La NASA fournira un instrument à une mission spatiale européenne qui explorera les atmosphères de centaines de planètes en orbite autour d'étoiles au-delà de notre Soleil, ou exoplanètes, pour la première fois.

L'instrument, appelée Contribution à la Spectroscopie des Exoplanètes ARIEL, ou CAS, ajoute des capacités scientifiques au grand relevé de l'exoplanète infrarouge par télédétection atmosphérique de l'ESA (Agence spatiale européenne), ou ARIEL, mission.

Le vaisseau spatial ARIEL avec CASE à bord devrait être lancé en 2028. CASE sera géré par le Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, Californie, avec l'astrophysicien du JPL Mark Swain comme chercheur principal.

"Je suis ravi que la NASA s'associe à l'ESA dans cette mission historique pour repousser les limites de notre compréhension de la composition de l'atmosphère des exoplanètes, et comment ces planètes se forment et évoluent, " a déclaré Thomas Zurbuchen, administrateur associé de la Direction des missions scientifiques de la NASA à Washington. "Plus nous avons d'informations sur les exoplanètes, plus nous nous rapprochons de la compréhension des origines de notre système solaire, et faire avancer notre recherche de planètes semblables à la Terre ailleurs."

Jusque là, les scientifiques en ont trouvé plus de 4, 000 exoplanètes confirmées dans la Voie lactée. Le télescope spatial Kepler à la retraite de la NASA et le satellite actif d'enquête sur les exoplanètes en transit (TESS) sont deux observatoires qui ont contribué à ce décompte. Ces télescopes ont découvert des planètes en observant la luminosité de la lumière d'une étoile diminuant lorsqu'une planète croise sa face, un événement appelé "transit". ARIEL, mallette de transport, poussera la chasse aux planètes à travers les transits un peu plus loin, en fouillant plus profondément dans les planètes déjà connues pour exister.

ARIEL pourra voir les empreintes chimiques, ou "spectres, " de l'atmosphère d'une planète à la lumière de son étoile. Pour ce faire, le vaisseau spatial observera la lumière des étoiles traversant l'atmosphère des planètes lorsqu'elles passeront devant leurs étoiles, ainsi que la lumière émise par les atmosphères des planètes juste avant et après leur disparition derrière leurs étoiles. Ces empreintes digitales permettront aux scientifiques d'étudier les compositions, températures, et des processus chimiques dans les atmosphères des planètes observées par ARIEL.

Ces empreintes chimiques des atmosphères des exoplanètes sont extrêmement faibles. Les identifier est un énorme défi pour les astronomes, et nécessite un télescope pour regarder les étoiles individuelles pendant une longue période. Mais de nombreux observatoires spatiaux sont polyvalents, et doivent partager leur temps entre différents types d'enquêtes scientifiques. ARIEL sera le premier engin spatial entièrement dédié à l'observation de centaines d'atmosphères d'exoplanètes, cherchant à identifier leur contenu, températures et processus chimiques. L'ajout de CASE, qui observera les nuages ​​et les brumes, fournira une image plus complète des atmosphères des exoplanètes observées par ARIEL.

Jusque là, les télescopes n'ont pu sonder soigneusement les atmosphères d'une poignée d'exoplanètes que pour déterminer leurs chimies. ARIEL est beaucoup plus grand, un échantillon plus diversifié permettra aux scientifiques de considérer ces mondes non seulement comme des objets exotiques individuels, mais en tant que population, et découvrir de nouvelles tendances dans leurs points communs et leurs différences.

L'instrument CASE sera sensible à la lumière dans le proche infrarouge, qui est invisible aux yeux humains, ainsi que la lumière visible. Ceci complète l'autre instrument d'ARIEL, appelé spectromètre infrarouge, qui fonctionne à des longueurs d'onde plus longues. CASE examinera spécifiquement les nuages ​​​​et les brumes des exoplanètes, en déterminant leur fréquence, ainsi que leur influence sur les compositions et autres propriétés des atmosphères planétaires. CASE permettra également de mesurer l'albédo de chaque planète, la quantité de lumière réfléchie par la planète.

Le vaisseau spatial se concentrera sur les planètes exceptionnellement chaudes de notre galaxie, avec des températures supérieures à 600 degrés Fahrenheit (320 degrés Celsius). De telles planètes sont plus susceptibles de transiter par leur étoile que les planètes en orbite plus éloignée, et leurs courtes périodes orbitales offrent plus d'opportunités d'observer les transits dans une période de temps donnée. Plus de transits donnent aux astronomes plus de données, leur permettant de révéler la faible empreinte chimique de l'atmosphère d'une planète.

La population de la planète chaude d'ARIEL comprendra des géantes gazeuses comme Jupiter, ainsi que des planètes gazeuses plus petites appelées mini-Neptunes et des mondes rocheux plus grands que notre planète appelées super-Terres. Alors que ces planètes sont trop chaudes pour héberger la vie telle que nous la connaissons, ils nous en diront beaucoup sur la façon dont les planètes et les systèmes planétaires se forment et évoluent. De plus, les techniques et les connaissances acquises lors de l'étude des exoplanètes avec ARIEL et CASE seront utiles lorsque les scientifiques utiliseront de futurs télescopes pour regarder vers de plus petits, plus froid, des mondes plus rocheux avec des conditions qui ressemblent plus à celles de la Terre.

L'instrument CASE se compose de deux détecteurs et de l'électronique associée qui contribuent au système de guidage d'ARIEL. CASE tire parti des mêmes détecteurs et électroniques que la NASA contribue à la mission Euclid de l'ESA, qui sondera des questions profondes sur la structure de l'univers et ses deux plus grandes composantes mystérieuses :la matière noire et l'énergie noire.

Le vaisseau spatial ARIEL avec CASE à bord sera sur la même orbite que le télescope spatial James Webb de la NASA, qui devrait être lancé en 2021. Les deux parcourront environ 1 million de miles (1,5 million de kilomètres) de la Terre jusqu'à un point spécial de stabilité gravitationnelle appelé Lagrange Point 2. Cet emplacement permet au vaisseau spatial de faire le tour du Soleil avec la Terre, tout en utilisant peu de carburant pour maintenir son orbite.

Alors que Webb sera également capable d'étudier les atmosphères des exoplanètes, et ses instruments couvrent une gamme de lumière similaire à ARIEL, Webb ciblera un plus petit échantillon d'exoplanètes à étudier plus en détail. Parce que le temps de Webb sera divisé, partagé avec des enquêtes sur d'autres aspects de l'univers, il fournira des connaissances détaillées sur des exoplanètes particulières plutôt que d'en étudier des centaines. ARIEL se lancera plusieurs années après Webb, il pourra ainsi capitaliser sur les enseignements tirés de Webb en termes de planification des observations et de sélection des planètes à étudier.

"C'est une période passionnante pour la science des exoplanètes alors que nous nous tournons vers la prochaine génération de télescopes et d'instruments spatiaux, " a déclaré Paul Hertz, directeur de la division d'astrophysique au siège de la NASA, Washington. "CASE s'ajoute à un ensemble exceptionnel de technologies qui nous aideront à mieux comprendre notre place dans la galaxie."

CASE est une mission d'opportunité d'explorateurs en astrophysique, géré par JPL. Le programme Astrophysics Explorers est géré par le Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, pour la Direction des missions scientifiques au siège de la NASA à Washington, DC.