L'observatoire spatial
Lancé par une fusée Ariane 5 le 14 mai 2009 depuis la base européenne à Kourou, Herschel est le plus grand télescope en activité que l’homme n’ait jamais construit pour un observatoire spatial.
Le télescope disséqué
Le dispositif du télescope spatial Herschel est composé d'un miroir primaire de 3,5 m de diamètre et d'un miroir secondaire. C'est un télescope de type Cassegrain. Le télescope primaire est le plus grand miroir construit pour l'astronomie spatiale. Herschel, en tant que satellite, mesure 7,5 m de haut pour une section de 4x4 m. Il pèse 3,3 tonnes. Le satellite comprend un module de service (la base) et un module de « payload » (partie supérieur). Le module de service contient les systèmes de contrôle de position, de traitement des données, de communication et l'instrumentation « chaude » des détecteurs. Le module « payload » contient le télescope, la chaine optique dont celle refroidie cryogéniquement, les détecteurs au plan focal et le système cryogénique de refroidissement. Le tout est protégé du Soleil et de la Terre par un bouclier solaire sur lequel des panneaux réfléchissent la lumière parasite (Soleil, Terre.) dans le visible et l'infrarouge. Des cellules photovoltaïques sont placées sur ce bouclier pour fournir de l'électricité au satellite. Certaines parties du satellite sont recouvertes de couches de mylar aluminisé (comme pour les scaphandres des spationautes) qui assurent son isolation thermique. D'autres parties sont peintes en noir pour émettre le maximum d'énergie vers l'extérieur (corps noirs). La partie extérieure du cryostat est ainsi thermalisée à -220°C.
Mis au point par le CEA et exploité sous licence par Astrium France (Toulouse), le brevet BraSiC® a été utilisé pour l’assemblage des segments du miroir d’Herschel. Cette technologie donne à ce miroir segmenté de 3,5 mètre de diamètre, dont chaque pièce fait 50 cm de hauteur, des propriétés mécaniques et de stabilité quasi identiques à celle d’une pièce monolithique.
À GAUCHE - Le télescope spatial Herschel et son miroir de 3,5 m. Le miroir collecte la lumière, qui est ensuite réfléchie par sa surface aluminisée sur un second miroir. Ce second miroir est maintenu par 4 pieds ; il renvoie la lumière dans l'ouverture circulaire au centre du grand miroir. La lumière termine son voyage sur les détecteurs.
MILIEU - Vue du cryostat au sein d'Herschel. Le cryostat est une bonbonne de 3000 litres d'Hélium qui permettra de refroidir les instruments jusqu'à -271°C.
À DROITE - Les 3 instruments PACS, SPIRE, HIFI d'Herschel sont situés sur la partie supérieure du cryostat. L'ouverture au dessus du cryostat correspond à celle vue au centre du miroir. C'est par cette ouverture que la lumière collecté tombe sur les détecteurs.
Crédits : ESA - AOES Medialab
Pacs, Spire, et Hifi : les trois instruments d'Herschel
Les instruments à bord d'Herschel sont :
- PACS, Photodetector Array Camera and Spectrometer, une caméra de bolomètres pour cartographier l'émission infrarouge des grains de poussière ;
- SPIRE, Spectral and Photometric Imaging Receiver, remplit les mêmes fonctions que PACS mais à de plus grandes longueurs d’onde, dans l’infrarouge submillimétrique ;
- HIFI, Heterodyne Instrument for the Far Infrared, un spectromètre à haute résolution qui permet l’étude de la chimie de l’Univers à travers les signatures spectrales de la vapeur d’eau par exemple ;
PACS comprend une caméra et un spectromètre de faible et moyenne résolution pour des longueurs d'onde de 60 à 210µm. Il comprend par ailleurs deux caméras de bolomètres pour la photométrie et deux photoconducteurs pour la spectroscopie.
SPIRE comprend une caméra et un spectromètre à faible et moyenne résolution pour des longueurs d'onde plus grandes que 200 µm et jusqu’à 600 µm.
HIFI est un instrument hétérodyne, c'est à dire avec changement de fréquence, qui utilise 6 mélangeurs de types SIS (Semi-conducteur - Isolant - Semi-conducteur) et 1 HEB (Hot Electron Bolometer) pour couvrir toute la bande de 490 à 1250 GHz, puis de 1.4 à 1.7THz.
A noter, les trois instruments sont refroidis par 2500 litres d’hélium jusqu’à -271°C et -272,85°C, soit 0,3° au-dessus du zéro absolu, la plus basse température de la matière, qui correspond à -273,15°C ou 0 Kelvin. Ces basses températures réduisent considérablement l’intensité de l’émission infrarouge produite par les éléments du télescope.
À GAUCHE - Les 3 instruments, HIFI, SPIRE et PACS installés sur le plan focal du télescope.
À DROITE - Le chemin pris par la lumière collectée par les miroirs pour entrer dans l’instrument PACS dans lequel la lumière sera imagée dans trois couleurs ou analysée par spectroscopie.
Crédit : ESA - AOES Medialab
Le lancement et l'orbite d'Herschel
Herschel a été lancé par Ariane 5 depuis le centre spatial de Kourou. Il a été lancé avec un autre télescope, Planck. Le lancement a duré environ 27 min. Une fois libérés, les deux satellites ont rejoint séparément une orbite autour du second point de Lagrange L2 du système Terre-Soleil. Le Soleil, la Terre et la Lune sont des sources intenses de lumière infrarouge. Le point de L2 à 1,5 millions de km réduira naturellement l’influence de ces sources de lumières parasites par rapport à une orbite proche. De plus, la température en dessous de 100 K ou -173°C au L2 favorise le refroidissement passif du télescope et du cryostat. Enfin la Terre et Lune sont rarement dans la ligne de visée du télescope à cet endroit. Herschel a atteint son orbite autour du L2 après 2 mois de voyage. Ensuite 7000 heures d’observation par an seront possibles.
À GAUCHE - Ariane 5, le lanceur d'Herschel depuis la base de Kourou.
MILIEU - Les télescopes spatiaux Herschel et Planck à l'intérieur de la coiffe d'Ariane 5.
À DROITE - Le télescope spatial Planck qui étudiera le rayonnement fossile du big bang.
Crédit : ESA
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