Au début des année 90, un groupe de scientifiques du JPL (Jet Propulsion Laboratory) font une proposition extraordinaire: ils se disent capables de développer un télescope spatial capable de détecter des planètes extrasolaires similaires à la Terre.
Aujourd'hui, ce groupe de scientifiques, mené par David Gallagher, qui est par ailleurs directeur du projet Space Infrared Telescope Facility pour le compte du JPL et qui a dirigé les tests et l'intégration de la caméra à grand champ Wide Field/Planetary Camera-2 du Hubble Space Telescope, a réussi à démontrer la faisabilité de ce programme. SIM PlanetQuest était né.
SIM, pour Space Interferometry Michelson, sera un interféromètre optique fonctionnant depuis une orbite solaire, évitant ainsi toutes les perturbations provoquées par notre planète et bénéficiant d'une illumination continue. Après son lancement, dont la date n'est pas encore planifiée mais qui devrait intervenir vers 2015 au moyen d'un lanceur conventionnel, SIM dérivera lentement et s'éloignera de la Terre à une vitesse d'environ 0,1 UA par an, atteignant une distance de 95 millions de kilomètres au bout de 5,5 années.
Entre-temps, le panneau solaire et les antennes à haut gain du vaisseau se seront déployés. Les systèmes du vaisseau seront examinés et les données analysées afin de déterminer l'orbite solaire atteinte avec une précision dont la qualité frôle la perfection, puis après plusieurs jours d'attente, délai nécessaire pour permettre la sublimation et la dispersion de tous les contaminants pouvant entraver l'ultra-haute précision de l'appareillage, le déploiement final des instruments de bord aura lieu. Débuteront alors le contrôle ultime et le calibrage de l'interféromètre, qui sera probablement l'instrument le plus précis jamais envoyé - même en 2015 ! - dans l'espace. Ce calibrage durera lui-même plusieurs mois.
Débutera alors une mission d'observation et d'astrométrie qui est peut-être la plus attendue par les astronomes et astrophysiciens du monde entier.
Une précision frôlant l'absolu
Le pointage des instruments sera assuré au moyen de roues à réaction et de mini-réacteurs à jets de gaz. L'ordinateur de bord empêchera que les objectifs de SIM s'orientent à moins de 45° du Soleil afin de protéger le système optique contre tout échauffement intempestif, ce qui obligerait, suite à l'effet de dilatation, à recommencer toute la phase de calibrage.
Mais même à 95 millions de kilomètres de la Terre, la vitesse de SIM devra être déterminée avec une exactitude de 20 millimètres par seconde afin de corriger l'aberration stellaire relativiste. Cette précision dans les mesures sera atteinte par effet Doppler au moyen des antennes de 34 mètres du réseau terrestre DSN (Deep Space Network).
Les ordres de fonctionnement et d'observation seront transmis à SIM tous les 10 - 15 jours, et les données enregistrées à bord puis renvoyées vers la Terre plusieurs fois par semaine. En cas d'urgence, des "procédures spéciales de rotation rapide" seront transmises pour observer des évènements non prévus.
SIM utilise le principe de l'interférométrie optique basée sur le principe découvert par Michelson au début du siècle dernier, et qui a valu le prix Nobel de Physique en 1907. Son instrumentation comporte trois télescopes en lumière visible de 300 mm de diamètre, montés sur une base de 9 mètres ultra rigide construite par Northrop-Grumman, et dont la tolérance aux vibrations est inférieure au nanomètre. La lumière issue de deux, ou des trois instruments sera traitée dans un interféromètre, produisant une image de définition semblable à celle obtenue par un miroir unique de diamètre équivalent à la base. C'est la première fois que l'interférométrie optique sera utilisée dans l'espace, sans les contraintes liées à la turbulence atmosphérique qui réduit significativement la qualité des observations de ce type réalisées depuis la surface terrestre malgré l'optique adaptative.
Grâce à cette position privilégiée en dehors de la sphère d'influence terrestre et de tout champ gravitationnel parasite, la précision attendue de SIM dépassera de plusieurs centaines de fois tout ce qui a été réalisé à ce jour, avec un pouvoir de résolution de 4 micro-secondes d'arc en champ large et de 1 micro-seconde d'arc en champ étroit, ce qui correspond approximativement à la tranche d'une (petite) pièce de monnaie posée sur la Lune, vue depuis la Terre. Et cela jusqu'à la vingtième magnitude.
Les objectifs de SIM
SIM a été conçu afin d'effectuer des mesures de distance et de parallaxe d'une précision inégalée dans toute la galaxie, mais surtout de détecter la présence de planètes de type terrestre en orbite autour d'autres étoiles en déterminant leurs caractéristiques orbitales et leurs masses.
Les résultats obtenus par SIM ouvriront la voie à l'étape suivante, qui consistera au moyen de systèmes interférométriques encore plus puissants, et répartis non plus sur une base de 9 mètres mais en deux points opposés de l'orbite solaire, à analyser l'atmosphère et la surface de telles planètes, ainsi que leurs températures, et à rechercher les signatures chimiques de la vie.
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