Spitzer (télescope spatial)

Pour les articles homonymes, voir Spitzer.

Spitzer

Vue d'artiste

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Caractéristiques

Organisation	NASA
Domaine	astronomie infrarouge
Type de mission	télescope spatial
Statut	opérationnel
Masse	950 kg
Lancement	25 août 2003
Lanceur	Delta II
Fin de mission	Mai 2009 (fin de la mission froide)
Nommé d'après	Lyman Spitzer (astrophysicien américain)
Autres noms	Space Infrared Telescope Facility, SIRTF
Orbite	Héliocentrique

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Télescope

Type	Ritchey-Chrétien
Diamètre	85 cm
Superficie	2,3 m²
Focale	10,2 m
Longueur d'onde	Infrarouge

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Informations générales

Programme	Grands observatoires
Index NSSDC	2003-038A
Site

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Principaux instruments

IRAC	Caméra
IRS	Spectrographe
MIPS	Photomètre imageur

En cours de conception la taille de SIRTF a du être fortement réduite pour faire face à des contraintes budgétaires mais le télescope est resté un engin performant.

Lancement de Spitzer par une fusée Delta II.

Spitzer est un instrument de taille modeste comparé aux autres grands observatoires de la NASA.

Spitzer ou SIRTF (Space Infrared Telescope Facility) est un télescope spatial infrarouge développé par la NASA. Il est le dernier des quatre « grands observatoires » aux caractéristiques complémentaires réalisés par l'agence spatiale américaine pour répondre aux grandes interrogations scientifiques de la fin du siècle dans le domaine de l'astrophysique. Le rôle de Spitzer est principalement d'observer la création de l'univers, la formation et l'évolution des galaxies primitives, la genèse des étoiles et des planètes et l'évolution de la composition chimiques de l'univers qui sont des phénomènes principalement visibles dans l'infrarouge.

Ce projet de télescope infrarouge est lancé par l'agence spatiale américaine en 1984. Au cours de son développement la taille de Spitzer est fortement revue à la baisse (masse abaissée de 5,7 tonnes à moins d'une tonne) pour faire face à des réductions budgétaires qui touchent la NASA. Ses capacités sont néanmoins supérieures à ses prédécesseurs, IRAS (1983) et ISO (1995), grâce à plusieurs choix techniques et aux progrès réalisés entre temps dans le domaine des détecteurs infrarouges. Sa partie optique est constituée par un télescope de 85 cm de diamètre. Le rayonnement infrarouge collecté est analysé par trois instruments qui sont refroidis comme le télescope par de l'hélium liquide : un photomètre imageur en proche et moyen infrarouge (3 à 8 microns), un spectroscope (5-40 microns) et un spectrophotomètre pour l'infrarouge lointain (50-160 microns).

Lancé le 25 aout 2003, le télescope a fonctionné à pleine capacité jusqu'en mai 2009. À compter de cette date, ayant épuisé l'hélium liquide, il a continué à fonctionner en mode "chaud" avec une partie de son instrumentation. La mission devrait être prolongée jusqu'à la fin de la décennie 2010.

Historique

Les prédécesseurs : IRAS et ISO (1983-1995)

Spitzer est d'un point de vue chronologique le troisième grand télescope spatial infrarouge : il est précédé par IRAS développé par la NASA, en collaboration avec les Pays-Bas et le Royaume-Uni et lancé en 1983 ainsi que par ISO développé par l'Agence spatiale européenne et lancé en 1995.

À la fin des années 1960, La NASA attend beaucoup de la Navette spatiale américaine qui doit effectuer ses premiers vols dans les années à venir. Parmi les utilisations envisagées de ce nouvel lanceur spatial figurent l'emport d'un télescope spatial infrarouge qui doit bénéficier de la cadence de lancement élevée de la navette - la NASA envisage d'effectuer un vol par semaine - et de ses missions de longue durée (jusqu'à 30 jours). Dès 1969 il est proposé de développé un télescope infrarouge cryogénique avec un miroir d'un mètre de diamètre installé à bord de la navette. Il est prévu que ce télescope qui est baptisé Shuttle Infrared Space Facility (Installation spatiale infrarouge de la navette) abrégé en SIRTF, soit développé pour un cout à l'époque de 120 M$ et mis en œuvre à compter de 1979. Ce projet reçoit en 1979 l'appui de l'Académie nationale des sciences des États-Unis. L'agence spatiale lance en 1983 un appel d'offres pour la construction d'un observatoire spatial infrarouge solidaire de la navette spatiale et qui reviendrait au sol à la fin de chaque mission. Toutefois le succès du télescope infrarouge IRAS incite la NASA à modifier ses plans en 1984 : l'agence spatiale décide de développer un télescope spatial infrarouge autonome. Cette décision est confortée par la découverte que le petit télescope infrarouge IRT (InfraRed Telescope) embarqué dans la soute de la navette spatiale en juillet 1985 doit faire face à d'importants problèmes de contamination une fois dans l'espace. L'acronyme SIRTF est conservé malgré ce changement d'architecture mais il signifie désormais Space Infrared Telescope Facility (Installation de Télescope spatial infrarouge)^[1],[2].

Développement (1984-2003)

Les résultats spectaculaires du télescope spatial infrarouge IRAS lancé en 1983, dont la mission n'a duré que 10 mois, poussent la communauté des astronomes à demander le développement d'un successeur. Le rapport Bahcall réalisé en 1991 pour identifier les projets astronomiques prioritaires pronostique que la décennie 1990 sera celle de l'infrarouge et donne la priorité dans le domaine spatial au développement d'un télescope infrarouge. Le télescope infrarouge Spitzer est conçu pour être le dernier des quatre « grands observatoires » développé par la NASA pour répondre aux grandes interrogations dans le domaine de l'astrophysique. Les autres télescopes de ce programme sont Hubble mis en orbite en 1990 pour les observations dans le spectre visible et l'ultraviolet proche, Chandra (1999) pour les rayons X mous (0,01 à 10 nm) et Compton Gamma-Ray Observatory pour le rayonnement gamma et les rayons X durs (10 à 100 pm). La réalisation du télescope est gérée par le centre JPL de la NASA. Le projet initial a évolué vers un engin beaucoup plus ambitieux et il est désormais envisagé un télescope d'une masse de 5,7 tonnes emportant 3 800 litres d'hélium liquide (pour refroidir les détecteurs) placé en orbite terrestre haute par un lanceur lourd Titan. Mais le climat économique américain se dégrade et plusieurs missions spatiales de la NASA sont des échecs. Peu après la publication du rapport Bahcall le budget de la NASA subit une forte diminution qui entraine l'annulation de plusieurs projets et une réduction des objectifs et performances des projets qui sont maintenus. Spitzer subit ainsi en 5 ans deux coupes budgétaires qui font passer le budget alloué au projet de 2,2 milliards à 0,5 milliards $^[3]. Malgré cette réduction drastique de budget, Spitzer dispose, grâce aux derniers progrès dans le domaine de l'observation infrarouge et plusieurs optimisations, d'une sensibilité de 10 à 100 fois plus grande que celle de ses prédécesseurs. En effet dans les années 1980 le département de la Défense américain a investi des centaines de millions de dollars dans le développement de détecteurs infrarouges. Les avancées technologiques, qui en ont résulté, se sont progressivement diffusées vers les applications civiles permettant la mise au point pour l'astronomie infrarouge de détecteurs beaucoup plus sensibles  : alors que les détecteurs du satellite IRAS ne comportaient que 62 pixels ceux de la caméra IRAC de Spitzer en comportent 65 000^[4],[5].

Contrairement au déroulement des projets de ce type, les industriels impliqués dans la réalisation de Spitzer sont consultés dès le début de la conception. Lockheed Martin a la responsabilité globale du développement du satellite et des tests. Ball Aerospace développe l'ensemble cryogénique comprenant le cryostat et la partie optique. Les trois instruments embarqués sont réalisés respectivement par le centre de vol spatial Goddard de la NASA (instrument IRAC), l'université Cornell à Ithaca (État de New York) (instrument IRS) et à l'université d'Arizona (instrument MIPS). Les opérations du télescope sont pilotées par le Spitzer Science Center implanté sur le campus du California Institute of Technology à Pasadena (Californie)^[6].

Lancement et gestion opérationnelle (2003 - 2020 ?)

Spitzer est lancé le 25 août 2003 par une fusée Delta II 7920H ELV depuis la base de Cape Canaveral en Floride. Baptisé SIRTF pour Space Infrared Telescope Facility avant son lancement, il est renommé Spitzer quatre mois plus tard en l'honneur du scientifique américain, Lyman Spitzer, astrophysicien américain qui a joué un rôle moteur dans les premiers projets de télescope spatial. Spitzer est lancé "chaud" ce qui permet de réduire sa masse. Durant les trois mois qui suivent les instruments immergés dans l'hélium liquide se refroidissent progressivement tandis que la température de la partie optique est abaissée par les vapeurs de l'hélium qui s'évapore. Le télescope débute alors la phase cryogénique de sa mission. Le stock d'hélium doit permettre de refroidir les instruments durant 2,5 ans mais finalement celui-ci ne s'épuise que le 15 mai 2009 soit 5,5 ans après le lancement. Le télescope n'est plus refroidi et seule la caméra infrarouge IRAC (infrarouge proche et moyen) fonctionne dans ces nouvelles conditions. La mission entre dans une nouvelle phase dite chaude au cours de laquelle le télescope cartographie les sources infrarouges de larges portions du ciel ou effectue au contraire des observations de longue durée sur des objets ponctuels. Spitzer pourrait rester opérationnel jusqu'à la fin de la décennie 2010^[3]. Le coût de la mission en incluant le lancement, la conduite des opérations et l'analyse des données était évalué à 1,19 milliards $ au début de la phase opérationnelle^[7].

Objectifs scientifiques

Tous les objets dans l'univers produisent en continu des émissions dans l'ensemble du spectre électromagnétique (lumière visible, infrarouge, ultraviolet, ondes radio, rayons gamma et X) qui fournissent des informations sur leur structure et les processus qui les affectent. Une grande partie de ces émissions, notamment les émissions infrarouges, ne peut être observée que de l'espace car il ne parvient pas jusqu'au sol de la Terre étant interceptée par l'atmosphère terrestre. Le rayonnement infrarouge est particulièrement intéressant car il est émis par tout objet dont la température est supérieur à 0 kelvin (-273,15 °C). Cette caractéristique permet aux télescopes infrarouges comme Spitzer d'observer des phénomènes invisibles dans d'autres longueurs d'ondes comme^[8] :

• La formation des étoiles avant que celles-ci ne soient suffisamment massives pour que la fusion thermonucléaire s'amorce. La lumière infrarouge émise durant cette première phase parvient jusqu'aux observatoires spatiaux malgré l'épais voile de poussière présent^[9].
• Les étoiles en mourant produisent de la matière sous forme de poussière qui sert de matériau de base pour la formation de nouvelles étoiles. L'observation dans l'infrarouge des étoiles en fin de vie fournit des informations essentielles sur la composition de cette poussière. Ces informations doivent permettre aux astronomes de reconstituer l'origine de la poussière au tout début de l'univers^[10].
• L'observatoire Spitzer peut étudier le processus de formation des planètes. Spitzer n'est pas capable d'observer les exoplanètes mais il peut observer le disque protoplanétaire constitué par des nuages de poussière. En mesurant la température du disque le télescope permet de connaitre la structure et l'âge du disque et de déterminer si des planètes sont en cours de formation ou déjà formées^[11].
• L'observation dans l'infrarouge des galaxies permet de caractériser les trois sources de ce rayonnement présentes : les étoiles, le gaz interstellaire et la poussière. Spitzer peut ainsi identifier les galaxies qui produisent à un rythme rapide de nouvelles étoiles (les pouponnières d'étoiles) et identifier l'origine de cette genèse. L'observation de notre propre galaxie, la Voie Lactée, permet de localiser les régions dans lesquelles se forment encore des étoiles. Enfin Spitzer doit permettre de mieux comprendre les Galaxies lumineuses en infrarouge dont la caractéristique est d'émettre plus de 90% de leur lumière dans l'infrarouge^[12].
• La plupart des étoiles qui peuplent l'univers ne sont pas suffisamment massives pour amorcer la fusion thermonucléaire. Ces naines brunes ne produisent pas de lumière visible mais émettent dans l'infrarouge. Une partie de la matière noire, que les astronomes cherchent à identifier, pourrait être constituées de naines brunes. La sensibilité des instruments de Spitzer permet d'en effectuer le recensement dans le voisinage du système solaire et de les étudier^[13].
• De gigantesques nuages moléculaires sont situés dans l'espace interstellaire. Ils sont constitués principalement d'hydrogène et constituent le réservoir de matière première à partir duquel les étoiles se forment. L'étude de la densité et de la température de ces nuages par Spitzer fournit des informations importantes sur les conditions physiques et la composition chimique qui permet de produire les proto-étoiles^[14].
• La lumière des galaxies les plus anciennes apparues il y a 13 milliards d'années soit un plus d'un milliard d'années après le Big Bang est visible depuis la Terre dans le domaine de l'infrarouge du fait du phénomène du décalage vers le rouge. Spitzer permet d'étudier ces galaxies et ainsi de déterminer comment et quand ces premiers objets de l'univers se sont formés. Le télescope permet également d'étudier le fond diffus cosmique infrarouge qui résulte des émissions de galaxies et d'étoiles trop peu visibles pour pouvoir être distinguées^[15].
• La plupart des galaxies contiennent un ou parfois plusieurs trous noirs supermassifs en leur centre. Spitzer est particulièrement bien équipé pour observer ces objets lorsqu'ils sont actifs (en train d'absorber de la matière). Ces trous noirs sont observés par Spitzer grâce au rayonnement infrarouge émis par la matière lorsqu'elle est attirée par ceux-ci^[16].
• Spitzer est le premier télescope qui a pu observer directement la lumière d'une exoplanète, c'est-à-dire d'une planète orbitant autour d'une autre étoile. Le télescope peut déterminer la température, les vents et la composition de planètes lointaines lorsque celles-ci répondent à certaines caractéristiques (taille, éloignement)^[17].

Orbite

Le télescope infrarouge doit se tenir écarté autant que possible de toute source de chaleur et pouvoir maintenir ses instruments à une température proche de 0 kelvin sans consommer trop rapidement l'hélium utilisé pour les refroidir. Les concepteurs de la mission ont choisi, contrairement aux télescopes infrarouges qui ont précédé, de ne pas mettre Spitzer en orbite autour de la Terre, car celle-ci réfléchit une partie de la chaleur émise par le Soleil^{[Note 1]}, mais de le placer sur une orbite héliocentrique parallèle à celle de la Terre qu'il parcourt en 372 jours. Sur cette orbite la température du télescope chute de manière passive à 34 kelvins ce qui permet d'économiser l'hélium pour le refroidissement initial. De plus étant éloigné de la Terre, Spitzer dispose d'un champ d'observation beaucoup plus étendu : 30% du ciel est observable à n'importe quel moment tandis que le reste du ciel peut être vu deux fois par an durant des périodes consécutives d'environ 40 jours. Le pointage du télescope est encadré par deux contraintes : son axe ne doit pas se rapprocher de plus de 80° de celui du Soleil car au delà le panneau solaire/pare-soleil ne peut plus empêcher son échauffement et il ne doit pas s'écarter de l'axe du Soleil de plus de 120° pour que les cellules solaires puissent produire suffisamment d'énergie. Sur son orbite, Spitzer s'écarte progressivement de la Terre (il tourne moins vite autour du Soleil) au rythme d'un dixième de U.A. par an. Cet éloignement progressif entraine une diminution progressive du débit dans les échanges avec la Terre^[18].

Caractéristiques techniques

Spitzer est le plus petit des grands observatoires de la NASA : il mesure un tiers de la longueur du télescope spatial Hubble pour un onzième de sa masse. C'est un engin de forme cylindrique de 4,45 mètres de long pour 2,1 mètres de diamètre qui est composé de trois sous-ensembles :

• le télescope avec ses instruments scientifiques refroidis par de l'hélium liquide qui est protégé par une enveloppe. L'ensemble forme le CTA (Cryogenic Telescope Assembly)
• le module de service situé à l'extrémité inférieure du télescope. C'est un module à 8 côtés qui abrite l'électronique des instruments scientifiques, les antennes, les propulseurs et les ordinateurs chargés de faire fonctionner le télescope et de l'orienter
• les panneaux solaires qui maintiennent également le télescope à l'abri du rayonnement solaire.

Spitzer a une masse de 950 kg en incluant les 15,6 kg d'azote utilisés pour les corrections d'orbite et les 360 litres d'hélium (50,4 kg) utilisés pour refroidir les instruments et le télescope. Ses panneaux solaires fournissent 400 Watts qui sont stockés dans des batteries ayant une capacité de 16 ampères-heures. Le pointage du télescope est effectué en utilisant des roues de réaction. La désaturation des roues de réaction est effectuée en utilisant deux groupes de six propulseurs à gaz froid utilisant de l'azote ^[19].

Isolation thermique

Modélisation des échanges thermiques du télescope spatial infrarouge Spitzer.

Le télescope doit être maintenu aussi froid que possible pour que les objets observés par les instruments ne soient pas confondus par les instruments avec d'autres sources de chaleur (infrarouge) issues des instruments eux-mêmes. La chaleur est produite par le rayonnement solaire qui vient frapper les panneaux solaires (à droite sur le schéma ci-contre) et l'électronique du module de service (en bas sur le schéma). Le satellite est orienté de manière à ce que le Soleil ne vienne jamais frapper le CTA. La partie de la charge utile de Spitzer qui doit être maintenue à des températures très basse est baptisée CTA (Cryogenic Telescope Assembly). Elle comprend quatre sous-ensembles : le télescope, le compartiment contenant les instruments scientifiques (hors électronique), le cryostat et l'enveloppe externe chargée d'isoler cet ensemble sur le plan thermique. Le télescope emporte de l'hélium liquide qui en s'évaporant permet d'évacuer la chaleur, mais pour que la mission dure il est essentiel que la chaleur excédentaire soit évacuée ou arrêtée en isolant au mieux les parties froides du télescope et ses instruments^{[20],[20],[21],[22]}.

La chaleur se diffuse vers le télescope et ses instruments par conduction (via les entretoises qui solidarisent les différents composants) et par rayonnement. Le CTA est attaché au module de service par des entretoises conçues pour limiter les transferts thermiques. Deux boucliers thermiques situés d'une part entre le CTA et le module de service et d'autre part entre le CTA et les panneaux solaires interceptent et évacuent dans le vide par rayonnement la majeure partie de la chaleur produite. L'enveloppe externe du CTA qui est réalisée en en nid d'abeilles d'aluminium est peinte en noir sur la face opposée à celle du Soleil pour évacuer le maximum de chaleur vers l'espace. Elle est brillante sur l'autre face pour réfléchir le rayonnement du Soleil. Le cryostat est constitué par une enceinte dans laquelle le vide est fait et contient l'hélium liquide : les vapeurs produites par évaporation refroidissent l'ensemble à une température d'environ 5 kelvins en compensant la faible quantité de chaleur (modélisée à 4 mW) qui parvient jusqu'au cœur du télescope ou qui est produite par les détecteurs des instruments. Le CTA est fermé à son extrémité supérieur par un opercule pour limiter l'évaporation de l'hélium au début du vol. Cette pièce du télescope est éjectée pour permettre à la lumière de parvenir jusqu'au miroir primaire lorsque la température de l'ensemble est tombé en-dessous de 35 kelvins^[20],[22].

Télécommunications

Les échanges entre le satellite et la Terre ne se font pas en continu car l'antenne grand gain utilisée pour les communications est fixe et n'est pas pointée vers la Terre lorsque le télescope fonctionne. Une fois toutes les 12 à 24 heures l'orientation du télescope est modifiée pour permettre le pointage de l'antenne vers la Terre et les données sont transférées. Le télescope dispose d'une mémoire de masse d'une capacité de 8 gigabits qui permet éventuellement de sauter une séance de télécommunications. Spitzer dispose par ailleurs de quatre antennes faible gain^[23].

Schéma Spitzer et vue en coupe

A Partie optique' : 1 - miroir secondaire ; 3 - miroir primaire ; 2 - enveloppe externe ; 11 opercule anti-poussières B Cryostat : 4 - compartiment instruments ; 10 - réservoir d'hélium ; C Module de service : 5 - bouclier module de service ; 6 - viseurs d'étoiles ; 7 - batteries ; 8 - antenne grand gain ; 9 - réservoir d'azote ; 12 - entretoises ; 13 - centrale à inertie ; D Panneaux solaires ; 14 - bouclier panneaux solaires

La charge utile

La charge utile de Spitzer est constituée par le télescope (la partie optique), le compartiment contenant les instruments scientifiques (hors électronique) et l'électronique des instruments situées dans le module de service pour limiter l'échauffement des détecteurs^[24].

Partie optique

La partie optique de Spitzer est un télescope de type Ritchey-Chrétien avec un miroir primaire de 85 centimètres de diamètre. Le télescope comprend également un miroir secondaire de 12 cm de diamètre et une tourelle qui relie les deux miroirs. Le miroir secondaire est monté sur un mécanisme qui permet de modifier la distance du miroir primaire une fois le télescope en orbite. Toutes les parties du télescope, sauf les supports, sont réalisées en béryllium. Ce métal présente l'avantage d'être léger, solide et peu sensible aux changements thermiques. La masse totale du télescope est de 55 kg pour une hauteur de 90 cm. La longueur focale est de 10,2 mètres^[25],[26].

• Certains des composants de Spitzer
• 

  La partie optique du télescope Spitzer

• 

  Le module de service

Instruments scientifiques

Les instruments scientifiques sont placés dans un compartiment en aluminium situés sous le télescope et au-dessus du réservoir d'hélium. Les instruments sont distribués à la périphérique et capturent le rayonnement infrarouge grâce à des miroirs situés au centre du compartiement.

Réponse des quatre filtres de la caméra IRAC en électron/photon

Le rayonnement infrarouge collecté par le télescope peut-être analysé par trois instruments mais contrairement à Hubble, un seul instrument peut fonctionner à un instant donné. Ceux-ci sont placés dans un compartiment en aluminium de 84 cm de diamètre et 20 cm de haut qui reçoit par un orifice situé au milieu de sa partie supérieure le rayonnement infrarouge collecté par le télescope. Le compartiment est placé directement au-dessus du cryostat remplit d'hélium liquide qui maintient ainsi les instruments à une température proche de 0 kelvin. L'électronique des instruments, source de chaleur, est placée dans le module de service^[27]. Les trois instruments embarqués sont  :

• IRAC (Infrared Array Camera) une caméra permettant d'observer l'infrarouge proche et moyen. Les détecteurs sont constitués de 4 matrices de 256×256 pixels chacune collectant respectivement dans des bandes centrées sur 3,6 µm, sur 4,5 µm, sur 5,8 µm et sur 8,0 µm). Les détecteurs utilisés pour les longueurs d'ondes courtes (3,6 et 5,5 µm) sont réalisées avec de l'indium et de l'antimoine tandis que ceux destinés aux longueurs d'ondes longues (5,8 et 8 mm) sont dopés avec de l'arsenic. La seule partie mobile de l'instrument est l'obturateur qui n'a pas été utilisé depuis que Spitzer est en orbite. IRAC est le seul instrument capable de fonctionner au moins partiellement lorsque l'hélium utilisé pour refroidir les instruments est épuisé : la température est alors trop élevée pour les détecteurs 5,8 et 8 µm mais les deux autres détecteurs restent opérationnels^[28],[29].
• IRS (Infrared Spectrograph) est un spectrographe produisant des spectres du rayonnement entre 5 µm et 38 µm. Il comprend quatre sous-ensembles fonctionnant en parallèle : spectre d'ondes courtes à haute résolution entre 10 et 19,5 µm, spectre d'ondes courtes à faible résolution entre 5,3 et 14 µm, spectre d'ondes longues à faible résolution entre 14 et 40 µm, spectre d'ondes longues à haute résolution entre 19 et 37 µm. Tous les détecteurs font 128x128 pixels, ceux utilisés pour les ondes courtes sont dopés avec de l'arsenic tandis que ceux pour les ondes longues sont faits de silicium dopés avec de l'antimoine. L'instrument ne comporte aucune partie mobile^[30],[31].
• MIPS (Multiband Imaging Photometer) est comme IRAC d'une caméra imageur mais spécialisée dans l'infrarouge lointain (24 µm, 70 µm et 160 µm) et avec une capacité à faire de la spectrométrie simple. Le détecteur 24 µm comporte 128×128 pixels et est réalisé en silicium dopé à l'arsenic. Les détecteurs de 70 µm est réalisé avec deux barrettes en germanium dopé avec du gallium de 16 pixels aboutées pour former une matrice 32×32. Le détecteur 160 µm comprend 2 rangées de 20 pixels réalisé avec les mêmes matériaux. Ces caractéristiques sont nettement supérieures à celles des capteurs du télescope infrarouge européen ISO : PHOT C-100 (l'équivalent de 70 µm) qui n'avait que 3×3 pixels et C-200 qui n'avait que 2×2 pixels. Le champ observé est de 5 x 5 minutes d'arc pour la longueur d'ondes 24 microns mais chute à 0,5 x 6 minutes d'arc à 1600 microns. Le détecteur à 70 microns permet de produire un spectre simple entre 50 et 100 microns. L'instrument ne comporte qu'une seule partie mobile : il s'agit d'un miroir rotatif permettant de cartographier des portions du ciel plus importantes. Les détecteurs de MIPS sont refroidis à 1,7 K^[32],[33].

La galaxie d'Andromède (M31) photographiée par MIPS en 24 microns le 25 aout 2004.

Résultats

La nébuleuse Trifide vue en infrarouge en combinant les longueurs d'ondes de 3,6, 8 et 24 microns.

Le télescope Spitzer a permis d'observer pour la première fois de nombreux phénomènes^[34] :

• Le processus de formation des planètes : la dissolution du disque de poussière et de gaz et sa concentration aboutissant à la formation des planètes. Les observations effectuées autour d'étoiles similaires au Soleil dans différentes phases donnent à penser que le disque de poussière et de gaz dont sont issues les planètes terrestres disparait en quelques millions d'années et que donc que le processus de formation est très rapide.
• Spitzer a pu étudier les naines brunes qui sont des étoiles avortées (la fusion thermonucléaire ne s'est pas amorcée) du fait de leur petite taille (moins de 0,08 fois la taille du Soleil) mais qui émettent dans l'infrarouge. D'après ces observations, les naines brunes comme les étoiles présentent des disques de poussière et de gaz qui pourraient donc donner naissance à des planètes.
• Spitzer observe sur une gamme d'ondes très large qui lui permet de détecter des phénomènes très différents au sein des galaxies allant de l'atmosphère des étoiles jusqu'aux nuages interstellaires froids. Cette capacité jointe avec un champ optique de 5 x 5 minutes d'arcs a permis de réaliser des images frappantes des galaxies voisines comme M81
• La sensibilité de Spitzer lui a permis de détecter des galaxies particulièrement lointaines avec un décalage vers le rouge de 6 donc apparues un peu plus d'un milliard d'années après le Big Bang
• Spitzer a observé les galaxies infrarouges, siège de formation très intense d'étoiles (« galaxies starburst ») et mis en évidence les processus particuliers associés^[4].
• Le télescope spatial a pu capter pour la première fois la lumière émise par une exoplanète chaude et ainsi analyser les variations de températures à sa surface^[4].
• Il a observé pour la première fois des molécules fullerènes à l'état solide^[4].

Courant 2010 près de 2 000 publications scientifiques basées sur des observations effectuées à l'aide de Spitzer avaient été publiées^[4].

Successeurs

En 2009, le satellite Herschel doté d'un miroir de 3,5 mètres a été lancé permettant l'analyse des infra-rouges de longueur d'onde plus grande. Le télescope James Webb de la NASA doit prendre la suite en 2018 avec des capacités encore plus importantes.

Galerie

• Quelques images prises par Spitzer
• 

  La Nébuleuse Hélix. Bleu : infrarouge entre 3,6 et 4,5 microns; vert : entre 5,8 to 8 microns; rouge : 24 microns.

• 

  Dans le sens des aiguilles en partant d'en haut à gauche : vue en infrarouge de la galaxie Messier 81; objet Herbig-Haro HH 46/47 contenant uneprotoétoile; plusieurs protoétoiles mis en évidence dans le globule obscur IC1396; La Comète Schwassmann-Wachmann 1.

• 

  Spitzer a permis de découvrir l'anneau de poussière extérieur qui entourait Saturne.

Notes et références

Notes

1. ↑ La face d'un satellite en orbite basse tournée vers la Terre peut atteindre une température de -23 °C du fait de l'émission de rayonnement infrarouge par la Terre.

Références

Bibliographie

• (en) NASA, « Présentation à la presse de la mission (press kit NASA) »,‎ août 2003
• (en) JPL NASA et al., Spitzer Space Telescope Handbook v 2.1,‎ 8 mars 2013, 75 p. (lire en ligne)
• (en) R. D. Gehrz et al., « The NASA Spitzer Space Telescope », Review of Scientific Instruments, vol. 78,‎ janvier 2007, p. 1-39 (DOI 10.1063/1.2431313, lire en ligne)
• (en) M. W. Werner et al., « The Spitzer space telescope mission », The Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 154,‎ septembre 2004, p. 1-9 (lire en ligne)
• (en) M. W. Werner et al., « The Spitzer space telescope », Optical Engineering, vol. 51,‎ janvier 2012, p. 1-9 (lire en ligne)
• (en) G. G. Fazio et al., « The infrared array camera (IRAC) for the Spitzer space telescope », The Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 154,‎ septembre 2004, p. 10-17 (lire en ligne)
• (en) J. R. Houck et al., « The infrared spectrpograph (IRS) on the Spitzer space telescope », The Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 154,‎ septembre 2004, p. 18-24 (lire en ligne)
• (en) G. H. Rieke et al., « The multiband imaging photometer for Spitzer », The Astrophysical Journal Supplement Series, vol. 154,‎ septembre 2004, p. 25-29 (lire en ligne)

Voir aussi

Articles connexes

• Astronomie infrarouge
• IRAS télescope infrarouge lancé par la NASA en 1983
• ISO télescope infrarouge lancé par l'Agence spatiale européenne en 1995
• Programme des quatre Grands observatoires dont fait partie Spitzer

Sites externes

• (en) Site officiel
• (en) Site scientifique de Spitzer
• (en) Site d'archivage des données collectées)

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