Quelques couches de glace d'eau – la largeur d'un brin d'ADN – commencent à avoir un impact sur la vision d'Euclide ; un problème courant pour les vaisseaux spatiaux dans le froid glacial de l'espace, mais un problème potentiel pour cette mission très sensible qui nécessite une précision remarquable pour étudier la nature de l'univers sombre.
Après des mois de recherche, les équipes d'Euclide à travers l'Europe testent actuellement une nouvelle procédure pour dégivrer les optiques de la mission. En cas de succès, les opérations valideront le plan des équipes de mission visant à maintenir le système optique d'Euclide aussi libre de glace que possible pour le reste de sa vie en orbite.
La vision d'Euclide s'embue lorsqu'il sort "dehors"
Ces derniers mois, alors qu'ils peaufinaient et calibraient les instruments d'Euclide après le lancement et préparaient le début de la première étude de la mission, les experts en opérations scientifiques ont remarqué une diminution légère mais progressive de la quantité de lumière mesurée à partir des étoiles observées à plusieurs reprises avec l'instrument visible (VIS).
Euclide est confronté à un problème courant auquel les vaisseaux spatiaux sont confrontés une fois arrivés dans l'espace : l'eau absorbée de l'air lors de l'assemblage sur Terre est désormais progressivement libérée de certains composants du vaisseau spatial, évacuée par le vide de l'espace. Dans le froid glacial du nouvel environnement d'Euclide, les molécules d'eau libérées ont tendance à adhérer à la première surface sur laquelle elles atterrissent et lorsqu'elles atterrissent sur l'optique hautement sensible de cette mission, elles peuvent causer des problèmes.
"Nous avons comparé la lumière des étoiles entrant via l'instrument VIS avec la luminosité enregistrée des mêmes étoiles à des époques antérieures, observées à la fois par Euclid et par la mission Gaia de l'ESA", explique Mischa Schirmer, scientifique en étalonnage pour le consortium Euclid et l'un des principaux concepteurs de le nouveau plan de dégivrage.
"Certaines étoiles dans l'univers ont une luminosité variable, mais la majorité sont stables pendant plusieurs millions d'années. Ainsi, lorsque nos instruments ont détecté un léger déclin progressif du nombre de photons entrant, nous avons su que ce n'était pas elles, mais nous."
On s'est toujours attendu à ce que l'eau puisse s'accumuler progressivement et contaminer la vision d'Euclide, car il est très difficile de construire et de lancer un vaisseau spatial depuis la Terre sans qu'une partie de l'eau de l'atmosphère de notre planète ne s'y infiltre.
Pour cette raison, il y a eu une « campagne de dégazage » peu après le lancement au cours de laquelle le télescope a été réchauffé par des radiateurs embarqués et également partiellement exposé au soleil, sublimant la plupart des molécules d'eau présentes au lancement sur ou très près des surfaces d'Euclide. Une fraction considérable, cependant, a survécu en étant absorbée dans l'isolation multicouche et est maintenant lentement libérée dans le vide de l'espace.
Après de nombreuses recherches, y compris des études en laboratoire sur la façon dont les minuscules couches de glace sur les surfaces des miroirs diffusent et réfléchissent la lumière, et des mois d'étalonnages dans l'espace, l'équipe a déterminé que plusieurs couches de molécules d' eau sont probablement gelées sur les miroirs dans l'optique d'Euclide. Probablement de quelques à quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur, soit l'équivalent de la largeur d'un brin d'ADN, le fait qu'elle détecte d'aussi petites quantités de glace témoigne remarquablement de la sensibilité de la mission.
Tandis que les observations et la science d'Euclide se poursuivent, les équipes ont élaboré un plan pour comprendre où se trouve la glace dans le système optique et atténuer son impact, maintenant et à l'avenir, si elle continue de s'accumuler.
La mission Euclid de l'ESA est conçue pour explorer la composition et l'évolution de l'Univers sombre. Le télescope spatial créera une superbe carte de la structure à grande échelle de l’Univers dans l’espace et dans le temps en observant des milliards de galaxies jusqu’à 10 milliards d’années-lumière, sur plus d’un tiers du ciel. Euclide explorera comment l'Univers s'est étendu et comment sa structure s'est formée au cours de l'histoire cosmique, révélant davantage le rôle de la gravité et la nature de l'énergie noire et de la matière noire. Crédit : Agence spatiale européenne
Un tout nouveau plan pour décontaminer Euclide à 1,5 million de km
"Une mission complexe nécessite une réponse unie de la part des équipes de toute l'Europe, et je suis incroyablement reconnaissant pour les efforts et les compétences que tant de personnes y ont consacré", a déclaré Ralf Kohley, scientifique des opérations d'Euclid Instrument qui a coordonné la réponse.
"Cela a nécessité le travail des équipes du centre technique ESTEC de l'ESA aux Pays-Bas, du centre des opérations scientifiques de l'ESAC à Madrid et de l'équipe de contrôle de vol de l'ESOC à Darmstadt, mais nous n'aurions pas pu y parvenir sans le consortium Euclid et les apports essentiels. nous avons obtenu du maître d'oeuvre des engins spatiaux Thales Alenia Space et de son partenaire industriel Airbus Space."
L'option la plus simple serait d'utiliser la procédure de décontamination développée bien avant le lancement et de chauffer l'ensemble du vaisseau spatial. Les équipes de contrôle de mission enverraient des commandes pour allumer chaque chauffage à bord pendant plusieurs jours, augmentant lentement les températures d'environ –140 °C jusqu'à, dans certaines parties du vaisseau spatial, une température « douce » de –3°C.
Faire cela nettoierait les optiques mais chaufferait également toute la structure mécanique du vaisseau spatial. Comme la plupart des matériaux chauffent, ils se dilatent et ne reviennent pas nécessairement exactement au même état après une semaine de refroidissement, ce qui signifie une différence potentiellement subtile dans l'alignement optique d'Euclide. Cela ne suffira pas pour une mission aussi sensible, où des effets peuvent être constatés sur l'optique à partir d'un changement de température d'une fraction de degré seulement, nécessitant au moins plusieurs semaines de recalibrage fin.
"La plupart des autres missions spatiales n'ont pas d'exigences aussi exigeantes en matière de" stabilité thermo-optique "qu'Euclide", explique Andreas Rudolph, directeur de vol d'Euclide au contrôle de mission de l'ESA.
"Pour atteindre les objectifs scientifiques d'Euclide consistant à créer une carte 3D de l'univers en observant des milliards de galaxies jusqu'à 10 milliards d'années-lumière, sur plus d'un tiers du ciel, cela signifie que nous devons maintenir la mission incroyablement stable - et cela inclut son La mise en marche des chauffages dans le module de charge utile doit donc être effectuée avec une extrême prudence.
Pour limiter les changements thermiques, l'équipe commencera par chauffer individuellement les parties optiques à faible risque du vaisseau spatial, situées dans des zones où l'eau libérée est peu susceptible de contaminer d'autres instruments ou optiques. Ils commenceront avec deux miroirs d'Euclide pouvant être chauffés indépendamment. Si la perte de lumière persiste et commence à avoir un impact sur la science, ils continueront à réchauffer d'autres groupes de miroirs d'Euclide, vérifiant à chaque fois quel pourcentage de photons ils récupèrent.
De petites quantités d'eau continueront d'être libérées au sein d'Euclide tout au long de la mission. Une solution à long terme est donc nécessaire pour dégivrer régulièrement ses optiques sans prendre trop de temps précieux sur la mission. Euclide a six ans pour terminer son étude. "VIS mesurera la faible lentille gravitationnelle - la manière dont la matière dans l'univers s'est regroupée sous l'influence de la gravité à mesure que l'univers s'étend - et pour comprendre cela, plus nous observons de galaxies, mieux c'est", explique Reiko Nakajima, scientifique de l'instrument VIS.
"Le dégivrage devrait restaurer et préserver la capacité d'Euclide à collecter la lumière de ces anciennes galaxies, mais c'est la première fois que nous effectuons cette procédure. Nous avons de très bonnes estimations sur la surface à laquelle la glace adhère, mais nous ne le saurons pas. bien sûr jusqu'à ce que nous le fassions.
Mischa conclut : « Une fois que nous aurons isolé la zone affectée, nous espérons pouvoir simplement réchauffer cette partie isolée du vaisseau spatial à l'avenir, selon les besoins. Ce que nous faisons est très complexe et très fin, afin de pouvoir gagner un temps précieux à l'avenir : je suis extrêmement impatient de découvrir où cette glace d'eau s'accumule et dans quelle mesure notre plan fonctionnera."
Malgré la fréquence de ce problème de contamination pour les engins spatiaux fonctionnant dans des conditions froides, il existe étonnamment peu de recherches publiées sur la manière précise dont la glace se forme sur les miroirs optiques et son impact sur les observations. Non seulement Euclide pourrait révéler la nature de la matière noire, mais il pourrait également faire la lumière sur un problème qui tourmente depuis longtemps nos yeux errants dans l'espace, scrutant la Terre et à travers l'univers.
Fourni par l'Agence spatiale européenne
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