Lancement de Cheops, premier satellite de l’ESA dédié aux exoplanètes

Vue d'artiste d'un transit planétaire. Crédit : ESA
Après un report de 24 heures, le satellite européen d’étude des exoplanètes Cheops a décollé ce 18 décembre à 9h54 heure française depuis Kourou. Il sera chargé de mesurer la taille de nombreuses exoplanètes avec une précision inédite.

C’est une nouvelle étape dans la recherche spatiale sur les planètes extrasolaires. Après le satellite pionnier français Corot (2006), et les américains Kepler (2009) et Tess (2018) – tous chargés de la détection de nouveaux mondes –, le satellite Cheops qu'a lancé Arianespace ce 18 décembre 2019 est le tout premier télescope spatial dédié à l’étude d’exoplanètes déjà découvertes.

Dévoiler la nature des exoplanètes

Développé et assemblé à l’université de Berne, en collaboration avec l’université de Genève – récemment auréolée de deux prix Nobel pour la découverte de la première exoplanète –, le satellite suisse réalisé en partenariat avec l’Agence spatiale européenne (ESA) sera chargé de mesurer la taille exacte de nombreuses exoplanètes allant des dimensions de la Terre à Neptune. Il sera ainsi possible, connaissant leur masse, d’estimer avec précision leur densité et donc de découvrir s’il s’agit de planètes rocheuses, gazeuses, ou pourquoi pas gorgées d’eau.

Comme le montre le diagramme ci-dessous, les planètes de 1 à 20 masses terrestres peuvent en effet présenter des physionomies très différentes en fonction de leur taille. Réduire les incertitudes sur la mesure de leur masse et de leur taille est donc un enjeu très important pour les caractériser. Il n’est pas encore clair, par exemple, que les « super-Terre » qui grouillent parmi les 4143 exoplanètes découvertes à ce jour soient toutes rocheuses. Beaucoup pourraient être en fait des « mini-Neptune », enveloppées d’une épaisse couche de gaz.

Pour déterminer la nature d’une planète de moins de 20 masses terrestres, il est important de connaître précisément sa masse et son rayon.
Ici, K-78b par exemple pourrait tout aussi bien être une planète composée à 50 % de fer (courbe marron), donc plus dense que la Terre,
qu’une planète de silicates gorgée à 10 ou 20 % d’eau, moins dense que la Terre (entre les courbes verte et mauve).
© Buchhave et al. (2016)

Petit télescope mais grande précision

Pour atteindre son objectif, Cheops scrutera pendant cinq ans les faibles variations d’éclat d’étoiles relativement brillantes (magnitude inférieure à 12) hébergeant des planètes dont la période est inférieure à 50 jours. Malgré la taille modeste de son télescope de 32 cm, il sera capable de déceler les baisses de luminosité infimes, jusqu’à peut-être seulement 0,0015 %, provoquées par le passage des planètes devant le disque de leur étoile.

Cela lui permettra d’atteindre la précision record de 2 % sur la taille des exoplanètes comparables à Neptune et 5 % sur celles comparables à la Terre, et donc d’identifier celles qui possèdent une atmosphère. Ce seront les cibles les plus intéressantes pour les grands instruments à venir comme le télescope spatial JWST ou les Extremely Large Telescopes (ELT).

La baisse d'éclat d'une étoile lors d'un transit permet de mesurer la taille d'une exoplanète. Sa chronologie et sa forme
recèlent aussi des informations sur la présence d'autres planètes dans le système, de satellites ou d'anneaux.
© Nasa

Chasseur d’anneaux ?

Comparé à ses prédécesseurs, Cheops a un grand avantage : comme il cible des exoplanètes déjà connues, il sait quand et où observer pour les voir passer devant leur étoile. Grâce à sa cadence rapide d’observation (meilleure qu’une minute), il pourra donc mesurer précisément la forme et la chronologie précise des transits planétaires.

La forme du transit ouvre la possibilité de détecter des exolunes ou des anneaux. En effet, la baisse d’éclat apparent d’une étoile ne se déroule pas de la même façon selon qu’une sphère nue ou une sphère entourée d’anneaux passe devant elle. Quant à sa chronologie (retard ou avance du début ou de la fin de l’événement), elle permet de découvrir l’existence d’autres planètes dans le système : même si elles ne passent pas devant le disque de l’étoile, la perturbation gravitationnelle qu’elles impriment sur leur compagne en transit influence sa trajectoire.

Revivez le lancement

Le lancement de Cheops par une fusée Soyouz-Frégate s'est déroulé comme prévu.

Environ trois heures après le décollage du lanceur, Cheops a émis le signal attendu attestant de sa bonne mise en orbite (voir ci-dessous). Quatre autres satellites, dont deux cubesats, étaient emportés dans la coiffe de la fusée.

Cheops évoluera à 700 km d’altitude sur une orbite héliosynchrone alignée avec le terminateur terrestre. Cheops pointera le ciel du côté nuit
(vers la gauche, sur cette illustration), ce qu’il lui permettra de ne pas être gêné par la lumière réfléchie de la Terre.
© ESA

Pour en savoir plus sur les exoplanètes, lisez le dossier (20 p.) de notre numéro 543 ou notre hors-série n°28, "Terres habitables".

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