant par une des ouvertures est renvoyée par un grand miroir qui lui fait face (M1 et M’1 sur la figure). Elle est ensuite réfléchie sur une série d’autres miroirs, avec une longueur focale totalisant 35m, les deux chemins optiques se rencontrant sur un combineur de faisceaux en M4/M’4 avant d’atteindre le plan focal.
Les instruments de Gaia sont montés sur un banc optique hexagonal placé à l’intérieur de la charge utile. Celle-ci contient deux télescopes présentant chacun leur ouverture vers le ciel mais projetant la lumière dans un plan focal commun.
 
 
Le plan focal est d’une dimension impressionnante – près d’un demi mètre carré – et compte un milliard de pixels.

Les miroirs primaires font 1,45m par 0,5m, l'angle de base, bien sûr 106,5° et la longueur focale 35m!
 
L’mage de chaque objet parcourt la totalité de ce plan focal de la gauche vers la droite.
 
 
Un document pdf en anglais est publié sur l'instrument lui même.
 
 
 
 
 
 
La précision attendue dépend de la magnitude des objets observés, voici un tableau de ce qui est prévu :
 
(estimation J de Bruijne ESA)
 
 
 
Gaia s’intéresse principalement à notre Galaxie, dont il devrait mesurer la structure 3D et donner les positions, vitesses et distances des étoiles et associations d’étoiles.
Détection et mesure des bras spiraux locaux.
De plus on devrait pouvoir déterminer exactement la distance aux grand et petit nuages de Magellan, nos galaxies satellites.
 
Un autre champ d’action de Gaia devrait être la détection de quasars (QSO) ces objets lointains très lumineux, Gaia devrait en observer plus de 500.000. la distribution en énergie des quasars est différente de celle des étoiles, ce qui devrait permettre leur identification.
 
Mais comment positionner tous ces objets dans le ciel ?
Gaia utilise une référentiel appelé Barycentric Celestial Reference System (BCRS)
 
Gaia devrait aussi étudier la déflexion des rayons lumineux à cause de la présence de la masse du Soleil et ainsi vérifier (tester) la relativité générale.
 
 
 
Par contre sa mission n’est pas de mesurer les galaxies lointaines, car Gaia ne fonctionne que par contraste lumineux et la plupart de ces agalaxies apparaissent comme des taches lumineuses sans réelle contraste comme on le voit sur cette représentation de ce que pourrait être M100 vue par Gaia. (image du bas)
 
 
On pourra voir par contre les galaxies qui présentent des contrastes importants, comme celles en interaction, ou celles contenant un TN actif etc..
 
Accessoirement des astéroïdes et planétésimaux pourraient être détectés par Gaia.
 
 
 
 
 
CONCLUSION.
 
Gaia devrait nous permettre des résultats astrométriques exceptionnels grâce à la résolution de l’ordre de 10µas.
 
Il devrait améliorer notre connaissance de notre Galaxie et élaborer un imposant catalogue d’étoiles.
 
Quasars et planètes extrasolaires devraient aussi faire partie de sa moisson.
 
 
Nous en reparlerons !
 
 
 
 
 
POUR ALLER PLUS LOIN :
 
 
De Hipparcos à Gaia : CR de la conférence de C Turon à la SAF du 10 Avril 2008
 
Gaia : Miroirs et bouclier thermique sont prêts
 
Relativistic formulation and reference frame for Gaia
 
Un article sur Gaia de nos amis de la Planetary Society.
 
 
Voir le film de présentation du CNES.
 
 
 
Jean Pierre Martin SAF Président de la Commission de Cosmologie
www.planetastronomy.com
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PROCHAINES RÉUNIONS DE LA COMMISSION DE COSMOLOGIE :
 
Notez dès à présent les dates des prochaines réunions : toujours à 15H au siège 3 rue Beethoven P16
Nous devrions pour la prochaine réunion (où nous accueillerons 20 nouveaux membres) ré arranger la présentation de la salle afin que tout le monde ait une bonne place.
Merci d’avance de votre aide.
 
·        samedi 18 Janvier 2014 : Thierry Lasserre du CEA/DSM/IRFU Service de Physique des Particules (SPP) nous parle de « neutrinos et cosmologie »
·        samedi 15 Mars 2014 : intervenant à définir, probablement sur la polarisation du rayonnement fossile
·        samedi 17 Mai 2014 : intervenant à définir
 
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