Existe-t-il quelque part une autre planète comme la nôtre qui serait en orbite d’une étoile similaire à notre Soleil ?

des plus de 6 000 exoplanètes découvertes jusqu’à présent, aucune n’est identique à notre chère planète Terre.. il y a en a de plus grosses, des plus chaudes, des plus froides, mais aucune qui puisse se vanter d’être notre jumelle parfaite…

Pour résoudre cette énigme, l’Agence Spatiale Européenne prépare un tout nouveau télescope, il s’appelle PLATO et avec ses 26 caméras les scientifiques qui l’ont conçu espèrent découvrir le graal : Une jumelle de la Terre. 

Nous sommes aux Pays-Bas, au centre européen de recherche et de technologie spatiales de l’ESA. 

- PLATO , notre satellite est maintenant ici pour être testé afin de voir comment il supporte les conditions du lancement.

Le lancement est prévu au début de l'année 2027.

Lors du lancement, le satellite sera soumis à d’importantes vibrations. Celles-ci sont donc testées en laboratoire à plusieurs fréquences et amplitudes. Une fois ce test réussit, le satellite est installé dans la plus grande cuve à vide d’Europe.

- Maintenant, le satellite est dans notre grande cuve pour simuler l'espace, et cette cuve comme son nom l’indique, sert à simuler les conditions de l’espace, aussi bien le vide, que la température.

Ce test durera pendant un mois puis suivront des essais de communications dans la chambre anéchoïque de l’ESA. Une fois validés, le satellite sera envoyé à Kourou en Guyane française pour son décollage à bord une fusée Ariane 6 en janvier 2027.

Mais alors quelle est la particularité de ce télescope qui le rend si spécial? 

- Ici vous voyez le satellite PLATO, C'est une maquette 4 fois plus petite que le satellite réel. Et comme vous pouvez le voir, il est un peu différent des autres satellites qui ont un seul télescope. Et en fait, PLATO a 26 caméras. 

Nous avons besoin d’autant de caméras, car PLATO a besoin d'observer des étoiles très brillantes, Et les étoiles les plus brillantes, quand vous regardez le ciel, elles sont distribuées uniformément. Donc le seul moyen de les observer simultanément, c'est d'avoir un grand champ de vue. En plus d'un grand champ de vue, nous avons besoin d'une bonne sensibilité pour détecter les petites variations de lumière.

Des 26 caméras du télescope, 2 servent au pointage pour viser les étoiles, et 24 sont utilisées pour les mesures. Elles sont agencées en 4 quatre groupes de 6 caméras qui regardent au même endroit, ensemble elles couvrent un champ de vue impressionnant. Pour le mesurer, les astronomes parlent de taille apparente, et ils utilisent l’angle qu’ils expriment en degrés. La lune par exemple, sa taille apparente est un angle de 0,5°. Le champ de vue de PLATO lui, est 100 fois plus grand, il fait 50°-- au carré!  On peut donc parler d’une zone du ciel équivalente à 10.000 Lunes ! Dans cette zone, ce sont plus de 150.000 étoiles qui seront observées pendant près  de 2 ans à la recherche d’un transit planétaire.. ce moment où une planète passe devant l’étoile et fait baisser sa luminosité apparente.

- PLATO va observer le ciel pendant au moins 2 ans à chaque endroit parce que nous voulons détecter des exoplanètes qui sont dans la zone habitable d'étoiles comme le Soleil ce qui signifie que leur période sera d'environ 1 an. Et si nous voulons observer au moins 2 transits de ces exoplanètes nous devons les observer pendant au moins 2 ans.

Mais trouver des planètes comme la nôtre n’est pas simple. Sur ce graphique on peut voir les exoplanète détectées ainsi que celle de notre système solaire. L’axe horizontal correspond à la distance entre l’exoplanète et son l’étoile avec comme unité est la distance Terre-Soleil, et l’axe vertical correspond à leur masse avec comme unité la masse de Jupiter. Il est donc plus aisé de détecter des exoplanètes plus massives que la Terre, ou plus proche de leur étoile.. Un grand vide persiste néanmoins dans cette zone, autour de la Terre.

- La première exoplanète que l'on a trouvée, est représentée ici par cette petite balle, et cette exoplanète était en fait grande comme Jupiter. Pour simuler la distance à son étoile ça serait à environ 1m, disons 1m, pour pouvoir la comparer à ce que serait une planète de type Terre. 

A cette echelle, l’étoile a un diamètre de 20cm et la planète géante fait 2cm 

- Maintenant, nous avons ici une tête d'épingle, cette tête d'épingle représente la taille de la Terre. Et on peut voir, que l'aire qui bloque l'étoile est beaucoup plus petite, et ce n'est pas seulement cela, si nous souhaitons à présent placer la tête d'épingle, la Terre, à la même distance à l'échelle que nous avons mis la Jupiter chaude avant, alors nous devons aller 20 mètres plus loin. 

Donc, nous sommes maintenant à la même échelle que pour l'exoplanète précédente, à la distance où notre Terre est de notre Soleil, donc à la distance qu'une exoplanète comme la nôtre serait de son étoile.

Trouver une épingle dans une botte de foin, voici le défi qui attend donc les chercheurs. Mais à quoi vont ressembler les données de PLATO, et comment verra-t-on les exoplanètes ?

- Ici je vais vous montrer une simulation de données. Ce que vous voyez, c'est tous les trois mois pour une étoile et une caméra, il y a effectivement une certaine variation de la courbe de lumière. Ensuite à ce niveau, toutes ces variations ont été enlevées, elles ont été lissées. Et les 24 caméras qui voient l'étoile sont combinées Et en rouge ce sont les simulations de transits d'une planète comme la Terre. Et là on a un signal, une diminution du flux qui est cohérent avec une période particulière. Et enfin voici le résultat final. Donc en bleu vous avez toutes les données, les points rouges sont la moyenne sur 1h, et puis la ligne orange c'est le modèle adapté.

Pour atteindre la précision requise sur les mesures, il a fallu tester chaque caméra préalablement. 

Au sud de Paris, à l'Institut d'astrophysique spatiale d’orsay, l’IAS, une équipe de chercheurs a participé à l'étalonnage de 7 des 26 caméras de PLATO.

- Ça, c'est une maquette qui montre l'intérieur de la caméra plateaux. C’est une mission très européenne puisque l'optique est faite en Italie, montée dans une structure qui est faite en Suisse, avec un plan focal qui est monté à Madrid, avec un CCD qui est fabriqué au Royaume-Uni. Le tout est assemblé et aligné en Belgique, et ensuite, la caméra, une fois qu'elle est assemblée complètement est testée ici, à l'Institut d'astrophysique spatiale, en vide thermique. La température joue sur la mise-au-points parce qu'en fait, les éléments se contractent, se dilatent, et ce sont les éléments mécaniques et qui permettent d'obtenir une focalisation optimale qui est par conception à –80°.

Direction la salle blanche où se trouvent les instruments qui ont permis tester la stabilité des caméras et de trouver les bonnes températures de fonctionnement.

 - Alors ici nous sommes dans la station d'étalonnage permet de tester en vide thermique beaucoup d’instruments. Ici on a la cuve dite Jupiter parce que c'est la plus grosse.Maintenant on va aller dans la salle dite Saturne, là où on a testé les caméras PLATO. Alors ce qu’on voit ici c’est la cuve Saturne qui nous a permis de tester caméra plateau position horizontale.” 

A l’intérieur de la cuve la caméra était posée sur un support articulé, puis une source de lumière à l'extérieur permettait de simuler une étoile. 

- On mettait l'étoile artificielle sur le collimateur à travers l'entrée du télescope et on orientait la caméra, parce qu'on pouvait faire qu'une seule étoile artificielle, on orientait la caméra dans deux dimensions pour pouvoir accéder à tous les champs du plan focal.  

Chaque caméra a été testée ainsi pendant 2 mois, afin de connaître précisément sa température de fonctionnement, et la réponse du capteur à la luminosité des étoiles. 

Cette mesure photométrique permet de détecter des transits, mais aussi de révéler l’activité sismique des étoiles visible dans l’oscillation de leurs lumière, un champ d’étude appelé l’astérosismologie .

- Avec les transits, on obtient les caractéristiques des planètes et avec l'astéro-sysmologie on obtient la caractéristique de l'étoile. Donc ce sont des ondes stationnaires qui se propagent dans l'étoile et chaque comte stationnaire rend compte d'un volume particulier et ce volume particulier se manifeste par une fréquence. Quand on combine toutes ces fréquences on peut remonter à la structure interne d'étoiles comme la composition chimique et un flux sur les différents de ces petites fréquences là on en déduit directement l'âge de l'étoile. ça c’est important parce que l'âge de l'étoile détermine directement l'âge de la planète que l'on qui orbitent autour de l'étoile.

 La mission de PLATO va durer entre 4 et 5 ans au cours desquels les chercheurs estiment découvrir des milliers de nouvelles exoplanètes. Les meilleures candidates, ceux qui ressembleront le plus à la Terre, pourront être observées par des télescopes capables d’analyser leur atmosphère, comme le James Webb ou le futur Habitable World Observatory encore plus puissant, pour espérer enfin répondre à cette question: sommes- nous seul dans l’univers?