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Jupiter, ses lunes glacées, MAJIS… et SMIS

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La ligne SMIS a récemment accueilli l’équipe du service optique de l’Institut d’Astrophysique Spatiale d’Orsay. Leur mission : établir une procédure d'étalonnage très précise de filtres infrarouge, afin de choisir ensuite ceux qui seront implantés dans MAJIS, l’un des instruments de mesure du satellite JUICE. Le lancement de JUICE est prévu en 2022, avec arrivée à sa destination, Jupiter, en 2029 ou 2030.

JUICE, « JUpiter ICy moons Explorer », est la première des 3 missions de classe L (‘Large’) de Cosmic Vision, le programme scientifique de l'Agence Spatiale Européenne pour la décennie 2015-2025, et c’est aussi la première sonde spatiale européenne à destination des planètes externes du système solaire.
Les objectifs principaux de JUICE seront de réaliser des observations détaillées de la planète géante Jupiter et de trois de ses plus grandes lunes, Ganymède, Europa et Callisto. Sous leur croûte glacée, celles-ci pourraient chacune abriter un océan qui, dans le cas de Ganymède, contiendrait plus d'eau que tous les océans de la Terre réunis. Qui dit « eau » disant potentiellement « vie », ces satellites de Jupiter attirent tout particulièrement l’attention des scientifiques.  

Dans le but d’effectuer des observations pendant plus de trois ans, JUICE embarquera une centaine de kilogrammes d’instruments de mesure sous forme de 10 équipements différents, parmi lesquels MAJIS, « Moons and Jupiter Imaging Spectrometer ». Le développement de ce spectromètre d’imagerie est actuellement réalisé par l’Institut d’Astrophysique Spatiale (IAS), pour une livraison attendue en 2020 ; ce développement est mené en collaboration avec l’Agence Spatiale Italienne et l’Observatoire royal de Belgique.

MAJIS effectuera des mesures de transmission dans le visible et l’infrarouge, jusqu’à 5,54 µm de longueur d’onde. Il servira plus particulièrement à observer les caractéristiques des nuages troposphériques sur Jupiter et à caractériser les glaces et minéraux à la surface de ses lunes glacées, notamment Ganymède, car les scientifiques veulent effectuer une cartographie chimique de leur surface.
 

Calibration des filtres infrarouge

Le canal infrarouge de MAJIS utilisera un capteur avec 1024x1024 pixels pour détecter la lumière dans la plage spectrale de 2,25 à 5,54 µm. Un composant essentiel pour ces mesures est un filtre de Fabry-Perot d’épaisseur variable, qui permet à chaque pixel de la matrice d’acquérir des données dans une étroite fenêtre spectrale différente. Cette technologie permet d’obtenir un spectromètre à transmission compact, sans pièces mobiles, pouvant être utilisé à la fois en spectroscopie et en imagerie spectroscopique. Comme la transmission spectrale du filtre est position-dépendante, un étalonnage est nécessaire pour utiliser MAJIS pour des mesures spectrales fiables pendant la mission spatiale, et donc une identification correcte des molécules.

 

Figure 1 : un des filtres analysés, sur son porte échantillon

En s’appuyant sur l’expertise des scientifiques de SMIS, l’équipe IAS optimise ainsi la procédure de calibration. Ces mesures fournissent également un contrôle de qualité à l'équipe qui produit les filtres et peuvent permettre de détecter des problèmes de fabrication.

Sur la base de ces expériences, une fois le modèle de vol du filtre fabriqué, l’étalonnage final sera également effectué sur la ligne SMIS.

Figure 2 : Ce que voit un filtre. Ici, la zone bleue claire en haut est transparente à la longueur d’onde de 5,5µm ; sa transmission est de 60% et la fenêtre visible à mi-hauteur est d’environ 200nm de largeur spectrale.

 [Une collaboration fructueuse existe depuis plusieurs années entre l'IAS et SMIS/SOLEIL, notamment pour l'analyse FTIR d'échantillons extraterrestres (météorites, poussière interplanétaire, etc.)
Plusieurs instruments de l'IAS financés conjointement par DIM-ACAV et SOLEIL sont installés sur SMIS, et notamment le microscope d’imagerie FTIR (Agilent) utilisé pour ces mesures.]