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Service d'astrophysique
Laboratoire AIM

 
CIRS : lumière rouge sur Saturne
Le spectromètre infrarouge de la sonde CASSINI-Huygens

Le 1er Juillet 2004, après plus de six ans et demi de voyage dans l'espace, un vaisseau spatial  interplanétaire a été mis en orbite autour de la planète Saturne, à plus de 1 500 millions de kilomètres de la Terre. Plus de 23 ans après  les sondes Voyager 1 et 2, ce vaisseau baptisé CASSINI-Huygens va à nouveau explorer la planète géante, avec les moyens les plus modernes. A son bord, un instrument baptisé CIRS (acronyme pour "Composite InfraRed Spectrometer" ou "Spectromètre Infrarouge Composite"),  fruit d'une collaboration entre le CEA-DAPNIA de Saclay, le Centre Spatial Goddard (GSFC) de la NASA à Washington, l'Université d'Oxford, le Queen Mary's College de Londres et l'Observatoire de Paris-Meudon.

 

Cet instrument est capable d'analyser la lumière infrarouge émise  par la planète Saturne mais aussi par ses célèbres anneaux et ses satellites. Bien supérieur en résolution (finesse de détails) et en sensibilité (détection d'objets faibles) à son prédécesseur IRIS embarqué sur la sonde VOYAGER, il devrait permettre pour la première fois d'étudier avec précision la composition des particules constituants les anneaux de Saturne et d'identifier les composants chimiques des atmosphères de la planète et de son satellite Titan, souvent considéré comme une "Terre glacée".

La sonde CASSINI-Huygens

CIRS à bord de CASSINI-Huygens

Le détecteur principal est constitué de deux barrettes de dix détecteurs constitués d'un matériau semi-conducteur (HgCdTe ou Tellure de Mercure et de Cadmium) particulièrement sensible à la lumière infrarouge, placé au foyer d'un petit télescope de 50 cm de diamètre. Le Service d'Astrophysique du CEA-DAPNIA a assuré la réalisation de l'instrument en collaboration avec le CEA/Leti (Laboratoire d'électronique et des techniques de l'information) qui a fourni les barrettes et le DAPNIA/SIG (Service d'Instrumentation Générale) qui a réalisé l'électronique associée.

CIRS derrière le Le télescope de 50 cm (à droite) Barrette de détection

 

Le spectromètre CIRS fonctionne parfaitement car il a déjà pu être testé au cours du voyage, lors du passage près de la planète Jupiter en décembre 2000 et en juin dernier lors du survol de "Phoebe", une des multiples lunes de Saturne.  Il va désormais observer Saturne durant les 78 révolutions que doit effectuer la sonde CASSINI pendant plus de quatre ans. Le programme d'observation est conduit par l'équipe mixte CEA-Paris VII, dans le cadre d'une collaboration entre le Service d'Astrophysique du CEA-DAPNIA et l'université Paris-VII. Une nouvelle découverte du monde de Saturne est en marche !

La sonde CASSINI-HUYGENS

La sonde CASSINI-HUYGENS avec un poids de près de 6 tonnes est le plus lourd vaisseau spatial jamais satellisé. Lancée depuis Cap Canaveral (Floride, USA), le 15 octobre 1997, elle a voyagé pendant plus de 6 ans avant d'atteindre la planète Saturne.  Elle est entrée dans l'influence gravitationnelle de Saturne le 14 Mai 2004 en entamant sa première orbite ("Révolution 0"). Elle a ensuite survolé le lointain satellite Phoebe le 11 Juin 2004. Elle est composée de deux éléments différents; l'orbiteur CASSINI [1] qui tournera pendant 4 ans autour de Saturne et la sonde Huygens [2] qui se détachera de Cassini le 14 Janvier 2005 au cours de la troisième orbite pour aller plonger dans l'atmosphère de Titan après un trajet de 22 jours.
 

Orbites CASSINI

Les 4 premières orbites de la sonde CASSINI-HUYGENS avant la séparation de la sonde HUYGENS le 14 Janvier 2005.

 

11 Juin 2004: Inauguration du Tour, le survol de Phoebe


Le survol du satellite Phoebe, situé à environ 13 millions de kilomètres de la planète, a eu lieu le 11 Juin 2004. Ce satellite de  220 km de diamètre a été découvert par William Pickering en 1898. Il tourne en 550 jours autour de Saturne et autour de lui-même en 9,4 heures. Son orbite rétrograde et inclinée suggère fortement qu'il ait été capturé par Saturne. Sa surface est très sombre (il réfléchit seulement 6% de la lumière du Soleil). De l'eau a été découverte récemment à sa surface, qui ressemble beaucoup par ailleurs à celle d'un astéroïde de type C, une des grandes familles d'astéroïdes situés entre Mars et Jupiter. Cet objet pourrait cependant être aussi un objet de la ceinture de Kuiper ou un Centaure capturé. L'objectif du survol est de déterminer la composition chimique, la morphologie et la densité de ce corps pour tenter de comprendre son origine. On a pu observer à la plus courte approche des détails de seulement 500m. CIRS a déjà effectué une cartographie de température côté jour et côté nuit pour déterminer les propriétés du régolite recouvrant la surface et une cartographie de composition chimique.

 

Les meilleures images du satellite Phoebe renvoyées par la sonde Voyager 2 en 1981. Le satellites est relativement sphérique et montre des variations de brillance à sa surface.

Les images de Phoebe prises par la sonde CASSINI-HUYGENS le 10 Juin 2004 à moins de 24h du survol. On constate que la surface de Pheobe est recouverte de cratère d'impacts de taille très variée. Les plus petits détails ont une dimension de 5 km environ.

1er Juillet 2004: CIRS est mis en orbite autour de Saturne

 

La mise en orbite de la sonde CASSINI-HUYGENS autour de  Saturne. Vue équatoriale. La sonde a survolé les anneaux à 18000 km d'altitude. La sonde traverse deux fois le plan des anneaux entre les anneaux F et G.

 

Après une semaine de sommeil (pour éviter les anomalies pre-insertion), la sonde a été réactivée le 29 Juin pour entamer les manœuvres de mise en orbite. Le 1er Juillet, environ 2h avant la plus courte approche, la sonde a effectué son premier passage à travers le plan des anneaux après avoir été positionnée pour se protéger des poussières présentes. Le moteur principal sera allumé environ une demi-heure plus tard afin d'ajuster la vitesse de la sonde pour sa mise en orbite. L'allumage durera 96 minutes. La sonde passera le point de plus courte approche vers 04:00 UTC et commencera une phase scientifique exceptionnelle d'un peu plus de deux heures. Elle repassera le plan des anneaux aux alentours du 1er Juillet 06:00 UTC. CIRS observera les anneaux lors de l'insertion en orbite, de concert avec tous les instruments de la plateforme de télédétection. Il permettra d'observer avec une résolution inégalée la face non éclairée des anneaux.

 

CIRS en chiffres:
Poids total: 40 kg
Dimension: télescope 50.8 cm Æ
Domaine spectral 7-9 µm (FP4), 9-17 µm (FP3) et 17-1000 µm (FP1)
Détecteurs Diodes photoconductrices HgCdTe (FP3)
Diodes photovoltaïques HgCdTe (FP4)
Thermopiles (FP1)
Pixels 2 barrettes de 10 pixels pour les plans focaux FP3 et FP4
Champs de vue 3.9 mrad (FP1); 0.273 mrad (FP3, FP4)
Résolution spectrale: de 0.5 cm-1 à 15.5 cm-1
Température de fonctionnement entre 75K et  85K pour les détecteurs des plans focaux FP3 et FP4, 170 K pour le plan focal FP1

 

Contact :     (Responsable Scientifique)
                 
(Chef de projet Instrument)

 

 

voir    Le communiqué de presse du CEA (1/07/2004)
        Le communiqué de presse de la NASA (en anglais-02/07/2004)

voir aussi : "Le site CIRS du Service d'Astrophysique"
                "Le site de l'équipe de recherche GAMMA-Gravitation de l'Université Paris 7 (en français)"
                "Le site de la mission CASSINI-HUYGENS de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) (en anglais)"
                "Le site de la mission CASSINI-HUYGENS au Centre National d'Etudes Spatiales (en français)"
                "Le site du Jet Propulsion Laboratory NASA-CALTECH (en anglais)"
                "Le site officiel de la mission CASSINI-HUYGENS de la NASA (en anglais)"


 

Notes
[1] Cassini. L'astronome français Jean-Dominique Cassini (1625-1712) a été le découvreur de 4 satellites de Saturne et de la division des anneaux.
[2] Huygens. L'astronome hollandais Christiaan Huygens (1629-1695) a été le découvreur du satellite de Saturne, Titan.
 

Rédaction  Jean-Marc Bonnet-Bidaud  et Cécile Ferrari

 

maj : 30-06-2004 (1207)

 

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