Gaia est une mission astrométrique de l'Agence Spatiale Européenne (ESA) devant observer plus d'un milliard d'objets jusqu'à la magnitude 20. En déterminant de manière extrèmement précise les positions, distances et mouvements ainsi que les magnitudes dans de nombreuses bandes spectrales, Gaia espère clarifier la composition, la formation et l'évolution de notre Galaxie, la Voie Lactée, mais également apporter des contributions significatives concernant les planètes extrasolaires, le système solaire, les galaxies extérieures et la physique fondamentale.
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Sommaire
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D'une masse totale de 2 tonnes, le satellite Gaia a été lancé par un vaisseau Soyouz le 19 décembre 2013 depuis Kourou et a rejoint le point de Lagrange L2 situé à environ 1.5 million de kilomètres de la Terre dont un des avantages est de procurer un environnement thermique extrèmement stable (peu d'éclipses). Là, il décrit une orbite de type Lissajous pour éviter les éclipses du Soleil par la Terre, afin de pouvoir alimenter ses panneaux solaires.
Tout comme son prédécesseur Hipparcos, pionnier de l'astrométrie spatiale, Gaia observera simultanément deux directions de visée en tournant continûment avec une légère précession, et tout en conservant le même angle (45°) au Soleil. En mesurant précisément les positions relatives des objets des deux directions de visée séparées par un grand angle, une grande rigidité du système de référence est obtenue.
Chaque objet sera observé en moyenne 70 fois environ pendant la mission, qui doit durer 5 ans. Ces mesures permettront la détermination des paramètres astrométriques des étoiles: 2 valeurs pour la position angulaire sur le ciel, 2 valeurs pour leur dérivée par rapport au temps (mouvement propre), ainsi que la parallaxe annuelle.
Il manque néanmoins un sixième paramètre pour tout connaître de la position et de la vitesse des objets dans l'espace. Ce paramètre, la vitesse radiale, est obtenu par effet Doppler-Fizeau grâce à un spectromètre également à bord de Gaia.
La charge utile de Gaia consiste en :
Le lien télémétrique avec le satellite étant d'environ 1 Mbit/s en moyenne, alors que le contenu du plan focal représente plusieurs Gbit/s, oblige à ne descendre que quelques dizaines de pixels autour de chaque objet. En conséquence, la détection et le suivi des objets à bord sont obligatoires, et représentent un traitement complexe à bord du satellite dans les champs stellaires les plus denses.
Adopté par l'ESA comme mission Pierre Angulaire numéro 6 le 13 octobre 2000, confirmé le 27 mai 2002, Gaia a été lancé fin 2013. Le coût total de la mission est d'environ 740 millions d'euros, comprenant la fabrication, le lancement et les opérations au sol. La maîtrise d'oeuvre a été confiée à EADS Astrium.
La multiplicité des instruments (astrométrie, photométrie, spectroscopie) fait de Gaia l'analogue d'un observatoire complet en orbite et implique une importante diversité de données. La quantité ne sera pas en reste: 5 ans de mission avec un débit de données compressées de 1Mbit/s correspond à environ 60TB mais au total on estime avoir à gérer de l'ordre du petaoctet. Le traitement scientifique au sol de ces données, à la charge des Etats membres (estimé à environ 200 millions d'euros), se révèlera d'ailleurs extrêmement complexe, compte tenu de la diversité du ciel (étoiles variables, étoiles doubles, etc.): consacrer ne serait-ce que 1s de temps de traitement par objet nécessiterait 30 ans de calcul en tout.
La justification de la mission spatiale Gaia vient de plusieurs constats:
Le design de Gaia s'en déduit, les contraintes techniques ne permettant pas par ailleurs d'observer plus d'objets, des objets plus faibles, ou avec de meilleures précisions. Les performances prédites sont les suivantes:
Sur la base de modèles et des performances nominales, Gaia devrait contribuer significativement dans les thématiques suivantes:
À cause de la présence de la masse du soleil (et des autres planètes du système solaire), on s'attend à une déflexion des rayons lumineux de chaque étoile. Dans un formalisme post-newtonien, cette déflexion est proportionnelle à (1+γ)/2 où le paramètre γ vaut 1 dans le cadre de la relativité générale: Gaia devrait obtenir une précision de l'ordre de 5×10-7, fournissant ainsi un test supplémentaire de la relativité générale. D'autres contributions seront possibles avec les objets du système solaire (par exemple, avance du périhélie).
Enfin, grâce aux observations de la luminosité des naines blanches, Gaia devrait fournir une contrainte quant à une variation (hypothétique) de la Constante gravitationnelle.
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