LESIA - Observatoire de Paris

Mercure est la plus petite des planètes telluriques, et représente donc, avec la Lune, une situation extrême dans le processus de formation planétaire. À une époque où l'exploration spatiale du système solaire n'a jamais été aussi intense et systématique, Mercure reste une planète entourée de mystères. En effet, le peu que l'on sait de la plus proche voisine du Soleil est fascinant. Mercure est dotée d'un énorme noyau de fer, d'un champ magnétique inattendu, d'une activité tectonique unique, et l'on suspecte même la présence de glace d'eau au fond des cratères polaires. Jusqu'à présent, 2 sondes ont exploré la planète de fer : Mariner-10 qui en 1974-1975 obtient les premières images de la planète de fer, et surtout, la sonde de la NASA, MESSENGER (MErcury Surface, Space ENvironment, GEochemistry, and Ranging) qui, en orbite entre 2011 et 2015 effectue pour la première fois une étude détaillée de la planète. Mercure est l'objet d'une très grande attention de la communauté scientifique européenne depuis la sélection du projet de mission ESA BepiColombo. Cette dernière, dans les starting block pour un lancement en octobre 2018, s'avère être la mission d'exploration la plus sophistiquée jamais réalisée avec pas moins de trois vaisseaux à gérer simultanément. Elle devrait à son arrivée en 2025 répondre à des questions restées en suspens comme l'origine du champ magnétique, l'interaction de la magnétosphère hermienne avec le vent solaire, l'histoire volcanique de la planète ou encore la nature de ces fameux « hollows », zones brillantes, « bleues » et actives à la surface.


Mosaïques d'images de la surface cratérisée de Mercure: Credit : NASA/Mariner 10

Située à une distance moyenne de 58 millions de km du Soleil et avec une taille de 4900 km, Mercure est à la fois la plus proche et la plus petite des planètes internes. Son orbite très elliptique, c'est à dire très allongée (l'excentricité est de 0,2) mène la planète au plus près à 7 millions de km et au plus loin à 70 millions de km du Soleil. C'est un objet du ciel brillant et connu depuis l'antiquité.

Comme la Lune, Mercure n'a pas d'atmosphère. Si vous vous teniez à la surface de Mercure, vous seriez plongés dans l'obscurité de l'espace, car l'atmosphère ne diffuse pas la lumière du Soleil. C'est la diffusion de l'atmosphère qui est responsable du bleu du ciel sur Terre. A cause de l'absence d'atmosphère qui retient la chaleur, les variations de température diurne/nocturne sont très fortes : 430°C/-170°C.

Une intense cratérisation

Toujours situé au voisinage du Soleil ( moins de 27°), Mercure se présente comme un très mince croissant, difficilement observable. Mercure a une rotation lente (58 jours alors que sa période orbitale est de 88 jours) ce qui rend encore plus difficile toute observation à partir du sol. Il aura donc fallu attendre les années 1974-1975 et le survol de la planète par Mariner 10, pour avoir les premières images de la surface. Depuis, une autre sonde, MESSENGER, sest mis en orbite autour de la planète entre 2011 et 2015. Et bientôt, la mission européenne et japonaise BepiColombo l'étudiera en profondeur, à partir de 2025.


Caloris basin: Caloris basin, un énorme bassin d'impacts, est un des points les plus chauds de Mercure - Credits NASA/Mariner 10

Ces images révèlent une surface caractérisée par une intense cratérisation. Tout comme la Lune, Mercure présente une surface criblée de cratères de toutes tailles.

Caloris basin

Caloris Basin est la plus importante structure du relief hermien (de Mercure). C'est un bassin de près de 1350 km de diamètre, créé sans doute par un impact géant au tout début de la formation de Mercure. Ce bassin a ensuite été rempli de lave.

Objectif Mercure

Une des plus grandes surprises de Mariner a été de découvrir que Mercure possédait un champ magnétique similaire à celui de la Terre, bien que beaucoup plus faible. En 1991, des astronomes ont pu, grâce à des observations radar, mettre en évidence des points brillants aux pôles. Est ce de la glace d'eau ? Comment peut-elle subsister aux températures extrêmes de Mercure ? La glace peut subsister au fond des cratères perpétuellement à l'ombre, donc jamais exposés aux rayons du Soleil.


Pôle sud de Mercure: De la glace d'eau est sans doute présente aux pôles de Mercure - Credits NASA/Mariner 10

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Le spectromètre VIHI

Alain Doressoundiram — 2008-12-07T21:04:58Z

VIHI : objectifs scientifiques

VIHI (Visual and Infrared Hyper-spectral Imager) est un spectromètre imageur de moyenne résolution spectrale et spatiale. VIHI fera de l'imagerie spectrale (400-2000nm) de la surface de Mercure. L'objectif est de faire la cartographie minéralogique complète de la planète avec une résolution spatiale <500m et une résolution spectrale <10nm.

Les objectifs scientifiques de VIHI :

Cartographie minéralogique globale de la surface avec une bonne résolution spectrale (Λ/ΔΛ<10nm) et une très grande résolution spatiale (<500m)
Cartographie plus détaillée de régions sélectionnées de la surface (10%) avec une résolution spatiale de 100m.
Analyse minéralogique des différents terrains de Mercure avec un S/B>100
Identification de nouveaux minéraux et détermination des abondances des espèces minéralogiques avec une précision de 10%

Ces informations aideront ainsi à comprendre les processus de différentiation et de chauffage qui ont concouru à la formation de la planète Mercure ainsi que la maturation des surfaces (vieillissement dû à l'environnement très dur de Mercure).

VIHI est l'une des trois voies de l'instrument SIMBIO-SYS dont le PI est Gabriele Cremonese (Observatoire de Padoue). SIMBIO-SYS est un système intégré et homogène incluant donc le spectromètre VIHI et deux caméras, et dédié à l'étude de la surface de Mercure.


La suite d'instruments SIMBIO-SYS :: High Resolution Imaging Channel (HRIC), STereo Channel (STC), Visible Infrared Hyperspectral Imager (VIHI)
(cliquer sur l'image pour l'agrandir)

VIHI est un spectromètre imageur travaillant dans le visible et le proche infrarouge. Sa résolution spectrale est moyenne et il a une fonction d'imagerie. Son design optique est classique : le spectromètre est à réseau travaillant en incidence Littrow. Le télescope et l'optique du spectromètre sont basés sur des miroirs avec correcteurs dioptriques.

Le champ de vue de l'instrument est tel qu'une couverture globale de Mercure sera obtenue durant la phase des 6 premiers mois de la mission BepiColombo, avec une résolution au sol variant en fonction de l'altitude de la sonde (100 à 375m).

L'intervalle spectral a été choisi en fonction des objectifs scientifiques, mais aussi en tenant compte des nécessaires compromis avec les contraintes techniques. Dans ces longueurs d'onde, il y a un fort intérêt scientifique dû à la présence des bandes caractéristiques des silicates, oxydes de fer, sulfures, etc.…

Le détecteur sera un APS hybridé avec du HgCdTe.

Le LESIA a une bonne compétence dans ce type de détecteur, principalement pour l'infrarouge. Il va à la fois utiliser ses compétences et matériels acquis dans le domaine infrarouge et aussi les étendre au visible en participant, à part égale avec Leonardo (industriel italien qui sera le maître d'œuvre de l'ensemble de SYMBIOS-SYS), à la définition, à l'achat et aux tests de ce détecteur. Le LESIA a aussi la responsabilité de la carte électronique de proximité. Cette carte a pour rôle le pilotage du détecteur et des différents périphériques de l'instrument (obturateur, lampes de calibration, module Peltier) ainsi que le transfert des télécommandes et de la télémétrie entre l'instrument et la sonde.

Caractéristiques de VIHI

Optique : Télescope de Schmidt, spectromètre classique à réseau
Détecteur : technologie HgCdTe
Résolution spectrale : 6,25nm
Intervalle spectral : 400-2000 nm
Largeur de la fauchée : 3,7° (64 mrad)
IFOV : 50 arcsec (0.25 mrad)
Résolution spatiale : 100m (periherm) - 375m (apoherm)
S/B : >100

Contribution du LESIA à VIHI

Le LESIA fait partie d'un consortium Italo-français (PI : G. Cremonese, Padoue) collaborant dans la suite d'instruments SIMBIO-SYS. Alain Doressoundiram au LESIA en est un des Co-PI, responsable de la contribution du LESIA à l'instrument SIMBIO-SYS.

Le LESIA a la responsabilité de la livraison du plan focal du spectromètre VIHI, et plus précisément :

Participation à l'établissement du Cahier des Charges détecteurs
Participation à la sélection du détecteur et du fabricant
Achat et caractérisation des modèles de développement
Sélection et étalonnage des modèles de vol
Conception et réalisation de la carte de proximité dans son boitier mécanique

Personnels LESIA impliqués
Nom	Responsabilité
Alain Doressoundiram	Responsable scientifique
Yann Hello	Responsable technique (jusqu'en 2018)
Jérôme Parisot	Bancs de tests (nouveau responsable technique à partir de 2018)
Rémi Andretta	Etalonnage
Christine Balsamo puis Patricia Nibert	Gestion administrative
Claude Collin	Réalisation mécanique
Alain Docclo	Cablage électronique
Agnès Fave	Documentation
Cécile Guériau	Qualité et gestion des composants
Gérard Huntzinger	Electronique
Emeric Lefebvre	Assurance produit
Bertrand Le Ruyet	Electronique
Napoléon Nguyen Tuong	Mécanique et thermique
David Polizzi	Câblage électronique
Jean-Michel Reess	Optique
Régis Schmidt	Electronique
Alessandro Voltolina	Electronique
Didier Zéganadin	Assurance Qualité
Antonella Barucci	Scientifique
Pierre Drossart	Scientifique
Cédric Leyrat	Scientifique
Thérèse Encrenaz	Scientifique
Stéphane Erard	Scientifique
Sonia Fornasier	Scientifique
Marcello Fulchignoni	Scientifique
Michel Moncuquet	Scientifique

La mission BepiColombo

Alain Doressoundiram — 2008-12-07T20:50:31Z

La mission BepiColombo est la cinquième pierre angulaire du programme Cosmic Vision de L'ESA. Elle permettra l'étude de la planète Mercure et de son environnement grâce à deux sondes mises en orbite autour de la planète.

La sonde d'étude de Mercure rend hommage à Giuseppe (Bepi) Colombo (1920-1984), mathématicien italien de l'Université de Padoue pour ses contributions fondamentales à la théorie des résonances planétaires et à la rotation de Mercure. Ses calculs ont rendu possible les survols répétés de Mercure par les missions Mariner (1974-1975) de la NASA. Il a ainsi ouvert la voie de l'utilisation des rencontres planétaires comme assistance gravitationnelle pour diriger les missions spatiales.

Le projet BepiColombo est sous maîtrise d'ouvrage ESA en coopération avec le Japon. La JAXA est responsable de l'orbiteur MMO (Mercury Magnetospheric Orbiter). L'ESA est en charge du reste du projet, à savoir de l'orbiteur MPO (Mercury Polar Orbiter), du lancement, de la navigation vers Mercure et de l'injection des sondes en orbites autour de Mercure. La mission est prévue pour un lancement en Octobre 2018 et une arrivée sur Mercure en 2025. La sonde MPO étudiera la surface et l'intérieur de la planète ainsi que l'exosphère, et la sonde MMO sera dédiée à l'étude de la magnétosphère et de l'exosphère. La durée nominale de la mission est de 1 an plus 1 an optionnel.


Vue d'artiste de la sonde BepiColombo (avec ses deux composantes MPO et MMO) en orbite autour de Mercure: Crédit : ESA


Orbites des sondes MPO et MMO de Bepi Colombo ainsi que celle de la sonde américaine MESSENGER lancée en 2004.

VIHI sur MPO-BepiColombo

Alain Doressoundiram — 2008-12-07T20:16:46Z

VIHI (Visual and Infrared Hyper-spectral Imager) est un spectro-imageur visible et infrarouge de l'ensemble instrumental SIMBIO-SYS, embarqué sur la sonde BepiColombo/Mercury Planetary Orbiter.

Sommaire

La mission BepiColombo

Le spectromètre VIHI

Mercure

Liens utiles


Vue d'artiste de la sonde BepiColombo: Crédit : ESA