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Les instruments de New Horizons : Ralph et le spectromètre Alice

Dossier - New Horizons : 11 kg de plutonium pour comprendre Pluton
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La sonde New Horizons est la première mission du programme d'exploration planétaire New Frontiers de la Nasa, avec Juno (lancée en 2011) et Osiris-Rex (en développement, pour un lancement prévu en 2016). Elle est chargée de fournir la première reconnaissance scientifique du système Pluton-Charon, avec les quatre autres satellites découverts depuis.

  
DossiersNew Horizons : 11 kg de plutonium pour comprendre Pluton
 

New Horizons est équipé d'un ensemble de sept instruments scientifiques. Trois instruments optiques, deux détecteurs de plasma, un détecteur de vent solaire et un radiomètre. Cette plate-forme scientifique est équipée d'un dispositif de gestion de l'énergie particulièrement efficace qui, allié à la miniaturisation sans précédent de l'ensemble, lui permet de fonctionner sous une puissance pouvant se réduire à 28 watts.

Les sept instruments scientifiques de New Horizons, en fait huit car Ralph a une optique commune avec deux instruments (MVIC et Leisa, deux spectromètres imageurs). Il manque le VBSDC (Venetia Burney Student Dust Counter), destiné à mesurer la poussière interplanétaire tout au long du voyage. Son nom vient de ce qu'il a été conçu intégralement par des équipes d'étudiants, qui en assurent actuellement la gestion et rend aussi hommage à Venetia Burney-Phair qui, à l'âge de treize ans, avait suggéré le nom de Pluton à la planète nouvellement découverte en 1930. © Nasa

Le spectromètre imageur Alice

L'instrument Alice. © Nasa
  • Masse : 4,5 kg.
  • Puissance absorbée : 4,4 watts.
  • Développement : SWRI (Southwest Research institute)
  • Responsabilité : Alan Stern (SWRI)
  • Objectif : Étude de la composition et de la structure de l'atmosphère.
Pose de l'instrument Alice. © Southwest Research institute

Alice est un spectromètre imageur travaillant dans la bande de l'ultraviolet entre 500 et 1.800 angströms. Cet instrument est capable de détecter un nombre important de composés atomiques et moléculaires dans l'atmosphère de Pluton, d'en déterminer les abondances relatives et de fournir une représentation en trois dimensions de la couche atmosphérique de Pluton. Alice est aussi chargée de mesurer la densité de cette atmosphère, ainsi que la température en fonction de l'altitude, et de la recherche d'une éventuelle ionosphère autour de Pluton et d'une atmosphère autour de son satellite Charon.

Merveille de miniaturisation, Alice est composé d'un détecteur UV à 1.024 canaux placé au foyer d'un télescope compact. Deux modes de fonctionnement sont prévus : l'observation directe de l'atmosphère de Pluton en mesurant l'émission ultraviolette de ses constituants, et l'observation du Soleil ou d'une étoile brillante durant son occultation par l'atmosphère, avec la mise en évidence des raies d'absorption dans la bande UV observée.

Alice est l'évolution d'un instrument aux caractéristiques identiques, embarqué à bord de la sonde Rosetta de l'Agence spatiale européenne (Esa), naviguant actuellement autour de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko.

L'instrument Ralph

  • Masse : 10,3 kg.
  • Puissance absorbée : 6,3 watts
  • Développement : Ball Aerospace, Nasa Goddard Space Flight Center, SWRI
  • Responsabilité : Alan Stern, SWRI
  • Objectif : étude de la morphologie et de la géologie de surface. Elaboration d'une carte de distribution des composants de surface et des températures.
L'instrument Ralph. © Nasa

Ralph, regroupant deux spectromètres, fournit des images en couleurs. Il travaille en association avec le spectromètre Alice, d'où son nom, inspiré du couple Ralph et Alice dans le show télévisé américain The Honeymooners.

Ralph est équipé de trois filtres panchromatiques noir et blanc et de quatre filtres couleur positionnés devant un imageur en lumière visible, le MVIC (Multispectral Visible Imaging Camera), ainsi qu'un imageur infrarouge, Leisa (Linear Etalon Imaging Spectral Array). Leisa est un spectromètre miniaturisé, sensible dans la bande de 1,25 à 2 microns de l'infrarouge lointain, conçu et construit par les scientifiques du Goddard Space Flight Center de la Nasa. MVIC couvrira ainsi tout le spectre compris entre 0,4 et 0,95 micron.

Le MVIC de l'instrument Ralph

MVIC comporte sept détecteurs à couplage de charge (CCD) semblables à ceux équipant les appareils photographiques numériques, et une barrette de détecteurs, placés au foyer d'un télescope optique fournissant des vues dix fois plus détaillées que l'œil humain à distance égale. L'ensemble consomme deux fois moins d'énergie qu'une lampe de poche ordinaire. Cependant, le détecteur MVIC, dont le format est de 5.000 x 32 photosites (pixels), n'observe qu'une mince bande à la fois et c'est la rotation de la sonde qui assure un balayage pour capter une image complète.

L'instrument prendra des images par paires, de façon à pouvoir recréer des vues en 3 dimensions des surfaces survolées, en noir et blanc avec une résolution de 500 mètres par pixel et en couleurs à 5 km par pixel. Ces résultats permettront de connaître précisément la topographie de Pluton, mais aussi d'affiner la connaissance des orbites de Charon et des autres lunes. Ralph pourrait dévoiler des nuages et autres météores atmosphériques, d'éventuels anneaux et de satellites inconnus dans l'environnement de Pluton. Il est à noter que la sensibilité extrême de MVIC lui permettra d'observer la face obscure de Pluton simplement éclairée par son satellite Charon.

Simultanément, Leisa, un spectromètre à 10 km/pixel au moment du survol, déterminera les taux d'azote, de méthane, du monoxyde de carbone (CO), de glace d'eau et d'autres matériaux, y compris les composés organiques à la surface de Pluton et de Charon, et d'en tracer une carte des températures.