LESIA - Observatoire de Paris

Premiers résultats du télescope spatial Herschel sur le système solaire

mercredi 26 mai 2010

(mise à jour le 27 mai 2010)

Lancé le 14 mai 2009 par Ariane 5, Herschel, du nom du physicien qui découvrit l’infrarouge en 1800, est le plus grand télescope spatial dédié à l’astronomie dans le domaine spectral de l’infrarouge et du submillimétrique. Herschel possède le plus grand miroir construit à ce jour pour l’astronomie spatiale.

Trois instruments sont embarqués à son bord : HIFI, un spectromètre à haute résolution dédié à l’étude de la chimie de l’Univers, PACS, une caméra à bolomètres pour cartographier l’émission infrarouge des grains de poussière et SPIRE, qui remplit les mêmes fonctions que PACS mais à de plus grandes longueurs d’onde, dans l’infrarouge submillimétrique. De nombreuses informations complémentaires sont disponibles sur le site Herschel France.

Le pôle de planétologie du LESIA est très fortement impliqué dans deux programmes clés d’Herschel qui concernent le système solaire : l’un sur les atmosphères planétaires et cométaires, l’autre sur les objets trans-neptuniens. Les premiers résultats (7 articles) sont en cours de publication dans la revue Astronomy & Astrophysics.

Le système solaire vu par Herschel

Le spectre submillimétrique de Neptune, mesuré de 50 à 220 micromètres avec l’instrument PACS, montre de nombreuses raies de HD, H2O, CH4 et CO. L’enrichissement en deutérium par rapport au nuage protosolaire, déjà constaté dans le passé avec le satellite ISO, est confirmé. La présence de H2O et CO dans la stratosphère de Neptune, également confirmée, suggère une source extérieure d’oxygène, peut-être apportée par des chutes de comètes. L’abondance du méthane dans la stratosphère de Neptune est mesurée avec une grande précision.

Le spectre submillimétrique de Neptune observé par l’instrument PACS de Herschel. On y voit les raies des molécules de méthane, d’eau, de dioxyde de carbone, et de HD.
© Lellouch et al. 2010.

L’observatoire Herschel est spécialement bien équipé pour observer l’eau, composant majeur des comètes. La comète C/2008 Q3 (Garradd) a été la première observée, avec l’instrument HIFI qui a détecté trois raies fondamentales de rotation de l’eau.

La carte de la distribution de l’eau dans la chevelure de la comète C/2008 Q3 (Garradd), obtenue par l’observation de la raie à 0,5mm de longueur d’onde de l’eau par l’instrument HIFI de Herschel.
© Hartogh et al. 2010.

La comète C/2006 W3 (Christensen) a été observée avec les instruments PACS et SPIRE alors qu’elle était à 3,3 unités astronomiques du Soleil, une distance où la sublimation de l’eau est peu efficace. Des mesures complémentaires ont été obtenues au sol avec les radiotélescopes de Nançay et de l’IRAM. L’eau n’a pas été détectée, la chevelure se révélant enrichie en molécules plus volatiles (CO, CH3OH...) par rapport aux comètes observées plus près du Soleil. Des images de la comète ont été obtenues. Le rayonnement submillimétrique de la chevelure est dû aux particules de poussières de grande taille (supérieure au millimètre) et la quantité de poussières a pu être estimée.

Les images de la comète C/2006 W3 (Christensen) obtenues par l’instrument PACS de Herschel aux longueurs d’onde de 70 micromètres (à gauche) et 160 micromètres (à droite). Ces images tracent l’émission des particules de poussière de grande taille (> 1 mm) présentes dans la chevelure de la comète.
© Bockelée-Morvan et al. 2010.

Un recensement d’environ 140 objets trans-neptuniens a été entrepris avec les instruments PACS et SPIRE de Herschel. La mesure de leur émission submillimétrique permet la détermination de leur taille et de leur albédo (coefficient de réflexion). Les premiers résultats concernent une dizaine d’objets de 100 à 1300 km de diamètre dont les albédos s’étalent de 0,05 (objets sombres) à 0,7 (objets brillants). L’observation de la courbe de lumière thermique de la planète naine (136108) Haumea a permis de confirmer que l’objet était allongé. Les observations de (90482) Orcus et (136472) Makemake ont été combinées avec les observations dans l’infrarouge de l’observatoire spatial Spitzer, montrant que la surface de Makemake est hétérogène, mais pas celle d’Orcus.

Courbe de lumière thermique de Haumea à 100 micromètres (vert) et 160 micromètres (rouge). La corrélation avec la courbe de lumière optique (noir) indique que ces courbes de lumières sont dues à la forme allongée de l’objet. © Lellouch et al. 2010.

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