La recherche spatiale made in Bern

Depuis sa participation au premier alunissage en 1969, l’Université de Berne est présente dans les missions spatiales à travers ses instruments et ses expériences. En 2020 encore, des instruments spatiaux conçus à Berne ont fait parler d’eux, par exemple le télescope spatial CHEOPS, le spectromètre de masse ORIGIN et trois instruments pour la mission d’exploration de Jupiter JUICE.

Le télescope spatial comble les attentes

CHEOPS est une mission commune de l’Agence spatiale européenne (ESA) et de la Suisse conduite sous l’égide de l’Université de Berne en collaboration avec l’Université de Genève. Le télescope spatial CHEOPS a été développé et construit à l’Université de Berne sous la direction de Willy Benz pendant cinq ans avant d’entamer son voyage dans l’espace fin 2019. Depuis, CHEOPS mesure les variations de luminosité d’une étoile lorsqu’une exoplanète passe devant elle. Ces mesures permettent de déduire la taille de la planète, puis de déterminer sa densité à l’aide de données tirées de précédentes observations. On obtient ainsi des informations importantes sur ces planètes – par exemple, si elles sont principalement composées de roches ou de gaz ou si on y trouve des océans profonds. C’est une étape importante pour déterminer si une planète réunit des conditions favorables au développement de la vie.

La première étude s’appuyant sur des données de CHEOPS, publiée en septembre 2020, décrit l’une des planètes les plus extrêmes de l’Univers : WASP-189b, un « Jupiter ultra-chaud », où la température est de 3200 degrés et qui tourne autour de son étoile en seulement trois jours. Fin 2020, CHEOPS a ensuite découvert six planètes qui tournent autour de l’étoile TOI-178. Malgré leur composition très différente, cinq de ces planètes gravitent selon un rythme harmonieux. C’est la première fois qu’un système planétaire présentant de telles caractéristiques a pu être observé.

Le saviez-vous ?

« Le 21 juillet 1969, lorsque Buzz Aldrin, deuxième homme à sortir du module lunaire, a posé le pied sur la Lune, il a déroulé la voile solaire de l’Université de Berne et l’a plantée dans le sol lunaire avant même que le drapeau américain ne soit hissé. Le Solarwind Composition Experiment (SWC), qui avait été planifié, construit et évalué par le Prof. Dr. Johannes Geiss et son équipe de l’Institut de physique de l’Université de Berne, a été l’un des premiers moments forts de l’histoire de la recherche spatiale bernoise. »

Une sensibilité de mesure sans précédent pour détecter la vie dans l’espace

Le spectromètre de masse ORIGIN, conçu à Berne, a également fait les grands titres des médias en 2020. Développé sous la direction d’Andreas Riedo et de Niels Ligterink de l’Université de Berne, il est capable de détecter des traces infiniment petites de vie. Des agences spatiales telles que la NASA se sont déclarées intéressées pour tester ORIGIN lors de futures missions. L’instrument pourrait par exemple être utilisé dans le cadre de missions d’exploration des lunes glacées Europe (Jupiter) et Encelade (Saturne). Selon les connaissances actuelles, les océans situés sous une couche de glace de plusieurs kilomètres d’épaisseur sur les lunes glacées possèdent toutes les propriétés qui sont nécessaires au développement de la vie et présentent des environnements dans lesquels la vie peut exister à long terme.

Une détection simultanée de certains aminoacides sur des surfaces extraterrestres, comme celle d’Europe ou d’Encelade, laisse entrevoir la possibilité de vie. Le principe de mesure développé par les scientifiques bernois est simple : des impulsions laser sont orientées vers la surface à étudier. De cette manière, de très petites quantités de matière se détachent et leur composition chimique est ensuite examinée par ORIGIN. Aucune préparation d’échantillons compliquée susceptible d’influer sur le résultat n’est nécessaire. ORIGIN est jusqu’à mille fois plus sensible que les instruments comparables actuellement utilisés.

Une mission pour Jupiter avec l’Université de Berne

La mission JUICE de l’Agence spatiale européenne (ESA), qui devrait entamer son voyage vers Jupiter au cours de l’été 2022, recherchera également des signes de vie. À partir de 2029, la mission doit étudier Jupiter et trois de ses 79 lunes – les lunes glacées Ganymed, Kallisto et Europe. L’Institut de physique appliquée et l’Institut de physique de l’Université de Berne ont participé à la conception de trois instruments embarqués dans cette mission.

Sous la direction d’Axel Murk, l’Institut de physique appliquée a développé l’optique et l’unité d’étalonnage du Submillimeter Wave Instrument (SWI). À l’automne 2020, l’optique du SWI a été intégrée et testée à l’Institut Max-Planck de recherche sur le Système solaire. Le SWI prendra des mesures de la stratosphère de Jupiter, ainsi que des atmosphères et des surfaces des lunes glacées de la planète. Au lieu de la lumière visible, l’instrument mesurera le rayonnement thermique de la stratosphère de Jupiter dans les longueurs d’onde submillimétriques afin de déterminer la réparation des températures, la composition et les vents de l’atmosphère. Les atmosphères et les propriétés des surfaces des lunes seront également étudiées.

À bord de la mission JUICE, il y aura également l’altimètre laser GALA, pour lequel l’Institut de physique a développé le « Range Finder Module » sous la direction de Nicolas Thomas. GALA analysera la topographie de Ganymed.

Le troisième instrument de la mission JUICE dont la construction a été achevée en 2020 à l’Université de Berne sous la direction de Peter Wurz est le Neutral and Ion Mass Spectrometer (NIM) de l’Institut de physique. Il fait partie du « Particle Environment Package » (PEP), composé de six spectromètres. Le spectromètre de masse NIM étudiera la composition chimique et isotopique et la distribution des particules présentes dans les atmosphères des lunes glacées de Jupiter, ainsi que les paramètres physiques de ces atmosphères.

Les outils sont désormais intégrés à la plateforme satellitaire et la sonde spatiale JUICE fait actuellement l’objet de tests complets.

LA RECHERCHE SPATIALE BERNOISE: AVEC L’ÉLITE MONDIALE DEPUIS LE PREMIER ALUNISSAGE

Le 21 juillet 1969, lorsque Buzz Aldrin, deuxième homme à sortir du module lunaire, a posé le pied sur la Lune, il a déroulé la voile solaire de l’Université de Berne et l’a plantée dans le sol lunaire avant même que le drapeau américain ne soit hissé. Le Solarwind Composition Experiment (SWC), qui avait été planifié et évalué par le Prof. Dr. Johannes Geiss et son équipe de l’Institut de physique de l’Université de Berne, a été l’un des premiers moments forts de l’histoire de la recherche spatiale bernoise.

Depuis, celle-ci fait partie de l’élite spatiale mondiale. Les chiffres dressent un bilan impressionnant : des instruments ont volé 25 fois dans la haute atmosphère et l’ionosphère à bord de fusées (1967-1993), 9 fois dans la stratosphère lors de vols en ballon (1991-2008), plus de 30 instruments ont équipé des sondes spatiales et, avec CHEOPS, l’Université de Berne a été en charge d’une mission complète aux côtés de l’ESA.