Instruments
Deux instruments scientifiques seront embarqués dans la charge utile d’Ariel :
- Le spectromètre infrarouge AIRS (Ariel InfraRed Spectrometer) qui couvre simultanément les longueurs d’onde de 1,95 à 7,8 microns, avec une résolution spectrale R = 30-200.
- Il est complété par le FGS (Fine Guide Sensor photometer and spectrometer) qui couvre, en parallèle, la plage 0,5-1,2 microns avec des bandes photométriques, et un spectrographe à basse résolution entre 1,1 et 1,95 microns.
Cette gamme de longueur d’ondes permet de couvrir les signatures des principales molécules atmosphériques comme H2O (eau), CO2 (dioxyde de carbone), CH4 (méthane), NH3(ammoniac), HCN (cyanure d'hydrogène), H2S (sulfure d'hydrogène) et même quelques composants plus exotiques tels que TiO (monoxyde de titane), VO (oxyde de vanadium)et quelques espèces condensées.
| Domaine de longueur d’onde | Pouvoir de résolution | Motivation scientifique |
| VISPhot 0,50 – 0,60 µm | Bande intégrée | - Correction de l’activité stellaire dans les données (optimisé pour les étoiles de type précoce) - Mesure de l’albedo planétaire - Détection de la diffusion de Rayleigh/brume |
| FGS1 0,60 – 0,80 µm | Bande intégrée | - Correction de l’activité stellaire dans les données (optimisé pour les étoiles de type tardif) - Mesure de l’albedo planétaire - Détection/caractérisation de nuages/brume |
| FGS2 0,80 – 1,10 µm | Bande intégrée | - Correction de l’activité stellaire dans les données (optimisé pour les étoiles de type tardif) - Détection/caractérisation de nuages |
| NIRSpec 1,10 – 1,95 µm | R ≥ 50 | - Correction de l’activité stellaire dans les données (optimisé pour les étoiles de type tardif) - Détection/caractérisation de nuages/brume - Détection de molécules (ex : H2O, TiO, VO, hybrides métalliques) - Mesure de températures planétaires (optimisé pour les hautes températures) - Récupération d’abondances moléculaires - Récupération de la structure thermique verticale et horizontale - Détection de variations temporelles (météo/distribution de nuages) |
| IR spectrograph (AIRS) 1,95 – 7,8 µm | R ≥ 100 (au-dessous de 3,9 µm) R ≥ 30 (au-dessus de 3,9 µm) | - Détection de composants chimiques atmosphériques - Mesure de températures planétaires (optimisé pour les températures moyennes à hautes) - Récupération d’abondances moléculaires - Récupération de la structure thermique verticale et horizontale - Détection de variations temporelles (météo/distribution de nuages) |
L’instrument AIRS
L’Instrument AIRS (Ariel InfraRed Spectrometer) d'Ariel est un spectromètre infrarouge qui couvre simultanément les longueurs d’ondes de 1,95 à 7,8 μm.
L’instrument est constitué de deux canaux, chacun dédié à une bande spectrale :
- Channel 0 (CH0) : 1,95-3,90 μm
- Channel 1 (CH1) : 3,90-7,80 μm
Les objectifs scientifiques de l’instrument AIRS sont les suivants :
- détection des composants atmosphériques
- détermination de l’abondance moléculaire
- mesure de la température de la planète
- détermination de la structure thermique horizontale et verticale
- détection de la variabilité temporelle (distribution des nuages et météo)
La partie optique et détection de l’instrument est localisée sur la partie froide de la charge utile, en sortie du télescope.
Pour chaque canal, elle est constituée d’une partie opto-mécanique qui permet au faisceau fourni par le télescope de traverser un prisme avant d’arriver sur le plan focal (FPA) constitué d’un détecteur et de son électronique froide de proximité.
La partie traitement du spectre optique en données scientifiques numériques se trouve sur la partie plus chaude c’est-à-dire au niveau du module de service.
L’instrument AIRS est sous responsabilité française.
L’instrument FGS
L’instrument FGS est en réalité un ensemble de 3 instruments : le FGS (Fine Guidance System), le VISPhot (Visible Photometer) et le NIRSpec (Near-IR Spectrometer).
Le rôle principal du FGS est de garantir le pointage fin de la mission Ariel, mais il fournira également de la photométrie haute précision dans le visible sur les planètes visées et également des mesures de spectrométrie basse résolution dans le domaine du proche infrarouge.
Le FGS participe ainsi aux objectifs scientifiques de la mission ainsi qu’au guidage du satellite.
La fonction de guidage du FGS utilise la lumière de l’étoile de l’exoplanète ciblée pour déterminer les changements dans la ligne de vue de la charge utile d’Ariel, c’est-à-dire les fluctuations de pointage. La mesure d’attitude est alors prise en compte dans la boucle de Contrôle d’Attitude et d’Orbite du satellite et combinée avec les données du senseur stellaire pour stabiliser le satellite.
Pour atteindre les objectifs de guidage et scientifiques, quatre bandes spectrales sont définies :
- FGS–1 (0,6-0,8 μm)
- FGS–2 (0,8-1,1 μm)
- VISPhot (0,50-0,60 μm)
- NIRSpec (spectromètre 1,10-1,95 μm avec résolution spectrale R ≥ 15).
Le faisceau provenant du télescope parcourt un banc optique permettant d’alimenter les différents sous-instruments. Ce banc est composé de miroirs dichroïques, de lentilles et d’un prisme.
Les faisceaux optiques sont ensuite focalisés sur 2 détecteurs.
L’instrument FGS est sous responsabilité polonaise.
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