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    Laboratoire d’Astrophysique de Marseille

    Systèmes planétaires

    FRIPON

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    Le réseau FRIPON, dont la finalité est de retrouver des météorites fraichement tombées, réalise une surveillance continue du ciel pour détecter les bolides qui signalent les chutes de météorites et les retombées atmosphériques de débris spatiaux et, plus généralement, tout phénomène lumineux. Il est constitué à l’heure actuelle de 175 caméras « all sky » couvrant toute la France et une fraction de plusieurs pays européens (Allemagne, Autriche, Belgique, Espagne, Italie, Pays-Bas, Roumanie, Royaume-Uni, Suisse). Le réseau comporte également quelques caméras en dehors de l’Europe ainsi que 25 récepteurs radio (GRAVES) couvrant toute la France. Les données sont stockées et traitées à l’OSU Pythéas et alimentent des bases de données utilisées par plusieurs agences et par les communautés scientifiques nationales et internationales. Une description plus détaillée du programme FRIPON est accessible sur le site https://www.fripon.org.

    En cas de chute de météorite, les données du réseau FRIPON permettre de définir l’ellipse de chute et ainsi d’orienter les recherches sur le terrain.

    Membres de l’équipe GSP impliqués dans FRIPON:
    Pierre Vernazza, Laurent Jorda

    SNO FRIPON (ANO6):
    ANO6 FRIPON

    Magnétosphères planétaires

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    Nous travaillons sur l’étude des plasmas planétaires et astrophysiques dans les environnements magnétisés des planètes. Dans le système solaire, nous nous intéressons à l’étude individuelle et comparée des magnétosphères et des processus auroraux de la Terre, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune, ainsi que de Mercure. Nos moyens d’analyse reposent sur des observations in situ de sondes d’exploration spatiales et d’observations à distance de leurs émissions électromagnétiques par des sondes spatiales et des télescopes terrestres, principalement dans les gammes radio ultraviolette. Nous participons également à la recherche d’exoplanètes grâce à des observations de grands radiotélescopes au sol.

    Notre équipe est impliquée dans les grands projets ci-dessous, en collaboration avec les équipes des grands laboratoires français et internationaux de la discipline:

    Formation planétaire

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    Nous réalisons des modélisations et simulations numériques pour mieux comprendre les mécanismes physiques de la formation planétaire. Les modèles produits sont confrontés aux observations.

    Détection et propriétés des exoplanètes

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    Les travaux de notre équipe s’inscrivent dans le cadre très général de la formation des systèmes planétaires : Où les planètes se forment-elles et comment ? Quelles sont les caractéristiques de ces nouveaux systèmes planétaires et quel rôle l’étoile centrale joue-t-elle ? Quelles sont les différentes populations de planètes et à quelle fréquence se forment elles?

    Répondre à de telles questions ne nécessite pas seulement de détecter des planètes de toutes tailles, mais également de connaître de façon aussi complète que possible leurs caractéristiques et celles de leur étoile parent. Nous abordons donc cette vaste problématique sous différents angles par:
    – la détection et caractérisation des planètes, et par l’étude des populations stellaires;
    – des études statistiques visant à déterminer les propriétés et caractéristiques des différentes populations de planètes détectées;
    – notre participation à la définition et au développement des instruments de nouvelle génération;
    – l’exploitation scientifique des données des grands instruments, y compris les données publiques des grandes missions telles que Kepler ou K2.
    – le développement d’un modèle de composition des petites planètes – intérieur et atmosphère (MSEI)

    Ces recherches s’appuient sur des expertises diverses et complémentaires dans le domaine des exoplanètes, en particulier :
    – Méthodes de détection : vélocimétrie radiale, imagerie, transits, spectro-imagerie radio basse fréquence
    – Développement de logiciels pour la réduction et l’exploitation des données (CHEOPS DRP, K-STACKER, PASTIS)
    – Développement de modèle pour l’interprétation scientifique des données (MSEI)
    – Grands programmes d’observation
    – Missions spatiales : définition, préparation et exploitation scientifique
    – Grands instruments sol : études de concept et réalisation
    – Modélisation et correction de l’activité stellaire

    Surfaces planétaires

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    Nous étudions la géologie et la composition de la surface des petits corps (astéroïdes, comètes, objet transneptuniens), des planètes terrestres et des lunes du Système Solaire afin de contraindre leur origine et leur évolution. Nos recherches portent sur les processus d’impact, la cartographie géologique, et la minéralogie de surface. Nos méthodes comprennent l’interprétation d’images, la génération de modèles numériques de terrain et de forme 3D, la spectroscopie infrarouge, le travail sur le terrain pour rechercher des météorites dans le cadre de FRIPON/Vigie Ciel, et la modélisation.

    Notre équipe est impliquée dans plusieurs grands projets sol et missions spatiales:

    ExoMars-R

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    Des membres de l’équipe participent en tant que membres scientifiques au projet de mission ExoMars-R, rover Européen qui doit se poser sur Mars dans la région de Oxia Planum. La date de lancement a été reportée, avec une possibilité en 2028. Des membres de l’équipe font partie des équipes des spectromètres infrarouge ISEM et MicrOmega, et participent à l’animation scientifique de la mission, la préparation des opérations, et la définition scientifique des cibles du site d’atterissage.

    Contacts au LAM : John Carter

    Hayabusa-II

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    L’équipe participe à l’analyse de retours d’échantillons de Ryugu par la mission JAXA Hayabusa-II. La JAXA possède un centre de curation au Japon dans lequel est notamment installé le microscope spectro-imageur infrarouge MicrOmega, construit par et sous responsabilité scientifique de l’IAS. Depuis fin 2021, et de façon routinière, les grains de Ryugu sont analysés dans un environnent ultra-propre, sans contamination par l’atmosphère terrestre ni par l’eau. Une large fraction des quelques grammes récupérés a ainsi déjà pu être analysé, offrant une vue d’ensemble de la composition minérale et organique des grains. L’analyse de ces grains permet également d’orienter les futures analyses plus détaillées au sein des groupes analytiques. Des membres de l’équipe participent à l’analyse de ces données et leur mise dans un catalogue au service de la communauté.

    Contacts au LAM : John Carter

    Radiotélescopes de Nançay et NenuFAR

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    Les régions polaires des magnétosphères de la Terre et des planètes géantes sont le siège de rayonnements radio auroraux intenses, entre quelques kHz et 40 MHz, produits par l’afflux d’électrons énergétiques. Jupiter est l’émetteur radio planétaire le plus intense et le plus complexe du système solaire, et le seul observable depuis le sol, au-delà de la coupure ionosphérique de 10 MHz.

    Juno

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    La mission NASA Juno est en orbite polaire autour de Jupiter depuis mi-2016, chaque orbite durant 53 jours, et devrait terminer sa mission étendue en 2025. L’étude des pôles de la magnétosphère géante de Jupiter, cette cavité magnétique formée par l’interaction du champ magnétique intense de Jupiter et du vent solaire incident, est l’un des objectifs majeurs de la mission. C’est là, en effet, que le plasma qui peuple la magnétosphère jovienne peut gagner efficacement de l’énergie (par des mécanismes d’accélération complexes) qui peut ensuite être dissipée sous la forme des rayonnements électromagnétiques que sont les aurores polaires, et qui sont observées de la gamme radio (au-dessus de l’atmosphère) jusqu’à l’ultraviolet lointain (dans l’atmosphère).

    https://juno.cnes.fr/fr

    Contact au LAM : Laurent Lamy

    K-Stacker (LAM / INSU)

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    K-Stacker est un algorithme de brute force capable d’augmenter la limite de détection des observations à haut contraste, en combinant des images acquises à des époques différentes (Le Coroller et al. 2020, A&A, 639 ; Nowak et al. 2018, 615 ; Le Coroller et al. 2015, Twenty years of giant exoplanets held at OHP).
    Cet algorithme tient compte du mouvement orbital pour détecter des planètes potentielles, même si elles sont indétectables à une seule époque (Ex : SNR < 1 après les meilleurs réductions ASDI).

    Mars Express (ESA)

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    Mars Express est une mission de l’Agence Spatiale Européenne (ESA), qui a été lancée en 2003. Depuis deux décennies, cette sonde spatiale fournit des données scientifiques de premier plan, qui ont permis de faire des avancées significatives dans notre compréhension de la planète Mars, avec en particulier la première découverte de minéraux hydratés à la surface de Mars par l’instrument OMEGA (PI France).

    CHEOPS (ESA)

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    La mission CHEOPS (CHaracterizing ExOPlanet Satellite), mise en opération en avril 2020, a inauguré la ligne des « petites missions » de l’ESA. Son objectif est de mesurer les transits de planètes de petite taille. Contrairement à une mission plus ambitieuse comme PLATO qui va observer pendant plusieurs années la même région du ciel dans le but de faire de nouvelles détections, CHEOPS ne vise pas la recherche aveugle de planètes dans tout le ciel. L’instrument est pointé sur des cibles particulières, connues pour posséder une ou des planètes, et plus particulièrement celles de taille inférieure à Neptune et dont les transits sont non mesurables depuis le sol. C’est en effet une mission de suivi, qui observe des étoiles pour lesquelles les grands relevés en vitesse radiale ou TESS ont déjà révélé la présence d’une planète, ou laissent soupçonner leur existence. Ses observations nous permettent de mieux comprendre l’architecture des systèmes planétaires mais aussi la composition des petites planètes et l’atmosphère des planètes géantes.

    Le LAM, à travers l’équipe GSP et avec un soutien du CESAM, a été le seul laboratoire français impliqué dans la préparation technique de la mission. Il a développé et fournit au segment sol, le logiciel qui assure la réduction automatique de toutes les observations réalisées par le telescope, qu’il s’agisse de celles de programmes du temps garanti ou du temps ouvert à la communauté.

    Membres de l’équipe GSP impliqués dans CHEOPS:
    Magali Deleuil, Sergio Hoyer, Sophia Sulis, Hugo Vivien

    Page officielle de la mission:
    Mission CHEOPS

    SNO PLATO (ANO4):
    ANO4 CHEOPS

    PLATO (ESA)

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    PLATO, ou PLAnetary Transits and Oscillations of stars, est la troisième mission de classe moyenne du programme Cosmic Vision de l’ESA. Son objectif (lancement déc. 2026) est de trouver et d’étudier un grand nombre de systèmes planétaires, en mettant l’accent sur la détection et les propriétés des planètes semblables à la Terre dans la zone habitable autour des étoiles de type solaire. L’originalité de la mission tient au fait que l’instrument est conçu pour étudier conjointement une étoile et son cortège de planètes.
    La recherche et l’étude des transits dans ses futures courbes de lumière à ultra haute précision sera en effet non seulement couplée à la sismologie de l’étoile hôte via la courbe de lumière, mais aussi à des mesures en vitesses radiales réalisées par des spectrographes au sol. C’est la combinaison de ces trois techniques qui permettra une caractérisation complète des planètes et de leur étoile-hôte et par suite la mesure très précise de leurs paramètres, notamment l’age des systèmes planétaires.

    Le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille est un des laboratoires français impliqués dans la préparation de cette mission. Ses contributions sont focalisées sur les aspects exoplanètes de la mission. En particulier, le LAM est le centre de données de la mission pour les données préparatoires et de suivi qui viendront compléter les observations de l’instrument.

    Membres de l’équipe GSP impliqués dans la préparation de la mission PLATO:
    Magali Deleuil, Alexandre Santerne, Sophia Sulis, Isabelle Boisse, Salome Grouffal, Hugo Vivien

    Page officielle de la mission:
    Mission PLATO

    SNO PLATO (ANO 2):
    ANO2 PLATO

    BepiColombo

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    En octobre 2018, la mission BepiColombo a été lancée avec succès et est désormais en route vers Mercure. Elle est développée par l’Agence spatiale européenne (ESA) conjointement avec l’Agence d’exploration aérospatiale japonaise (JAXA). Les deux orbiteurs qui composent la mission doivent se placer en orbite autour de Mercure en décembre 2025. L’orbiteur MPO, développé par l’ESA, emporte 11 instruments et doit étudier l’intérieur et la surface de la planète Mercure ainsi que son exosphère.

    Parmi les instruments à bord de MPO, il y a deux instruments dans lesquels des chercheurs de notre équipe sont impliqués scientifiquement:

    – le spectromètre MERTIS (MErcury Radiometer and Thermal infrared Imaging Spectrometer) sur lequel P. Vernazza et O. Groussin sont tous deux co-investigateurs. Les objectifs scientifiques de MERTIS sont de cartographier la composition de la surface et d’étudier les variations de température et de l’inertie thermique à la surface de Mercure.

    – l’ensemble instrumental SIMBIO-SYS qui comporte 3 instruments que sont (1) HRIC (High Spatial Resolution Imaging Channel) un imageur à haute résolution, (2) STC (STereo Channel) un imageur stéréoscopique, et (3) VIHI (Visible Infrared Hyperspectral Imager) un spectromètre imageur visible et infra-rouge. Ces trois instruments vont permettre d’étudier la géologie de surface, le volcanisme, la tectonique globale, l’âge de la surface, la composition de la surface et la géophysique de Mercure. L. Jorda est co-investigateur et J. Carter et P. Vernazza sont scientifiques associés.

    Membres de l’équipe GSP impliqués dans BepiColombo:
    John Carter, Olivier Groussin, Laurent Jorda, Pierre Vernazza

    MMX

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    Martian Moon eXploration (MMX) est une mission japonaise (JAXA) qui devrait être lancée en 2024, se mettre en orbite autour de Phobos et effectuer plusieurs survols de Deimos, puis récupérer et ramener au moins 10g de régolithe de Phobos sur Terre en 2029. Le principal objectif scientifique de la mission est d’apporter une réponse définitive quant à l’origine des lunes de Mars. Malgré trois tentatives (Phobos 1 et 2 en 1988 et Phobos-Grunt en 2011, toutes perdues avant l’arrivée à Phobos) et plusieurs études de mission, aucune mission n’a encore été consacrée aux lunes martiennes.

    La mission se composera d’un orbiteur et d’un rover, chacun de ces éléments transportant des instruments français:

    – L’instrument MIRS (PI : A. Barucci ; LESIA-Observatoire de Paris) est un spectromètre infrarouge qui sera à bord de l’orbiteur et sur lequel L. Jorda et P. Vernazza sont co-investigateurs. MIRS permettra de contraindre la composition de surface de Phobos et Deimos et d’aider à la sélection du site d’échantillonnage. MIRS étudiera également l’atmosphère martienne.
    – Le rover est une contribution du centre national d’études spatiales (CNES) et du centre aérospatial allemand (DLR). Le rover sera livré à la surface de Phobos pour une durée nominale de ~100 jours. La suite d’instruments à bord du rover comprendra les caméras de navigation (une paire stéréo), deux caméras qui regardent les roues, un spectromètre Raman et un mini radiomètre. Les deux caméras (NavCams et Wheelcams) seront une contribution française tandis que les deux autres instruments seront fournis par l’Allemagne. Chaque instrument du rover est sous la responsabilité d’un scientifique et P. Vernazza est PI des NavCams. O. Groussin, L. Jorda et P. Vernazza sont par ailleurs co-Is de tous les instruments du rover.

    Membres de l’équipe GSP impliqués dans MMX:
    Pierre Vernazza, Laurent Jorda, Olivier Groussin

    Rosetta (ESA)

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    La mission Rosetta a permis d’observer le noyau de la comète Tchouri entre août 2014 et septembre 2016. Son but était de caractériser en détail les propriétés physiques et chimiques d’un noyau de comète, vestige de la formation du système solaire il y a 4,6 milliards d’années. La sonde a également largué un module (Philae) à la surface de la comète en novembre 2014. Le LAM a fortement contribué à la caméra à haute résolution OSIRIS (PI: H. Sierks, MPS Göttingen, Allemagne) en étant responsable de sa conception opto-mécanique, de son intégration et d’une partie des tests. Notre équipe a également participé à l’analyse des données du spectromètre de masse (ROSINA) à bord de la sonde et des caméras panoramiques (CIVA-P) embarquées sur le module Philae.

    Contacts au LAM : Olivier Groussin, Laurent Jorda & Olivier Mousis

    Comet Interceptor (ESA)

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    Comet Interceptor est une mission de la classe F (« Fast »)  de l’ESA, qui sera lancée en 2028. L’objectif scientifique de la mission est de caractériser, pour la première fois, une comète dynamiquement jeune (i.e., venant du nuage d’Oort) ou un objet interstellaire. Le LAM contribue à la charge utile instrumentale de la mission Comet Interceptor, sur la caméra CoCa. Cette caméra est sous la responsabilité des Suisses à l’Université de Berne (PI : N. Thomas), et le LAM fournit le miroir primaire de la caméra. Ce projet est financé par le CNES.

    Contacts au LAM : Olivier Groussin & Laurent Jorda

    VLT – SPHERE

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    L’instrument SPHERE, installé au télescope UT3 de l’ESO VLT Paranal au Chili, a pour principal objectif de détecter et de caractériser, au moyen de l’imagerie directe, des exoplanètes géantes en orbite autour d’étoiles proches. Le projet a été piloté par l’Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble, avec une très importante contribution du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille pour les parties scientifiques, techniques et le management.

    ELT HARMONI

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    HARMONI (High Angular Resolution – Monolithic – Optical and Near-infrared – Integral field spectrograph) est l’un des instruments de première lumière du télescope de l’ESO ELT (European Extremely Large Telescope).