Vue d'artiste du satellite Cheops. © ESA, ATG medialab
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Cheops : on vous dit tout sur cette mission dédiée aux exoplanètes

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Mercredi 17 décembre, Cheops, un nouveau satellite dédié à l'étude des exoplanètes de l'Agence spatiale européenne, sera lancé. Il a pour principal objectif d'observer seulement des étoiles de notre voisinage autour desquelles des planètes ont été détectées de façon à comprendre la diversité des exoplanètes. Les explications de Magali Deleuil, responsable scientifique pour la fourniture du logiciel de réduction des données et d'Alain Lecavelier, l'un des deux chercheurs représentant la France dans l'équipe scientifique de la mission.

Cheops est un petit télescope optique qui sera lancé en orbite terrestre basse. Depuis l'abandon en 2003 d'Eddington, sorte de super Corot qui devait notamment rechercher des exoterres, c'est la première mission de l'ESA réellement dédiée aux exoplanètes. Cheops, pour CHaracterizing ExOPlanet Satellite, a été réalisé par un consortium européen dirigé depuis l'université de Berne, avec la participation de nombreux autres pays comme l'Italie, qui a fourni le miroir, ou la Belgique en charge du bouclier solaire. Ce petit satellite de 200 kg est doté d'un télescope long de 1,20 mètre avec son baffle, et d'un miroir de 30 centimètres de diamètre, surmonté par un autre baffle afin de réduire au maximum toute lumière parasite.

Il sera placé sur une orbite héliosynchrone à environ 800 km d'altitude pour une mission d'une durée d'au moins 3 ans et demi au cours de laquelle il devrait observer plusieurs centaines d'exoplanètes, les unes après les autres pendant des observations de quelques heures à plusieurs jours. Ces systèmes planétaires ciblés se situeront de quelques dizaines à quelques centaines de parsecs de nous, c'est-à-dire plutôt proches de la Terre, avec une magnitude typique comprise entre 5 et 10.

Un satellite pour bien comprendre la diversité des exoplanètes

Comme son nom l'indique, Cheops est « un satellite de caractérisation des exoplanètes », nous explique Alain Lecavelier, de l'Institut d'astrophysique de Paris, et l'un des deux chercheurs représentant la France dans l'équipe scientifique de la mission, et Magali Deleuil, responsable scientifique pour la fourniture du logiciel de réduction des données.

Si Corot, Kepler et Tess ont montré la diversité des exoplanètes, « Cheops doit nous aider à les classer en famille et à donner des éléments concrets, à savoir leur masse et leur rayon mesurés de façon précise, pour bien comprendre justement cette diversité ». Un classement jamais fait qui permettra de sélectionner « pour de futurs observatoires spatiaux et terrestres, les meilleures cibles pour des observations et caractérisations futures des exoplanètes de la catégorie concernée ». Le but de cette mission est donc de réaliser des « études statiques afin de déterminer différentes familles de planètes en fonction de nombreux paramètres », précisent les deux chercheurs.

Le satellite Cheops prêt à être installé à bord de son lanceur. © ESA, CNES, Arianespace, Optique vidéo du CSG, S Martin

Ce panel d'exoplanètes n'a pas été choisi au hasard. Il s'agit de planètes de taille et de nature variées dans une « gamme de masse comprise entre la masse de la Terre et celle de Neptune ». À partir du rayon et de la masse de chaque exoplanète observée par Cheops, le but est de « déterminer quelle est la structure interne de la planète et donc si on a affaire à une planète riche en eau, qui s'est vraisemblablement formée loin de son étoile, ou une planète rocheuse comme nos planètes telluriques ».

Les observations de Cheops consisteront à « détecter et mesurer le transit de ces planètes dont on connaît la masse (par la méthode dite de la vitesse radiale) ou, dans le cas de planètes en transit déjà connues, d'améliorer la précision de mesure ».

Déterminer la nature des planètes observées

Les données recueillies serviront à déterminer le rayon des exoplanètes et lorsque le rayon et la masse de ces objets seront connus, il sera possible d'en « déduire la densité, ce qui permet de déterminer la nature tellurique, riche en eau ou gazeuse de la planète ». Dans une certaine mesure, bien que Cheops ne fait pas de chimie directe de l'atmosphère des exoplanètes, il est possible de déterminer « la température de leur haute atmosphère et aussi de tirer des informations sur la circulation atmosphérique », soulignent Magali Deleuil et Alain Lecavelier.

L'autre aspect de la mission « concerne l'observation de la façon dont l'émission lumineuse de la planète varie tout au long de son orbite ». Cela permettra de voir comment la lumière de la planète est réfléchie lors de ses différentes phases, « c'est-à-dire les côtés nuit et jour et les phases intermédiaires ». Il sera aussi possible « d'avoir une idée assez précise des températures nocturnes et diurnes ». De manière indirecte, cette mesure de la lumière réfléchie, combinée à la variation de celle-ci, devrait « également permettre de déterminer si ces planètes sont brillantes ou sombres ».

Enfin, si Cheops n'est pas conçu pour découvrir de nouvelles exoplanètes, « sauf celles susceptibles de se trouver dans les systèmes planétaires qu'il observera », il devrait néanmoins être capable de « détecter des exolunes et des exocomètes dans de jeunes systèmes planétaires ».

Seul regret, Cheops ne pourra pas « observer de planètes similaires à la Terre ». Le satellite « n'a pas été conçu pour cela et n'a donc pas le profil de mission requis ». Pour une planète analogue à la Terre, il faut savoir que le transit dure environ dix heures avec un transit par an. Concernant les performances et pour ce qui est des petites planètes, Cheops observera des exoplanètes dont « le rayon est compris entre un et six rayons terrestres, mais aussi des planètes géantes surtout pour les aspects courbes de phase, donc pour essayer de déterminer les propriétés de leur atmosphère » et à courte période orbitale, c'est-à-dire des planètes de « type superTerre au moins deux fois plus massives que la Terre ou de type Neptune », concluent les deux chercheurs.

  • Cheops est une mission de l’Agence spatiale européenne mise en œuvre en partenariat avec la Suisse.
  • Cheops permettra de mieux comprendre comment se forment et évoluent les planètes qui gravitent autour de ces étoiles.
Pour en savoir plus

Cheops, une mission d'étude des exoplanètes connues

Article de Rémy Decourt publié le 12/04/2018

Alors que la Nasa s'apprête à lancer le satellite Tess pour succéder à Kepler, en Europe on prépare aussi des missions dédiées aux exoplanètes. La première à être lancée sera Cheops fin 2018 ou début 2019. Ce satellite observera seulement des étoiles de notre voisinage où des exoplanètes ont été détectées. Cette mission de l'ESA est réalisée par un consortium d'instituts de onze pays européens, dont le laboratoire d'astrophysique de Marseille.

À la fin de l'année s'ouvrira une fenêtre de tir pour un autre satellite dédié à l'observation et l'étude des exoplanètes. Il s'agit de Cheops, acronyme de CHaracterising ExOPlanet Satellite (satellite pour la caractérisation d'exoplanètes), conçu pour permettre de  mesurer de façon précise le rayon de plusieurs dizaines d'exoplanètes connues en mesurant leur transit« Une telle mesure permettra de déterminer la structure interne de ces planètes », nous explique Magali Deleuil, responsable scientifique pour la fourniture du logiciel de réduction des données. Ce logiciel construira la courbe de lumière prête pour les analyses scientifiques à partir de la série d'images "brutes" fournies par l'instrument.

Ce petit satellite de 200 kg est doté d'un télescope long de 1,50 mètre et avec un miroir de 30 centimètres de diamètre, surmonté par un baffle afin de réduire au maximum toute lumière parasite. Il sera placé sur une orbite héliosynchrone à quelque 800 km d'altitude pour une mission d'une durée d'au moins 3 ans et demi. Il décollera du centre spatial de Kourou à bord d'un lanceur Soyouz, en tant que passager secondaire, avec une fenêtre de tir qui s'ouvre en décembre 2018 et se ferme en mars 2019.

Le télescope Cheops. D'ici quelques jours, le télescope sera intégré au satellite, dans l'usine madrilène d'Abribus Defence and Space. © Photo Thomas Beck, Université de Bern

Cheops n'est pas une simple mission de plus dédiée aux exoplanètes. Il se différencie des autres satellites qui, comme lui, utilisent aussi la méthode des transits (Kepler, Tess dont le lancement est prévu en avril et les futurs Plato et Ariel de l'Agence spatiale européenne par exemple) par le fait qu'il ne « réalisera par de grands relevés du ciel et ne surveillera donc pas la même région du ciel en continu pendant plusieurs mois ». Cheops a été conçu afin de pouvoir pointer presque n'importe quel endroit du ciel. Il observera plusieurs centaines d'étoiles brillantes que l'on sait déjà être accompagnées par des « exoplanètes de masse plus petite que Saturne. Dans ce domaine des petites planètes, peu d'entres elles ont une masse et un rayon mesurés avec précision et donc leur nature exacte, rocheuse ou gazeuse, reste souvent incertaine ».

Une connaissance renforcée des planètes de petites tailles

« L'objectif de Cheops est donc de détecter et mesurer le transit de planètes dont on connaît la masse, ou, dans le cas de planètes en transit déjà connues, d'améliorer la précision de mesure. » Le satellite devrait aussi être capable de fournir quelques renseignements sur l'atmosphère de ces planètes en utilisant la « modulation de la lumière étoile-planète qui se produit quand les planètes passeront derrière leur étoile ». L'observation d'effets dynamiques, « qui se traduisent par des temps d'avance ou de retard des transits de la planète », est également attendue.

Avec une connaissance précise des masses et des rayons d'un aussi grand échantillon de petites planètes, Cheops devrait établir de « nouvelles contraintes sur la structure interne de ces planètes dans cette gamme de masse et partant de là de mieux comprendre l'histoire de leur formation et évolution ».

Les étoiles seront observées les « unes après les autres pendant des observations de quelques heures à plusieurs jours ». La liste des cibles du temps garanti de la mission sera rendue publique cet été afin de permettre à la communauté de proposer d'autres programmes d'observation pour le temps ouvert de Cheops.

Cheops observera surtout des planètes qui seront proches de leur étoile, « c'est-à-dire à courte période orbitale », dans la continuité de CoRotT. Plus tard, à l'horizon 2026, Plato, qui lui s'inscrit dans la lignée de Kepler, complétera les données de Cheops en recherchant des planètes analogues à la Terre, donc à grande période orbitale, autour d'une étoile comme le Soleil.

Cheops ne pourra pas observer de planètes similaires à la Terre. Le satellite n'a « pas été conçu pour cela et n'a donc pas le profil de mission requis ». Pour une planète analogue à la Terre, il faut savoir que le transit dure environ dix heures. En terme de performances, Cheops observera des exoplanètes dont le « rayon est compris entre un et six rayons terrestre », c'est-à-dire des planètes de type superTerre au moins deux fois plus massives que la Terre ou de type Neptune. Quant aux étoiles ciblées, elles se situeront de « quelques dizaines à quelques centaines de parsecs de nous », c'est-à-dire plutôt proches de la Terre, « avec une magnitude comprise entre 5 et 9 ».

Enfin, la recette du satellite en orbite devrait « nous donner une idée plus précise des réelles capacités du satellite », ce qui laisse à penser que ses « performances ouvriront certainement de nouvelles perspectives pour observer des phénomènes astronomiques qui pourront ne pas être liés au domaine des exoplanètes ». 


Cheops, une mission d'étude des exoplanètes connues

Article de Rémy Decourt, publié le 22/10/2012

L'ESA vient de sélectionner le projet suisse Cheops d'étude de planètes extrasolaires. Ce satellite permettra de mesurer de façon précise le rayon de plusieurs dizaines d'exoplanètes connues en transit, pour apporter de nouvelles informations sur leur structure interne. Lancement prévu en 2017.

L'Agence spatiale européenne (ESA) vient de sélectionner, parmi 26 propositions de missions, le projet Cheops d'étude d'exoplanètes. Depuis l'abandon en 2003 d'Eddington, sorte de super Corot qui devrait notamment rechercher des exoterres, c'est la première mission de l'ESA réellement dédiée aux exoplanètes. Cheops, pour CHaracterizing ExOPlanet Satellite, sera réalisé par un consortium suisse dirigé depuis l'université de Berne avec la participation de nombreux autres pays comme l'Italie, qui fournira le miroir, ou la Belgique, en charge du bouclier solaire (parasol).

Cheops est un petit satellite de 200 kg doté d'un télescope long de 1,50 m et de 30 cm de diamètre. Il sera lancé en 2017 sur une orbite héliosynchrone à quelque 800 km d'altitude pour une durée d'au moins 3 ans et demi.

Image d'artiste d'une exoplanète. Le satellite Cheops étudiera ces planètes extrasolaires à l'aide de la méthode des transits. © ESO

Cheops traque les exoplanètes par la méthode du transit

Comme l'explique Willy Benz, responsable du projet, ce satellite observera environ « 500 étoiles que l'on sait déjà être accompagnées par des exoplanètes de petite masse, afin de mieux les caractériser ». La majorité de ces planètes a été détectée grâce à la méthode dite des vitesses radiales, qui permet de calculer leur masse, mais pas leur rayon. Or, ce paramètre peut être connu si la planète en question passe devant son étoile. Cheops va traquer ces transits, c'est-à-dire observer des baisses de luminosité d'une étoile, signe du passage d'un objet devant. Avec la connaissance du rayon et la masse d'une exoplanète, on peut « déterminer sa densité, et donc sa composition rocheuse, glacée ou gazeuse ».

Cela dit, aussi passionnante soit-elle, cette mission ne pourra pas fournir des informations sur l'atmosphère de ces planètes, sauf leur épaisseur si elle est très importante. C'est une occasion manquée pour cette discipline qui a pris son essor avec la découverte de la première exoplanète en octobre 1995 par Michel Mayor et Didier Queloz de l'observatoire de Genève.

Autre déception, non liée à la mission : Cheops ne pourra vraisemblablement pas observer le transit d'une petite planète tellurique récemment découverte autour de Alpha Cen B. En effet, la probabilité géométrique que Alpha Cen B b fasse un transit est de seulement de 10 % ! Autrement dit, il faudra beaucoup de chance au satellite pour le voir alors que cela est quasiment impossible depuis le sol.

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