FUSE (télescope spatial)

Les transitions électroniques des atomes et molécules les plus abondants dans l'univers (hélium, hydrogène) se traduisent par l'émission de photons dans la partie du spectre électromagnétique située dans l'ultraviolet. C'est dans cette partie du spectre que se trouvent notamment les transitions du deutérium, de grande importance dans le domaine de la cosmologie, la majeure partie de celles de l'hydrogène moléculaire qui permettent de tracer les phases initiales de la formation des étoiles et des planètes ainsi que les transitions de l'ion oxygène VI qui permettent de détecter les gaz chauds éjectés par les explosions de supernovae noyées dans le halo galactique[1].

Le rayonnement ultraviolet est filtré par l'atmosphère et ne peut donc être observé que par des instruments positionnés dans l'espace. Or les télescopes spatiaux qui existaient dans les années 1990, comme le télescope spatial Hubble, sont pratiquement insensibles aux longueurs d'onde inférieures à 1150 Å. De 1972 à 1982, le satellite Copernicus a exploré avec des capacités limitées ce domaine spectral en fournissant des données essentielles sur le milieu interstellaire diffus. Par la suite, des observations limitées ont été effectuées avec des instruments embarqués sur les sondes spatiales Voyager ou dans le cadre de missions de la navette spatiale américaine (instruments HUT, ORFEUS et IMAPS). Le télescope FUSE a été développé pour couvrir ce domaine peu étudié jusque-là avec une sensibilité 10 000 supérieure à celle de Copernicus[1].

FUSE est 77^e mission du programme Explorer, qui regroupe les missions spatiales scientifiques à cout modéré de l'agence spatiale américaine, la NASA. Au sein de ce programme il s'agit d'une mission de la classe Medium-class Explorers (MIDEX) dont le cout ne doit pas dépasser théoriquement 180 M$. La NASA a confié le développement du satellite au laboratoire APL de l'Université Johns Hopkins situé à Baltimore. Celui-ci gère également le centre de contrôle du satellite. L'université de Berkeley réalise le système de détection et l'Université du Colorado le spectrographe. L'agence spatiale française, le CNES, fournit les réseaux de diffraction du spectrographe tandis que l'Agence spatiale canadienne développe le senseur fin d'erreur du télescope. France et Canada reçoivent en échange 5 % du temps total d'observation (250 orbites d'observation au cours de la première année, sur un total de 850 pour trois ans pour la France[3], le Canada ayant produit pour sa part, en décembre 2008, environ 17 % de toutes les publications scientifiques portant sur la mission[4].). La station de réception au sol sera à Warren Moos dans l'ile de Porto Rico. Le cout final du projet est évalué à 250 millions de dollars américains.

FUSE comprend deux sous-ensembles : la plateforme qui regroupe les équipements permettant de faire fonctionner le satellite et la charge utile qui doit remplir les objectifs assignés au satellite. FUSE a une masse totale de 1 360 kg dont 580 kg pour la plateforme et 780 kg pour la charge utile. Le satellite a la forme d'un parallélépipède de 1,2 m x 1,8 m x 5,5 m.

Le satellite est placé en orbite, le 24 juin 1999, par une fusée Delta II 7320 lancée depuis Cape Canaveral. La durée de la mission fixée initialement à 3 ans est prolongée. En décembre 2004, un problème touchant le système de contrôle d'orientation (panne de la troisième roue de réaction) interrompt les opérations, qui reprennent courant 2005 mais le satellite subit une série de nouvelles pannes. En mai 2007, la dernière roue de réaction cesse de fonctionner et après l'échec des tentatives de réparation, le satellite est mis hors service le 18 octobre 2007. Il devrait effectuer sa rentrée atmosphérique vers 2037[5].

Parmi les résultats obtenus par FUSE au bout de 6 années d'observation en 2006 :

• mesure de la quantité de deutérium présente en différents endroits de la Voie lactée ce qui a permis de mettre au point une théorie concernant l’hétérogénéité observée (la quantité observée va de 5 et 23 parts par million) qui contredisait les hypothèses du modèle cosmologique[6]
• première observation d'azote moléculaire dans l'espace interstellaire[7]
• observation de millions de comètes en cours d'évaporation dans le disque stellaire de l'étoile Beta Pictoris avec une surabondance de carbone[8].
• mesure de la quantité d'hydrogène moléculaire présente dans l'atmosphère de Mars ainsi que les ratios des combinaisons molécules associées (hydrogène, eau lourde, Deutérure d'hydrogène, vapeur d'eau) permettent d'émettre l'hypothèse qu'un océan profond a pu exister sur la planète il y a 3,5 milliards d'années (cette hypothèse n'a pas été corroborée par les observations de Mars réalisées ultérieurement par d'autres instruments)[8].

• (en) Brian Harvey, Discovering the cosmos with small spacecraft : the American Explorer program, Cham/Chichester, Springer Praxis, 2018 (ISBN 978-3-319-68138-2)
  Histoire du programme Explorer.