92 L’astrophysique et l’exploration de l’Univers Herschel Space Observatory Ce grand télescope spatial doit son nom à William Herschel (1738-1822), astronome anglais d’origine allemande, qui découvrit le rayonnement infrarouge en 1800. On lui doit aussi la découverte de la planète Uranus et de ses deux principaux satellites. Description• Dimensions : 7 m de haut pour un diamètre de 4,3m.• Poids : 3,25 tonnes.• Lancement : le 14 mai 2009, par une fusée Ariane 5, à partir du Centre spatial guyanais de Kourou.•Position : au point de Lagrange 2 du système Terre/Soleil.• Durée de vie de la mission : 3 ans. Domaine spectral Gamme de 60 à 670 μm correspondant au rayonnement d’objets cosmiques froids, aux alentours de 10 Kelvin : nuages du milieu interstellaire, régions de formation stellaire, enveloppes d'étoiles à la fin de leur vie. Objectifs scientifiques Identifier et étudier les premières phases de la formation des étoiles ainsi que les principales époques d'assemblage des galaxies. Instruments• PACS (pour Photoconductor Array Camera and Spectrometer), composée d'un photomètre imageur avec ses deux voies de matrices de bolomètres refroidis à 300 mK (la plus grande caméra de bolomètres jamais réalisée) qui observera dans les longueurs d’onde de 60 à 200 microns et d'un spectromètre constitué de deux blocs photoconducteurs dans les bandes 57 à 210 μm.• SPIRE (pour Spectral and Photometric Imaging Receiver) doté d’un photomètre imageur sur trois bandes simultanées (250 μm, 350 μm et 500 μm) et d'un spectromètre FTS VLT-VISIR Visir est une caméra-spectromètre infrarouge qui équipe le troisième téles cope du VLT européen situé au Chili : des acro - nymes Very Large Telescope (VLT) et Imager and Spectrometer for the Infra Red (VISIR). Domaine spectral Infrarouge moyen avec deux fenêtres d’observation à partir du sol : longueurs d’onde entre 8 et 13 micromètres et entre 17 et 24 micromètres. Description• Dimensions : 1,2 m de diamètre pour 1m de hauteur.• Poids : 1,6 tonne.• Lancement : pas de lancement ; au sol.• Position : caméra-spectromètre placée au foyer du télescope numéro 3 du VLT CLEFS CEA - N°58 - AUTOMNE 2009 à moyenne résolution (200-300 μm et 300- 670 μm) complémentaire pour couvrir les longueurs d'onde de 200 à 600 microns. Ces deux instruments ne peuvent fonctionner qu’à une température proche du zéro. Aussi, un cryostat assure-t-il une température moyenne de 2°K (- 271 °C) à Herschel tandis que des cryoréfrigérateurs refroidissent les bolomètres de PACS et SPIRE à 0,3 °K (-272,85 °C). La maîtrise du froid se justifie doublement. D’abord pour refroidir les structures afin que leur température ne dépasse pas celle des objets à détecter et ensuite pour que le fonctionnement des bolomètres repose sur la mesure de variations de températures : lorsqu’ils absorbent les photons du rayonnement, leur température s’élève et donc, en utilisant une structure froide, la moindre absorption de photons pourra être détectée.• HIFI (pour Heterodyne Instrument for Far- Infrared), un spectromètre à très haute résolution spectrale, utilisant les techniques plus classiques de la radio-astronomie et couvrant le domaine 170-625 μm. Collaborations Construit par un consortium européen de laboratoires spatiaux avec l’Agence spatiale européenne (Esa) comme maître d’ouvrage. Rôle du CEA Conception : • de la caméra PACS et de ses détecteurs ; • de l'électronique de l'instrument SPIRE. En complément des systèmes de détection, l’Irfu a développé les fonctions électroniques indispensables à leur mise en œuvre. En effet, en raison de la réduction ou de l’absence de rayonnement parasite, l’environnement spatial permet l’accès à des mesures de très faible niveau de bruit. Le bruit propre de l’électronique embarquée doit donc demeurer inférieur au bruit de détection, ce qui nécessite, (dénommé MELIPAL) installé au nord du Chili, sur le mont Paranal, à 2 600 mètres d’altitude.• Durée d’opération : jusqu’en 2014, date à laquelle VISIR sera dépassé par l’instrument MIRI (pour Mid Infra Red Instrument) du JWST (pour James Webb Space Telescope). Objectifs scientifiques Observer les poussières et les gaz tièdes (entre 50 et 500 K) de l’Univers : des comètes aux quasars avec un accent mis sur l’observation des disques circumstellaires dans lesquels se forment les planètes. Instruments Une caméra et un spectromètre placés dans un cryostat pour être refroidis à 15 °K (- 258 °C) pour la structure mécanique et les Vue d’artiste du télescope Herschel. en particulier, l’utilisation de détecteurs dotés de moyens de refroidissement cryogéniques et donc le développement des fonctions électroniques associées. SPIRE possède une unité d’électronique comprenant 350 voies à très bas bruit (quelques milliardièmes de volt) et à forte dynamique (plus d’un million) conçue en collaboration avec le Jet Propulsion Laboratory (JPL) tandis que PACS utilise une unité d’électronique analogique entièrement développée par le SAp. Cette unité comprend, outre les 160 voies de traitement analogique des signaux, les fonctions de polarisation du détecteur et les fonctions associées au système cryogénique. Des voies de mesures de températures ont fait l’objet d’un développement avec l’Institut nanosciences et cryogénie (Inac). Une résolution de 10 μK à –273°C a pu être atteinte. Afin d’assurer la communication de cette unité avec le reste de l’instrument, une interface au standard ESA SpaceWire a été développée par le SAp sous la forme d’un module de propriété intellectuelle et a été diffusée au sein du consortium PACS. > Marc Sauvage et Christophe Cara Service d’astrophysique (SAp) Institut de recherche sur les lois fondamentales de l’Univers (Irfu) Direction des sciences de la matière (DSM) Unité mixte de recherche astrophysique interactions multi-échelles (CEA-Université Paris 7-CNRS) CEA Centre de Saclay (Orme des Merisiers) optiques, à 8 °K (- 265 °C) pour les détecteurs. VISIR est solidaire du télescope et tourne avec lui pour viser l'objet étudié. Les quatre télescopes de 8 mètres de diamètre du programme VLT de l’ESO. ESA ESO |
