les grandes missions spatiales pour l'astrophysique cours

Entrée

libre

Cours Astro général 10A001 2021Année 2021 semestre d’automne

le mardi, du 21 septembre au 21 décembre 2021

de 17h45 à 18h30, Auditoire A300 - Sciences II

30, quai Ernest-Ansermet, Genève

par Corinne Charbonnel, Professeure au Département d’Astronomie

Département d’astronomie

Les grandes missions spatiales pour l'Astrophysique Saison 2- Le système solaire

La deuxième saison de cours dédiés aux grandes missions spatiales

pour l’astrophysique nous entrainera à la découverte du système

solaire. Le cours donné par la Prof-e Corinne Charbonnel fera

intervenir des chercheurs et chercheuses impliqué-es dans certaines

de ces missions, afin d’illustrer l’aventure humaine que représentent la

conception, la gestion opérationnelle, et l’exploitation scientifique

d’une mission spatiale ainsi que les aspects touchant à la collaboration

internationale.

Le cours s’adresse à un large public et ne requiert pas de

connaissances préalables en astronomie. Il peut être choisi comme

cours à option pour certaines filières (scientifiques ou non) au niveau

Bachelor. Il est également proposé dans le cadre du programme

d’Etudes Anticipées Athéna de la Faculté des Sciences de l’UniGe.

CC / CT mai 2021

Mercredi 19 mai 2010, à 18h30, Auditoire Rouiller, UNIGE Entr

éelib

re

par Corinne Charbonnel, Professeure au Département d’Astronomie de l’Université de Genève

le mardi, du 21 septembre au 21 décembre 2021 de 17h45 à 18h30

Auditoire A300 - Sciences II, 30 quai Ernest-Ansermet, Genève

Inscription au cours sur place le 21 septembreRenseignements : http://unige.ch/sciences/astro

Les grandes missions spatiales pour l'Astrophysique Saison 2 – Le système solaire


Chaotic clouds on Jupiter (mission Juno). Image Credits: NASA/JPL-Caltech/SwRI/MSSS/Gerald Eichstädt /Seán Doran

18h30-18h45

Mesures sanitaires

C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921

+ email à [email protected] Cours 10A001 2021


Inscription en ligneVotre inscription

Auditeurs libres

mailto:[email protected]

Votre inscriptionEtudiants UniGe et AthenaInscription en ligne sur moodle


Examen

OralSujet relatif au cours12’ (presentation) + 5’ (question)Devant les autres élèves au Département d’Astronomie (en fonction des mesures sanitaires)

Vos tuteurs

Programme Athena

Mathieu HellerDépartement de Physique Nucléaire et CorpusculaireCollaborateur Scientifique

William PlurielDépartement d’Astronomie

Post-doctorant

Marion CointepasDépartement d’Astronomie

Doctorante


Notes de cours et enregistrement en ligne


https://mediaserver.unige.ch/Utilisateur: 10A001_2021Mot de masse: astro2021

https://mediaserver.unige.ch/proxy/132091/AN6-EXCL-2020-00054-09-22.mp4


Notes de cours en ligne

www.istegroup.com/fr/domain/univers


http://www.istegroup.com/fr/domain/univers

Elsevier Academic Press, 2004 - 655 pagesPhysics and Chemistry of the Solar System, 2nd EditionJohn S. Lewis


Cours 1 – 21 septembre 2021Cours 2 – 28 septembre 2021

Pourquoi explorer Le système solaire ?

-L’exemple de la Lune

C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921Mercredi 19 mai 2010, à 18h30, Auditoire Rouiller, UNIGE Entr

éelib

re








Les différentes étapes de l’exploration

L’observation depuis la Terre

Le survol

La mise en orbite

L’exploration de la surface avec un atterrisseur et/ou un roverL’exploration de l’atmosphère avec une sonde

Le prélèvement d’échantillon et leur retour sur Terre

Le voyage habité


Les différentes étapes de l’exploration robotisée Les différentes étapes de l’exploration robotisée et humaine

Qu’est-ce que la Lune ?

La Lune L’avez-vous déjà observée ainsi?


Un satellite naturel (ou lune) est un corps qui - gravite autour d’un astre de masse plus importante (e.g. Lune versus Terre, Terre versus Soleil)

La Lune est le satellite naturel de la Terre

Tailles relatives Terre – Lune Rayon Terre ~ 6370 kmRayon Lune ~ 1737 km

http://www.lesud.com/lesud-astronomy_pageid81.html© lesud™ 2016

Un satellite artificiel est- un engin placé en orbite autour d’un astre


# Mercure et Vénus : 0 lune# Terre : Lune# Mars : 2 – Deimos & Phobos

# Jupiter : 79 +# Saturne : 82 +# Uranus : 27 # Neptune : 14

Tailles relatives des principaux satellites naturels des planètes du système solaire


Planète et planète naine Union Astronomique Internationale (UAI/IAU) Résolution du 24 août 2006 Une planète est un corps qui

- Est en orbite autour du soleil- A une masse suffisamment importante pour être de forme relativement sphérique (équilibre hydrostatique)- A dégagé son orbite et son voisinage d’éventuels autres objetsUne planète naine est un corps qui - Est en orbite autour du soleil- A une masse suffisamment importante pour être de forme relativement sphérique (équilibre hydrostatique)- N’a pas dégagé son orbite et son voisinage d’éventuels autres objets

Cinq planètes naines reconnues par l’UAI :- Pluton (système planétaire double avec Charon?)- Makémaké- Eris- Haumea (rotation rapide –> ellipsoïde en équilibre hydrostatique)- Ceres, le plus gros objet de la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter

Pluton (New Horizon 2015)NASA/JHU APL/SwRI/Alex Parker

Ceres (Dawn 2015)NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Haumea (vue d’artiste)A.Field @ STScI

Ceinture de Kuiper

Ceinture d’astéroides


Masses respectives de neuf planètes naines par rapport à la masse de la Lune(état des lieux en 2016)

Pourquoi aller sur la Lune?C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921

Pourquoi aller sur la Lune en premier ?C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921

Distance Terre – Lune

Distance Terre – Lune ~ 384’400 km

http://www.lesud.com/lesud-astronomy_pageid81.html© lesud™ 2016

Rayon Terre ~ 6370 kmRayon Lune ~ 1737 km

Distance Terre – Mars ~ 55 à 400 millions de km

1 unité astronomique (u.a., a.u.) = distance moyenne Soleil – Terre= 149 597 870 km~ 0.0000158 a.l. ~ 8 minutes lumière C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921

Télémétrie Laser (Obs Côte d’Azur)à L’éloignement augmente de 3.8 cm par an (effet des marées)

Réflecteur laser Apollo XV (1m x 0.6m)NASA, Appolo XV Map and Image Library

© Ciel et Espace

Les différentes étapes de l’exploration – La Lune

Le 1er survol

Sondes soviétiques Luna 1 à 24(janvier 1959 à 1976)

Sonde soviétique Luna 11er « cosmic ship »Passage à ~ 6000 km de la Lune le 4 janvier 19591er satellite artificiel du soleil, en orbite autour du Soleil entre les

orbites de la Terre et de Mars

Sonde américaine Pioneer 4Passage à ~ 60’000 km de la Lune le 4 mars 1959En orbite autour du Soleil entre les orbites de la Terre et de Mars

à Exercice de « tracking »

https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)

àMesures de la ceinture de radiations autour de la TerreàDécouverte de l’absence de champ magnétique lunaireà« Découverte » du vent solaire


https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/


Les 1ères images de la phase cachée

Le 1er impact

Sonde soviétique Luna 3 (4 octobre 1959) à1ères images (~ floues) et première cartographie de

la face cachée de la Lune

Sonde soviétique Luna 2Impact le 14 septembre 1959 (région Palus Putredinus)à Pas d’évidence de champ magnétique

ni de ceinture de radiations


Sonde américaine Ranger 4Crash sur la face cachée de la Lune 23 avril 1962àAucun donnée scientifique transmise



Le 1er alunissageLander soviétique Luna 9

Oceanus Procellarum – L’océan des tempètes (3 février 1966)à1ères photographies prises depuis la surfaceàPreuve de la possibilité d’alunir sans s’enfoncer dans la poussière

Lander américain Surveyor 1 Oceanus Procellarum (2 juin 1966)

à Préparation des missions Apollo

La 1ère mise en orbiteSonde soviétique Luna 10 (4 avril1966, 56 jours, 460 orbites lunaires, impact sur la Lune)àConfirmation de l’absence de champ magnétique lunaireàPas d’atmosphère détectableàChamp de gravité distordu, distribution non uniforme de la masseàSurface composée de basalte

Le 1er aller/retour sans équipage

Sonde soviétique Zond 5 Lancement 14 sept 1968, survol autour de la Lune 18 sept (distance minimale ~ 1950 km),retour 21 sept (récupéré dans l’océan Indien) àSuccès totalàTortues ont survécu et perdu ~ 10% de leur poids


https://www.lpi.usra.edu/lunar/missions/ (voir aussi https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/lunar/lunartimeline.html)C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921


Le 1er survol avec équipageApollo 8 Lancement 21 déc 1968, survol autour de la Lune 24 sept, (en orbite pendant 20 heures, 10 orbites)

retour 27 sept (récupéré dans l’océan Pacifique)

Copyright © Lunar and Planetary Institute


Jour 4 – 4ème orbite lunaire The first photograph taken of Earthrise taken by a human

Image by NASA/Johnson Space CenterAS08-13-2329




Le 1er pas Apollo 11 Lancement 16 juillet 1969Alunissage de Eagle 20 juillet 1969 – Mare Tranquillitatis - Sea of Tranquility (0.67 N, 23.47 E)retour 24 juillet (récupéré dans l’océan Pacifique)


Neil A. Armstrong, commanderMichael Collins, command module Columbia pilot

Edwin E. Aldrin, Jr., lunar module Eagle pilot

Apollo 11, AS11-37-5437Date/Time (UT): 1969-07-20 T 04:00 Distance/Range (km): 125.Central Latitude/Longitude (deg): -00.57,023.49 E

Apollo 11 Lunar Module pilot Edwin Aldrin at 03:15 UT on 21 July 1969 (20 July 1969, 11:15 EDT) and became the second person to walk on the Moon. (Apollo 11, AS11-40-5868)

Apollo 11 astronaut Edwin Aldrin stands facing the U.S. flag on the MoonAS11-40-5868





Jettison Bag (Armstrong – NASA)


Le 1er pas Apollo 11 Lancement 16 juillet 1969Alunissage de Eagle 20 juillet 1969 – Mare Tranquillitatis - Sea of Tranquility (0.67 N, 23.47 E)retour 24 juillet (récupéré dans l’océan Pacifique)

Neil A. Armstrong, commanderMichael Collins, command module Columbia pilot

Edwin E. Aldrin, Jr., lunar module Eagle pilot



Apollo 11 + First Man Soundtrack "The Landing"https://www.youtube.com/watch?v=Yqs5t5_BJjY


La 1ère expérienceApollo 11 (12, 14, 15, 16)


308 J. GEISS ET AL.

Figure 1. Apollo 11 Astronaut Edwin E. Aldrin deploying the SWC experiment in Mare Tranquillit-atis on July 21, 1969. Photograph by Commander Neil A. Armstrong (NASA Photo S11-40-5872).

properties of the lunar soil and tested their ability to walk and move around thelunar surface, Aldrin took the Solar Wind Composition (SWC) experiment fromits fixture in the Descend Stage of the LM, extended the telescopic pole, unrolledthe solar wind collection foil and at 03:35 UT deployed the device at a distanceof 4 meters from the nearest LM footpad (Figure 1). Towards the end of the EVA(‘Extravehicular Activity’), at 04:52 UT, the astronauts rolled up the foil onto thespring loaded reel, disconnected reel and foil from the pole, put them into a Teflonbag and stored them in the lunar sample box. In this bag, the foil was returnedto Earth, and after having been released from the quarantine area of the LunarReceiving Laboratory at the NASA Manned Spacecraft Center (MSC) at Houston,it was brought back to Switzerland where the solar wind particles trapped in thefoil were mass-spectrometrically analysed.

The Apollo 11 astronauts had written the activities planned for their lunar ex-cursion on their cuffs (see ALSJ, 2003), and they pursued their programme in theunknown environment with efficiency and perfection. As a result they were able tocarry out the complete planned scientific programme (see Hess and Calio, 1969)that included deploying the SWC (Geiss et al., 1969), a Seismometer (Lathamet al., 1969), and a Laser reflector (Alley et al., 1969), making geological obser-

308 J. GEISS ET AL.




Apollo16 SWC (Solar Wind Composition experiment )(mass spectroscopy) in the Descartes Region of the Moon

Prof. Johannes GeissBern

à Mesure de la composition du vent solaire : isotopes d’hélium, d’argon et de néonFlux de particules ionisées (plasma, gaz formé d’ions (protons principalement) et d’électrons)200 à 800 km.sec-1 – 2 à 8 jours pour arriver à la TerreJusqu’à 2000 km.sec-1 dans le cas d’éjection de masse coronale



Queue de plasma des comètes (Kepler 1600; Hoffmeister 1943)

Aurores (Birkeland 1900) Couronne solaire (Parker 1958)


Space Engine NASA's Goddard Space Flight Center NASA'sSolar Dynamics Observatory (SDO) NASA Goddard/Mary Pat Hrybyk-Keith NASA Goddard’s Conceptual Image Lab/Josh Masters


Ion Composition Instrument (ICI) on International Sun-Earth Explorer 3 (ICE 1978 – 1982)

Mesure de la composition des particules du vent solaire

Crédit: NASA/ESA

Solar Wind Composition Spectrometer (SWICS)on Ulysses (1991 – 1996)

Solar Orbiter ESA / CNES (lancement 2020 – insertion en orbite solaire 2022)Distance la plus proche du soleil ~ 42 millions de km; orbite 33degrès au-dessus de l’équateur solaire https://solar-orbiter.cnes.fr/fr/SOLO/Fr/GP_mission.htmhttps://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter


https://solar-orbiter.cnes.fr/fr/SOLO/Fr/GP_mission.htm

https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Solar_Orbiter

La 1ère expérienceApollo 11 (12, 14, 15, 16)


308 J. GEISS ET AL.




308 J. GEISS ET AL.




Apollo16 SWC (Solar Wind Composition experiment )(mass spectroscopy) in the Descartes Region of the Moon

Prof. Johannes GeissBern

à Mesure de la composition du vent solaire : isotopes d’hélium, d’argon et de néonà Formation et évolution du soleil et des étoiles à Origine de l’hélium 3 (Big Bang et nucléosynthèse stellaire) à Evolution chimique de la Galaxie

Géante rouge

Nébuleuseplanétaire




Apollo 11 + First Man Soundtrack "The Landing"https://www.youtube.com/watch?v=Yqs5t5_BJjY


Cours 1 – 21 septembre 2021Cours 2 – 28 septembre 2021

Pourquoi explorer Le système solaire ?

-L’exemple de la Lune

C.Charbonnel – Cours UniGe 1051 – 20210921Mercredi 19 mai 2010, à 18h30, Auditoire Rouiller, UNIGE Entr

éelib

re








les grandes missions spatiales pour l'astrophysique cours

Documents