Lorsque l’Agence spatiale européenne sélectionne en 2000 GAIA comme une des pierres angulaires de son programme scientifique pour succéder à Hipparcos (1989/1993), elle le fait dans l’optique de poursuivre et compléter le travail d’Hipparcos au moyen d’un satellite qui sera plus complet et plus précis.

Hipparcos

Si les objectifs primaires sont les mêmes pour Gaia et Hipparcos, la mission Gaia est beaucoup plus ambitieuse. Elle va surpasser celle d’Hipparcos de plusieurs ordres de grandeur en termes de précision, de magnitude limite et de taille d'échantillon. la précision permettra donc d'améliorer 100 fois les résultats d’Hipparcos.

Hipparcos était un petit satellite de 450 kg qui emportait 2 instruments. Egalement construit par Astrium il a été lancé par une Ariane 4 en 1989 et ouvert la voie à l'astrométrie de très haute précision. Ses observations, distances et mouvements très précis pour plus de 100 000 étoiles, effectuées de 1989 à 1993, ont permis une description détaillée, en trois dimensions, du voisinage solaire. Elles ont également permis de nombreuses applications, de la physique stellaire aux petit corps du Système Solaire, en passant par l'échelle des distances et des âges dans l'Univers.

Ce satellite a principalement fait de l'astrométrie par mesure de la parallaxe et procuré des résultats, non prévus en détail à l'origine, en photométrie, en variabilité concernant les étoiles multiples. Ces avancées scientifiques ont poussé l’Agence spatiale européenne à faire de Gaia une mission plus complète capable de faire de l’astrométrie de la photométrie et de la spectroscopie. Techniquement, c’est un défi qu’Astrium relève actuellement en assurant que le satellite et son instrument à 3 fonctions seront d’une stabilité remarquable d'où des spécifications très pointues sur le contrôle d'attitude, sur les matériaux, les mécanismes et bien sûr, sur le contrôle thermique.

Gaia

Gaia devrait produire une carte du ciel en 3D avec les positions précises de 1 milliard d'étoiles (tous les objets jusqu'à la magnitude 20) alors qu’ Hipparcos s'était limité à quelques 100.000 étoiles. La précision aussi sera démoniaque. Pour les étoiles de magnitude 15, elle atteindra 10 à 25 millionièmes de secondes d’arc, soit pour un observateur placé à Toulouse, l’épaisseur d’un cheveu à Paris ou une pièce d’un euro placée sur la Lune. Les distances seront connues à moins de 20% jusqu'à 30000 années lumière.

Cet ensemble de données révèlera la carte tridimensionnelle et en mouvement de notre Voie Lactée, d'une portée et d’une précision sans précédent, ainsi que les propriétés physiques de chaque étoile, comme la luminosité, la gravité de surface, la température et la composition chimique.

Les bonnes surprises

Les scientifiques s’attendent à pouvoir détecter et caractériser des dizaines de milliers de systèmes planétaires extrasolaires et plein d'autres à-côtés comme un catalogue exhaustif des astéroïdes, des naines brunes et quelque 500000 quasars.

Avec Hipparcos, on a pu découvrir de tous petits compagnons tournant autour d'étoiles proches, des compagnons plus de dix fois moins lourds que le Soleil. Avec Gaia, il sera possible de faire inventaire complet de toutes les grosses planètes orbitant autour de toutes les étoiles situées à moins de 200 à 500 pc du Soleil. On estime à environ 50 000 le nombre de systèmes planétaires qu'il sera ainsi possible de découvrir !

De plus, Gaia va cartographier le Système Solaire en détail détectant ainsi des centaines de milliers de petits corps (astéroïdes, comètes). Au-delà de la Voie Lactée, il observera des objets extragalactiques comme les supernovas et les quasars, et de nombreuses galaxies distantes.

Un potentiel de découverte important

N’ayant aucune cible privilégiée à l’avance, le relevé Gaia possède un important potentiel de découverte. Il pourrait révolutionner beaucoup de disciplines scientifiques galactiques et dans d’autres domaines, par exemple l’évolution stellaire, la distribution de la matière noire ou la relativité générale.

Note

Il aura fallu 10 ans aux scientifiques pour exploiter l’ensemble des données fournies par Hipparcos. En passant 1s pour traiter les données recueillies par Gaia pour 1 objet, il faudra 30 ans pour exploiter l'ensemble des données acquises pendant les opérations !

La différence de complexité entre les deux missions est illustrée par la comparaison ci-dessous :