Mission

Depuis la première détection d’une exoplanète en 1995, plus de 3 500 sont aujourd'hui répertoriées. Mais peu d’informations sur leurs propriétés sont disponibles. Contrairement aux étoiles, les planètes n’émettent pas ou très peu de rayonnements observables par les télescopes. Les planètes sont essentiellement détectées grâce aux perturbations qu’elles induisent sur leur étoile. Par exemple, elles masquent une fraction de la lumière de leur étoile lorsqu'elles passent entre celle-ci et la Terre. Cet évènement, appelé transit, est directement relié aux propriétés géométriques de l’étoile et il est possible de déduire le diamètre d’une telle planète. C’est avec cette méthode dite des transits qu’ont été identifiées les 3/4 des exoplanètes connues.

Identifier ces transits pour des planètes de la taille de la Terre nécessite cependant d’être capable de mesurer d’infimes variations de la lumière de l’étoile. Une telle performance n’est possible que depuis l’espace. C’est ce qu’ont fait remarquablement bien les missions spatiales CoRoT et Kepler. Elles recherchaient des planètes orbitant essentiellement autour d'étoiles très éloignées du Système Solaire.

Contrairement à ces missions, CHEOPS n’a pas pour tâche de faire de nouvelles détections mais d’étudier plus en détail des exoplanètes déjà identifiées par la méthode des transits ou par la méthode des vitesses radiales. Ces méthodes de détection des exoplanètes apportent des informations différentes. La méthode des vitesses radiales donne une indication de la masse de la planète. La méthode des transits donne une première évaluation du diamètre de la planète. Toutes les deux donnent des indications sur la distance de la planète à son étoile et sur la forme de l’orbite. La densité de la planète peut être déduite grâce au couplage des deux méthodes en combinant la mesure de la masse et celle du diamètre. Cette donnée nous indique la composition globale de la planète. Est-elle essentiellement composée de roche ? de fer ? Serait-elle une planète-océan ?

CHEOPS complètera donc la chaîne de mesures déterminant la structure de ces planètes. Les plus prometteuses sont celles, appelées super-Terres, dont la masse est comprise entre la masse de la Terre et celle de Neptune (17 masses terrestres). De telles planètes n’existent pas dans notre système solaire.

Grâce aux résultats de CHEOPS, les scientifiques espèrent identifier des planètes d’un nouveau genre, entre la masse de la Terre et celle de Neptune : planètes-océan géantes, mini-Neptune, ou naines gazeuses. Crédits : ESA, 2013

Dans certains systèmes comprenant plusieurs planètes sur des orbites très proches, les planètes interagissent sur l’orbite des unes et des autres. Les temps de transit sont alors très légèrement modifiés. CHEOPS pourra effectuer plusieurs mesures successives qui aideront à la détermination précise du mouvement complexe des planètes. À partir de modèles mathématiques, les masses des différentes planètes seront évaluées avec plus de précision. Là encore CHEOPS complètera de façon déterminante les mesures obtenues avec d’autres méthodes.

La communauté scientifique espère aussi identifier grâce à la grande précision de mesure de CHEOPS, des types de planètes, en théorie possibles, mais qui n’ont pas encore été observés. Des mini-Neptune petites planètes gazeuses, mais aussi des planètes océan géantes. Découvrir de telles planètes modifierait les hypothèses sur leurs conditions de formation, comme la masse nécessaire du cœur solide à partir de laquelle le gaz environnant est capturé pour obtenir une atmosphère d’épaisseur et de composition variable.

Les résultats de CHEOPS constitueront une collection de cibles privilégiées pour des études détaillées des propriétés physiques des planètes et de la composition de leur atmosphère. D’autres télescopes pourront alors essayer d’analyser la lumière réfléchie par les atmosphères pour en déterminer la composition :

- Du côté américain avec le télescope spatial James Webb développé par la NASA, avec le concours des agences spatiales Canadienne et Européenne qui sera lancé en 2021.

- Du côté européen avec :

• Au sol, l’European Extremely Large Telescope de l’ESO dont la construction débute pour une mise en service en 2024.
• Le télescope spatial de l’ESA, ARIEL prévu pour un lancement en 2028

En trois ans et demi d’exploitation prévus, CHEOPS devrait ainsi observer entre 500 et 1000 étoiles possédant au moins une exoplanète. Avec ses réserves d’ergol, la mission pourra être prolongée d’un an et demi pour une durée totale 5 ans.