D'une manière générale, un satellite est un objet orbitant (tournant) autour d'un autre. Dans l'espace, on parle de satellites naturels et artificiels :

1. Les satellites naturels : ce sont des corps en orbite autour d'un corps plus massif (par exemple une planète). La Lune est un satellite orbitant autour de la planète Terre.
2. Les satellites artificiels : objets créés par l'homme, placés en orbites par une fusée, et qui orbitent autour d'un corps plus massif. C'est le cas de notre télescope Euclid.

PRÉAMBULE :

Cet article à été écrit le 18/09/2023, soit environ un mois après le lancement réussi du télescope Euclid. Tout ce que contient ledit article est d'actualité jusqu'au 18/09/2023.

Bien évidemment, par la suite, il ne se passera pas une journée où des images, informations, découvertes… ne seront envoyés par le télescope.

Mais la mission décrite ici du télescope Euclid reste, et restera, toujours d'actualité évidemment.

L’ESA (European Space Agency), soit l’Agence spatiale européenne a expédié en orbite un satellite de sa construction dénommée Euclid, nommée ainsi en l’honneur du mathématicien de la Grèce antique, lequel satellite a décollé le 01/07/2023 et est arrivé sur place le 28 juillet.

L’Europe souhaitait envoyer son satellite Euclid dans l’espace, mais ne dispose pas actuellement de lanceur opérationnel car Ariane 6 ne le sera que dans 2 ans. L’Europe devait donc se tourner du côté de Moscou pour utiliser une fusée russe Soyouz. Mais la guerre en Ukraine, d'actualité à l'heure de la rédaction de cet article le 18/09/2023, a empêché les occidentaux, sur leurs propres décisions, de faire appel aux russes.

Il ne restait plus qu’une seule solution : envoyer Euclid en orbite par une fusée Falcon 9 de la société d’Elon Musk, Space X. C'est ce qui a été fait. Mike Healy, responsable des projets scientifiques à l’ESA, a déclaré “Nous leur devons un immense merci. Sans eux, notre satellite serait resté au sol pendant deux ans”.

Après plus de 11 ans à concevoir et développer Euclid, ce dernier a décollé le samedi 1er juillet 2023 à 11 heures 12, heure locales (17 heures à Paris) depuis la station spatiale de Cap Canaveral en Floride, à bord (dans la soute) d’une fusée Falcon 9 de la société d’Elon Musk, Space X. Tout s’est parfaitement passé. Ci-dessous le décollage :

Ce télescope a été nommé Euclid en l’honneur du mathématicien de la Grèce antique surnommé le “père de la géométrie”. Après s’être séparé de la fusée, il a comme prévu émis son premier signal.

Une fois le satellite envoyé dans l’espace, il faut, comme tous les satellites, le positionner. Pour cela il y a un endroit fétiche ou nombre de satellites se retrouvent, il s’agit du point de Lagrange situé à 1,6 millions de kilomètres de la Terre. Plus précisément Lagrange L2. C’est d’ailleurs à cet endroit qu’a été positionné le très célèbre satellite à 10 milliards de dollars, le JWST qui fait d’ailleurs des merveilles. Ton serviteur consacrera, dans quelques semaines, un article complet aux photos et révélations faites par le JWST depuis son lancement.

Considérons un système où un corps tourne autour d’un autre beaucoup plus gros. Nous pouvons prendre en exemple dans un tel cas la Terre qui tourne autour du Soleil, ou la Lune autour de la Terre, etc… Dans une telle configuration, on s’aperçoit qu’il existe 5 positions dans cet ensemble ou un troisième corps extrêmement léger (satellite, astéroïde, etc…) reste de façon fixe stable ou instable par rapport aux deux corps précédemment cités.

Quand il est dit de façon fixe stable ou instable, ceci signifie que l’objet ultraléger reste immobile dans le sens où il suit la rotation du centre de gravité commun des deux éléments massifs, sans que sa position par rapport auxdits éléments massifs évolue. Le troisième élément est dit en résonance 1:1. Les points de Lagrange sont en résonance 1:1 et constituent une exception pour leur stabilité.

La résonance est le nombre de révolutions réalisées par un corps céleste par rapport à un autre autour d’un troisième corps. Si un corps A réalise deux révolutions autour d’un corps C, et qu’un corps B en réalise 4, on dira que le corps A est en résonance 2:4 par rapport au corps B.

Plus de détails par les quatre schémas ci-dessous que tu peux zapper, ce qui ne perturbera pas la suite de la lecture de l’article.

Sur ces cinq points, les trois premiers ont été découvert en 1764 par le mathématicien Leonhard Euler et les deux autres par son collègue Joseph Lagrange en 1772. Mais c’est ce dernier qui a piqué toute la gloire de ces points ! Sympa, le mec…

Avant de passer aux missions du télescope Euclid, un petit clin d’œil. Euclid n’est pas un satellite immense, il est à peine plus gros qu’un minibus. Mais les scientifiques, qui s’intéressent toujours à tout, ont voulu avant même son arrivée définitive dans l’espace le prendre en photo durant son trajet.

C’est ainsi que l’oeil perçant du télescope CANADA-FRANCE-HAWAÏ CHFT, installé au sommet du volcan Mauna Kea à Hawaï a photographié depuis le sol le 12 juillet 2023 Euclid quand il était alors à 920 000 km de la Terre. Pour rappel, comme expliqué ci-dessus, son emplacement définitif est le point de Lagrange L2 situé à 1,6 millions de kilomètres de la Terre.

Mais ce télescope a voulu faire du zèle auprès de ses maîtres, car doté d’un miroir de 3,6 m – et surtout d’une caméra de 378 millions de pixels (Megacam) – il a repéré le satellite de cosmologie à près de 920 000 km de la Terre, oui ami astronome, mais pendant qu’il fonçait vers le point de Lagrange L2 du système Terre-Soleil à 1,6 million de kilomètres.

Petits rappels :

• La matière noire ne ressemble à rien du tout de ce qui existe sur Terre. À chaque seconde des milliards de particules non visibles traversent tout ce qu’elle rencontre sur notre planète et tout le reste de l’Univers. Et ce n’est pas une petite chose, puisque ces particules sont tellement massives qu’elles ont le pouvoir d’influencer les galaxies, leurs formations, et leur vitesse de rotation. Ce n’est quand même pas rien, ma cousine ! Elle est totalement invisible, et les scientifiques sont pourtant persuadés qu’elle est partout présente, même si nous n’en avons encore aucune de son existence. Elle n’émet aucune lumière et n’en absorbe aucune. Elle n’a ainsi aucune interaction avec la lumière. Mais les spécialistes sont absolument certains qu’elle est là et qu’elle existe.
• L’énergie sombre domine largement l’espace, et son énergie répulsive éloigne les galaxies les unes des autres. L’expansion de l’Univers depuis ses débuts, non seulement ne ralentis pas, mais l’accélère. Depuis le Big-Bang, l’espace est entré en expansion et n’a jamais cessé, éloignant les galaxies les unes des autres, alors que ces dernières ne sont pas en expansion et restent identiques. La Terre, le système solaire, ne sont pas en expansion.

Euclid observera des milliards de galaxies situées jusqu’à 10 milliards d’années-lumière pour créer la plus grande et plus précise carte 3D de l’Univers, avec une troisième dimension représentant le temps lui-même. Pas banal, hein, ma cousine ? Euclid établira un tableau détaillé présentant la forme, la position et le mouvement des galaxies qui révélera comment la matière est répartie sur d’immenses distances, et comment l’expansion de l’Univers a évolué au cours de l’histoire cosmique.

Ceci permettra aux astronomes d’en déduire les propriétés de l’énergie noire et de la matière noire. Ces informations aideront les théoriciens à améliorer notre compréhension du rôle de la gravité et à cerner la nature de ces entités énigmatiques.

Euclid est prévu pour être opérationnel durant les six prochaines années et a coûté 1,5 milliard d’euros. Les scientifiques en attendent beaucoup (comme tous les nouveaux satellites tu me diras) et pensent qu’Euclid va révolutionner l’astrophysique et peut-être notre compréhension de la gravité.

Euclid va explorer la matière noire et énergie sombre à la loupe. Il va utiliser un télescope grand angle pour étudier les galaxies situées à des distances allant jusqu’à 10 milliards d’années-lumière de la Terre, à travers une vaste étendue du ciel au-delà de la Voie lactée (notre galaxie). Le vaisseau spatial de dix tonnes est également équipé d’instruments conçus pour mesurer l’intensité et les spectres de la lumière infrarouge provenant de ces galaxies, afin de déterminer précisément leurs distances.

Euclid livrera les cartes les plus détaillées du ciel extragalactique. Elles dévoileront la répartition de la matière noire dans l’espace-temps en fonction de son effet de déformation sur la lumière des galaxies en arrière-plan, connu sous le nom de “lentille gravitationnelle faible”. Cet effet permettra aux cosmologistes de “mesurer si l’échafaudage de matière noire est mince et dense ou plus gonflé”, ce qui pourrait fournir des indices sur la nature des particules élémentaires qui constituent la matière noire. Si tu ne réalises pas tout de suite, relis ce passage tranquillement… 😊

Euclid explorera aussi la distribution des galaxies, à la recherche de caractéristiques qui sont des restes d’ondes dans le bouillon de matière sans relief qui constituait l’Univers primordial. Ces “oscillations acoustiques baryoniques” ont déjà été utilisées pour suivre le taux d’expansion cosmique tout au long de l’histoire de l’Univers, mais Euclid sera en mesure de repousser ce type d’étude plus loin dans le temps que jamais auparavant.

Euclid résulte d’une collaboration internationale, impliquant des scientifiques du CNRS-INSU et du CNRS-IN2P3. Le Consortium Euclid – composé de plus de 1 500 scientifiques répartis dans 300 laboratoires et instituts de 17 pays différents – a fourni les instruments scientifiques et participera à la production et à l’analyse des données scientifiques.

La mission spatiale Euclid va cartographier la distribution de la matière noire et celle des galaxies ainsi que leurs évolutions respectives au cours des 10 derniers milliards d’années. Euclid va établir cette « tomographie cosmique » en observant 1 5000 deg-carrés de la voute céleste (un tiers de la totalité du ciel), avec un télescope de 1,2 mètre de diamètre, grand champ.

Euclid effectuera une cartographie de haute précision de la matière noire grâce au cisaillement gravitationnel (la matière peut déformer localement l’espace-temps, modifier la trajectoire de la lumière et ainsi déformer l’image des galaxies et des amas situés en arrière-plan) occasionné par celle-ci.

La matière ordinaire et la matière noire ne sont pas réparties uniformément dans l’espace, mais disposées en structures filamentaires souvent appelées « toile cosmique ». Le changement dans le temps de la matière noire et le regroupement de sa distribution spatiale globale révèlent le rôle et les propriétés de l’énergie noire. Alliant puissance statistique et une importante étendue couverte en redshift (décalage vers le rouge des galaxies, signe qu’elles s’éloignent de l’instrument qui les observe, selon l’effet Doppler), le catalogue d’amas de galaxies d’Euclid sera révolutionnaire, en particulier en ce qui concerne la caractérisation des amas à haut redshift.

Ouf, il a du boulot en perspective notre ami Euclid, ne trouves-tu pas, ami ?

Le télescope spatial, construit par Airbus Defense and Space, alimentera en photons deux instruments, un imageur visible (VIS) et un spectromètre-photomètre infrarouge (NISP), qui observeront les mêmes champs en parallèle pendant 6 années.

1. Le NISP (Near Infrared Spectro Photometer) va imager les galaxies dans la lumière infrarouge et mesurer la quantité de lumière à travers différents filtres de couleur. Son champ de vision, le plus grand pour un instrument de ce type envoyé dans l’espace, va lui permettre d’imager et d’estimer les distances de millions de galaxies.
2. Le VIS (VISible instrument) va observer les galaxies dans le spectre du visible afin de mesurer leur forme en réalisant des images ultra nettes. Ces données vont permettre « d’évaluer la déformation de l’image des galaxies par les effets générés par la matière baryonique et la matière noire présentes dans les amas de galaxies », explique le CNES. Les observations du VIS seront croisées avec celles du NISP et de huit télescopes terrestres. Les opérations de test et de calibrage d’Euclid vont se poursuivre durant les prochains mois et les premières images scientifiques devraient être présentées d’ici la fin de l’année.

Euclid se livrera à un travail incessant : le télescope observera 20h/24h et les 4 h restantes serviront à transférer les données vers la Terre. À la réception sur Terre, les données seront vérifiées puis traitées par la chaine de traitement du consortium pour établir progressivement une cartographie de la distribution de la matière noire et des galaxies par tranche de 1 milliard d’années environ.

Ces données seront exploitées immédiatement par les scientifiques du consortium puis rendues publiques 6 mois plus tard, environ. Le traitement et l’analyse scientifique de données d’Euclid est un travail titanesque qui implique plusieurs centaines de chercheurs et ingénieurs.

Ton serviteur remercie tous ces scientifiques de ce magnifique travail qui va nous faire découvrir énormément de choses concernant le cosmos.

Actuellement en phase de calibrage, le télescope Euclid a déjà cependant livré ses toutes premières images, moins d’un mois après son lancement. Il faut reconnaître, ami passionné, que ces images sont déjà spectaculaires et ne sont qu’un petit aperçu des capacités d’Euclid. Elles n’ont subi aucun traitement et sont encore parsemées d’artefacts, notamment des rayons cosmiques. Mais l’Esa promet que les images scientifiques du télescope seront d’une « netteté remarquable ».

Souhaitons beaucoup de succès à Euclid, et qu'il nous éclaire sur les mystères de l'Univers, ce pour quoi il a été envoyé dans le cosmos.