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    TESS se prépare au décollage

    Le satellite Transiting Exoplanet Survey (TESS) de la NASA devrait être lancé sur une fusée SpaceX Falcon 9 depuis le Space Launch Complex 40 de la base aérienne de Cape Canaveral en Floride au plus tôt le 16 avril. 2018. Une fois en orbite, TESS passera environ deux ans à enquêter sur 200, 000 des étoiles les plus brillantes près du soleil pour rechercher des planètes en dehors de notre système solaire. Crédit :NASA

    Le satellite développé par le MIT vise à découvrir des milliers d'exoplanètes proches, dont au moins 50 de la taille de la Terre.

    Il existe potentiellement des milliers de planètes situées juste à l'extérieur de notre système solaire, des voisines galactiques qui pourraient être des mondes rocheux ou des collections plus ténues de gaz et de poussière. Où se trouvent ces exoplanètes les plus proches ? Et lequel d'entre eux pourrions-nous sonder pour trouver des indices sur leur composition et même leur habitabilité ? Le Transiting Exoplanet Survey Satellite (TESS) sera le premier à rechercher ces mondes proches.

    Le vaisseau spatial financé par la NASA, pas beaucoup plus grand qu'un réfrigérateur, porte quatre caméras qui ont été conçues, conçu, et construit au MIT, avec une vision aux yeux écarquillés :pour sonder le plus proche, étoiles les plus brillantes dans le ciel pour les signes de passage des planètes.

    Maintenant, plus d'une décennie depuis que les scientifiques du MIT ont proposé la mission pour la première fois, TESS est sur le point de décoller. Le vaisseau spatial devrait être lancé sur une fusée SpaceX Falcon 9 depuis la base aérienne de Cape Canaveral en Floride, au plus tôt le 16 avril, à 18h32 EDT.

    TESS passera deux ans à scruter la quasi-totalité du ciel, un champ de vision pouvant englober plus de 20 millions d'étoiles. Les scientifiques s'attendent à ce que des milliers de ces étoiles hébergent des planètes en transit, qu'ils espèrent détecter grâce aux images prises avec les caméras de TESS.

    Au milieu de cette générosité extrasolaire, l'équipe scientifique TESS du MIT vise à mesurer les masses d'au moins 50 petites planètes dont le rayon est inférieur à quatre fois celui de la Terre. De nombreuses planètes de TESS devraient être suffisamment proches de la nôtre pour que, une fois identifiés par TESS, les scientifiques peuvent zoomer sur eux à l'aide d'autres télescopes, détecter les atmosphères, caractériser les conditions atmosphériques, et même rechercher des signes d'habitabilité.

    "TESS est un peu comme un éclaireur, " dit Natalia Guerrero, directeur adjoint de TESS Objets d'Intérêt, un effort dirigé par le MIT qui cataloguera les objets capturés dans les données TESS qui peuvent être des exoplanètes potentielles.

    "Nous sommes sur cette tournée panoramique de tout le ciel, et à certains égards, nous n'avons aucune idée de ce que nous allons voir, " Guerrero dit. "C'est comme si nous faisions une carte au trésor :voici toutes ces choses sympas. Maintenant, poursuivez-les."

    Une graine, planté dans l'espace

    Les origines de TESS sont nées d'un satellite encore plus petit qui a été conçu et construit par le MIT et lancé dans l'espace par la NASA le 9 octobre. 2000. L'explorateur de transitoires à haute énergie 2, ou HETE-2, en orbite autour de la Terre pendant sept ans, en mission pour détecter et localiser les sursauts gamma, des explosions à haute énergie qui émettent des des sursauts fugaces de rayons gamma et X.

    Pour détecter un tel extrême, phénomènes de courte durée, scientifiques du MIT, dirigé par le chercheur principal George Ricker, intégré au satellite une suite de caméras optiques et à rayons X équipées de CCD, ou des appareils à couplage de charge, conçu pour enregistrer les intensités et les positions de la lumière dans un format électronique.

    "Avec l'avènement des CCD dans les années 1970, vous aviez cet appareil fantastique... qui a facilité beaucoup de choses pour les astronomes, " déclare Joel Villasenor, membre de l'équipe HETE-2, qui est maintenant également scientifique des instruments pour TESS. "Vous venez de résumer tous les pixels sur un CCD, qui vous donne l'intensité, ou grandeur, de la lumière. Donc les CCD ont vraiment ouvert les choses à l'astronomie."

    En 2004, Ricker et l'équipe HETE-2 se sont demandé si les caméras optiques du satellite pouvaient détecter d'autres objets dans le ciel qui avaient commencé à attirer la communauté de l'astronomie :les exoplanètes. Vers cette heure-ci, seule une poignée de planètes en dehors de notre système solaire avait été découverte. Ceux-ci ont été trouvés avec une technique connue sous le nom de méthode du transit, qui consiste à rechercher des creux périodiques de la lumière de certaines étoiles, qui peut signaler une planète passant devant l'étoile.

    "Nous pensions, La photométrie des caméras de HETE-2 était-elle suffisante pour que nous puissions pointer une partie du ciel et détecter l'un de ces creux ? Il va sans dire, ça n'a pas vraiment fonctionné, " se souvient Villasenor. " Mais c'était en quelque sorte la graine qui nous a fait penser, peut-être devrions-nous essayer de piloter des CCD avec une caméra pour essayer de détecter ces choses. »

    Un chemin, effacé

    En 2006, Ricker et son équipe du MIT ont proposé un petit satellite low cost (HETE-S) à la NASA en tant que mission de classe Discovery, et plus tard en tant que mission financée par des fonds privés pour 20 millions de dollars. Mais comme le coût de, et l'intérêt pour, un relevé d'exoplanètes dans tout le ciel s'est développé, ils ont plutôt décidé de rechercher un financement de la NASA, à un niveau supérieur de 120 millions de dollars. En 2008, ils ont soumis une proposition pour une mission de classe NASA Small Explorer (SMEX) avec le nouveau nom—TESS.

    En ce moment, la conception du satellite comprenait six caméras CCD, et l'équipe a proposé que le vaisseau spatial vole en orbite terrestre basse, similaire à celui de HETE-2. Une telle orbite, ils raisonnaient, devrait continuer à observer une efficacité relativement élevée, car ils avaient déjà érigé des stations au sol de réception de données pour HETE-2 qui pourraient également être utilisées pour TESS.

    Mais ils se sont vite rendu compte qu'une orbite terrestre basse aurait un impact négatif sur les caméras beaucoup plus sensibles de TESS. La réaction du vaisseau spatial au champ magnétique terrestre, par exemple, pourrait entraîner une « gigue importante de l'engin spatial, " produisant un bruit qui cache le plongeon révélateur d'une exoplanète dans la lumière des étoiles.

    La NASA a contourné cette première proposition, et l'équipe est retournée à la planche à dessin, cette fois émergeant avec un nouveau plan qui s'articulait autour d'une orbite complètement nouvelle. Avec l'aide d'ingénieurs du Goddard Space Flight Center de la NASA et de l'Aerospace Corporation, l'équipe a identifié une orbite "à résonance lunaire" jamais utilisée auparavant qui maintiendrait le vaisseau spatial extrêmement stable, tout en lui donnant une vue plein ciel.

    Une fois que TESS atteint cette orbite, il lancera une fronde entre la Terre et la Lune sur une trajectoire hautement elliptique qui pourrait maintenir TESS en orbite pendant des décennies, guidé par l'attraction gravitationnelle de la lune.

    "La lune et le satellite sont dans une sorte de danse, " dit Villasenor. " La lune tire le satellite d'un côté, et au moment où TESS termine une orbite, la lune est de l'autre côté tirant dans la direction opposée. L'effet global est que l'attraction de la lune est égalisée, et c'est une configuration très stable sur de nombreuses années. Personne n'a fait ça avant, et je soupçonne que d'autres programmes essaieront d'utiliser cette orbite plus tard."

    Dans sa trajectoire actuelle prévue, TESS se balancera vers la lune pendant moins de deux semaines, rassembler des données, puis retournez vers la Terre où, sur son approche la plus proche, il transmettra les données aux stations au sol de 67, 000 milles au-dessus de la surface avant de repartir. Finalement, cette orbite permettra à TESS d'économiser une énorme quantité de carburant, car il n'aura pas besoin de brûler régulièrement ses propulseurs pour garder son chemin.

    Avec cette orbite remaniée, l'équipe TESS a soumis une deuxième proposition en 2010, cette fois en tant que mission de classe Explorer, ce que la NASA a approuvé en 2013. C'est à cette époque que le télescope spatial Kepler a mis fin à son enquête initiale sur les exoplanètes. L'observatoire, qui a été lancé en 2009, a regardé une partie du ciel pendant quatre ans, pour surveiller la lumière des étoiles lointaines pour des signes de planètes en transit.

    D'ici 2013, deux des quatre roues de réaction de Kepler étaient usées, empêchant le vaisseau spatial de poursuivre son levé initial. À ce point, les mesures du télescope avaient permis de découvrir près de 1, 000 exoplanètes confirmées. Kepler, conçu pour étudier les étoiles lointaines, a ouvert la voie à TESS, une mission avec une vision beaucoup plus large, pour scanner les étoiles les plus proches de la Terre.

    "Kepler monta, et a été cet énorme succès, et les chercheurs ont dit, 'Nous pouvons faire ce genre de science, et il y a des planètes partout, " déclare Jennifer Burt, membre du TESS, un postdoc MIT-Kavli. "Et je pense que c'était vraiment la case à cocher scientifique dont nous avions besoin pour que la NASA dise, 'D'accord, TESS a beaucoup de sens maintenant. Cela permettra non seulement de détecter des planètes, mais trouver des planètes que nous pouvons complètement caractériser après coup."

    Des rayures dans le ciel

    Avec la sélection de la NASA, l'équipe TESS a mis en place des installations sur le campus et dans le laboratoire Lincoln du MIT pour construire et tester les caméras du vaisseau spatial. Les ingénieurs ont conçu des capteurs CCD à "déplétion profonde" spécifiquement pour TESS, ce qui signifie que les caméras peuvent détecter la lumière sur une large gamme de longueurs d'onde jusqu'au proche infrarouge. C'est important, comme la plupart des étoiles proches que TESS surveillera sont des naines rouges - petites, étoiles froides qui émettent moins brillamment que le soleil et dans la partie infrarouge du spectre électromagnétique.

    Si les scientifiques peuvent détecter des baisses périodiques de la lumière de telles étoiles, cela peut signaler la présence de planètes avec des orbites nettement plus étroites que celle de la Terre. Néanmoins, il y a une chance que certaines de ces planètes soient dans la "zone habitable, " comme ils entoureraient des étoiles beaucoup plus froides, par rapport au soleil. Comme ces étoiles sont relativement proches, les scientifiques peuvent effectuer des observations de suivi avec des télescopes au sol pour aider à déterminer si les conditions pourraient effectivement être propices à la vie.

    Les caméras de TESS sont montées au sommet du satellite et entourées d'un cône de protection pour les protéger des autres formes de rayonnement électromagnétique. Chaque caméra a une vue du ciel à 24 par 24 degrés, assez grand pour englober la constellation d'Orion. Le satellite commencera ses observations dans l'hémisphère sud et divisera le ciel en 13 bandes, surveiller chaque segment pendant 27 jours avant de passer au suivant. TESS devrait être capable d'observer la quasi-totalité du ciel de l'hémisphère sud au cours de sa première année, avant de passer à l'hémisphère nord dans sa deuxième année.

    Alors que TESS pointe vers une bande du ciel, ses caméras prendront des photos des étoiles dans cette partie. Ricker et ses collègues ont dressé une liste de 200, 000 à proximité, étoiles brillantes qu'ils voudraient particulièrement observer. Les caméras du satellite créeront des images "timbres-poste" qui incluent des pixels autour de chacune de ces étoiles. Ces images seront prises toutes les deux minutes, afin de maximiser les chances d'attraper le moment où une planète passe devant son étoile. Les caméras prendront également des images plein format de toutes les étoiles dans une bande particulière du ciel, toutes les 30 minutes.

    "Avec les images de deux minutes, vous pouvez obtenir une image cinématographique de ce que fait la lumière des étoiles alors que la planète passe devant son étoile hôte, " Guerrero dit. "Pour les images de 30 minutes, les gens sont excités à l'idée de voir peut-être des supernovae, astéroïdes, ou homologues aux ondes gravitationnelles. Nous n'avons aucune idée de ce que nous allons voir à cette échelle de temps."

    Sommes-nous seuls?

    Après le lancement de TESS, l'équipe s'attend à ce que le satellite rétablisse le contact dans la première semaine, pendant laquelle il allumera tous ses instruments et caméras. Puis, il y aura une phase de mise en service de 60 jours, tandis que les ingénieurs de la NASA et du MIT étalonnent les instruments et surveillent la trajectoire et les performances du satellite. Après ça, TESS commencera à collecter et à effectuer des liaisons descendantes des images du ciel. Les scientifiques du MIT et de la NASA prendront les données brutes et les convertiront en courbes de lumière indiquant l'évolution de la luminosité d'une étoile au fil du temps.

    De là, l'équipe scientifique TESS, dont Sara Seager, la classe de 1941 professeur de la Terre, Sciences atmosphériques et planétaires, et directeur scientifique adjoint du TESS, regardera à travers des milliers de courbes lumineuses, pour au moins deux plongeons similaires à la lumière des étoiles, indiquant qu'une planète peut être passée deux fois devant son étoile. Seager and her colleagues will then employ a battery of methods to determine the mass of a potential planet.

    "Mass is a defining planetary characteristic, " Seager says. "If you just know that a planet is twice the size of Earth, it could be a lot of things:a rocky world with a thin atmosphere, or what we call a "mini-Neptune"—a rocky world with a giant gas envelope, where it would be a huge greenhouse blanket, and there would be no life on the surface. So mass and size together give us an average planet density, which tells us a huge amount about what the planet is."

    During TESS's two-year mission, Seager and her colleagues aim to measure the masses of 50 planets with radii less than four times that of Earth—dimensions that could signal further observations for signs of habitability. Pendant ce temps, the whole scientific community and public will get a chance to search through TESS data for their own exoplanets. Once the data are calibrated, the team will make them publicly available. Anyone will be able to download the data and draw their own interpretations, including high school students, armchair astronomers, and other research institutions.

    With so many eyes on TESS'S data, Seager says there's a chance that, some day, a nearby planet discovered by TESS might be found to have signs of life.

    "There's no science that will tell us life is out there right now, except that small rocky planets appear to be incredibly common, " Seager says. "They appear to be everywhere we look. So it's got to be there somewhere."

    TESS is a NASA Astrophysics Explorer mission led and operated by MIT in Cambridge, Massachusetts, and managed by NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. George Ricker of MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Research serves as principal investigator for the mission. Additional partners include Orbital ATK, NASA's Ames Research Center, the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, and the Space Telescope Science Institute. More than a dozen universities, research institutes, and observatories worldwide are participants in the mission.


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