SPHEREx

La NASA lance en 2015 un appel à propositions pour son programme Explorer (programme rassemblant des missions scientifiques à faible coût). SPHEREx est une des trois missions finalistes sélectionnées le 30 juillet dans la catégorie SMEX (catégorie de mission Explorer à coût plafonné à 125 millions de dollars américains). SPHEREx est proposé par James Bock chercheur au California Institute of Technology. Un budget de 1 million de dollars américains est alloué par la NASA pour permettre au projet de détailler les spécifications de la mission[1]. Mais en janvier 2017, la NASA annonce qu'elle sélectionne le projet Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE)[2].

Entre-temps le projet SPHEREx, en partie remanié[3], est de nouveau proposé fin 2016 en réponse à l'appel à propositions pour une mission MIDEX (budget plafonné à 250 millions de dollars américains) du programme Explorer de la NASA. Il est un des trois finalistes retenus en août 2017 avec FINESSE et Arcus. Une étude d'une durée de 9 mois financée par l'agence spatiale américaine est alors lancée pour détailler les spécifications de la mission[4].

Le 13 février 2019, la NASA annonce la sélection du projet SPHEREx. Le responsable de la mission est James Bock du California Institute of Technology. Cette institution est chargée de mettre au point la charge utile avec le Jet Propulsion Laboratory. L'Institut d'astronomie et des sciences spatiales de Corée (Daejon) doit également participer aux tests et à l'analyse des données scientifiques. La société Ball Aerospace & Technologies de Broomfield (Colorado) fournit la plate-forme du satellite et prend en charge le montage final[5] - [6].

Performances attendues (MeV maximum attendu, CBE estimation maximale).

L'objectif principal de SPHEREx est de tester un des aspects de la théorie de l'inflation cosmique, événement à l'origine de notre Univers qui s'est produit il y a 13,8 milliards d'années immédiatement après le Big Bang. Cet événement est le point de départ de la création des grandes structures telles que les galaxies, les amas de galaxies… Selon la principale théorie en vigueur ces structures résultent de très petites fluctuations des caractéristiques de la matière avant l'inflation cosmique qui sont distribuées selon un champ gaussien aléatoire. En observant des centaines de millions de galaxies de l'Univers observable en infrarouge proche, SPHEREx permet de dresser une carte tridimensionnelle de la distribution de ces grandes structures qui doivent être le reflet de cette origine. Pour réaliser cet objectif SPHEREx réalise des images de l'ensemble du ciel en 6 mois. La mission d'une durée de 2 ans doit permettre de réaliser plus de 4 images complètes du ciel[7].

Du fait de la stratégie d'observation de SPHEREx, les régions du ciel situées aux pôles de l'écliptique sont observées de manière beaucoup plus approfondie. Les données recueillies au niveau de ces parties du ciel doivent permettre, en soustrayant la lumière issue des galaxies identifiées, de déterminer la quantité de lumière d'arrière-plan extragalactique. Celle-ci est produite par des sources non visibles : galaxies naines, étoiles éjectées de leurs galaxies... Par le biais de ces informations, SPHEREx fournit un nouvel éclairage sur l'origine et la formation des galaxies[7].

SPHEREx va multiplier par 100 le nombre de spectres électromagnétiques dans la fréquence de l'eau portant sur les nuages moléculaires, les objets stellaires jeunes et disques protoplanétaires. Ces données permettent de résoudre des questions anciennes sur la quantité et l'évolution des molécules biogenèses (H₂O, CO, CO₂ et CH₃OH) à travers toutes les phases de la formation d'une étoile et de ses planètes[7].

SPHEREx est un mini-satellite de 178 kilogrammes stabilisé sur 3 axes. L'énergie est fournie par des panneaux solaires. Le refroidissement des capteurs et de l'optique est uniquement passif. L'optique et les capteurs 2,5 microns sont maintenus à une température de 80 kelvins tandis que les capteurs de 5,3 microns sont refroidis à 55 kelvins. Le système de refroidissement est uniquement passif et consiste en trois ailettes superposées qui donnent son aspect extérieur le plus remarquable au satellite. Par ailleurs l'orientation du satellite est fixée de manière que le Soleil ne frappe jamais le télescope[8].

• Schémas de SPHEREx
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  La structure du satellite.
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  L'optique.

SPHEREx doit être placé sur une orbite polaire terrestre à une altitude de 700 km en juin 2024. La mission primaire doit durer 2 ans avec une fin programmée en 2026. La date de son lancement lui permet d'exploiter les résultats fournis par les télescopes spatiaux JWST, TESS et Spektr-RG. Il fournit également des sujets d'étude détaillée aux télescopes JWST, SOFIA et au radiotélescope ALMA ainsi qu'aux futures missions WFIRST et PLATO[7].

• Stratégie d'observation
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  Chaque prise de vue est effectuée dans une longueur d'onde. Plusieurs prises de vue du même objet sont effectuées dans différentes longueurs d'onde.
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  Les prises de vues sont séparées par de petits et grands intervalles. Les prises de vues successives forment un cercle complet faisant un angle de 90° par rapport au Soleil. Ce grand cercle pivote de 360° chaque année.
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  Une région donnée est couverte en quelques jours, le ciel complet est balayé en 6 mois.