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Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 1 La Mission GAIA Objectifs, description, organisation ---- F. Mignard F. MignardOCA/Cassiopée.

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1 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 1 La Mission GAIA Objectifs, description, organisation ---- F. Mignard F. MignardOCA/Cassiopée

2 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 2 Sommaire Rappel du projet objectifs & performances instruments et observations statut du projet & calendrier Traitement des données le défi l'organisation Gaia en France et à l'OCA

3 3 I- Le Projet Objectifs et performances

4 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 4 Qu'est ce que l'astrométrie ? L'astrométrie s'occupe de la mesure de la position et des mouvements des astres sur la sphère céleste. On distingue : L'astrométrie globale ou astrométrie à grand champ l'astrométrie locale ou astrométrie à petit champ L'astrométrie utilise des moyens d'observation et des méthodes d'analyse spécifiques Science fondamentale pour toute l'astrophysique.

5 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 5 La renaissance de l'astrométrie 1 mas 1 µas as Hipparchus 1 µas mas as Ulugh Beg Wilhelm IV Tycho Brahe Hevelius Flamsteed Bradley-Bessel FK5 Hipparcos GAIA SIM ICRF GC Naked eye telescopes 2000 yrs dex 20 yrs 4.5 dex

6 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 6 Produits directs Positions, parallaxes et mouvements propres d'un grand nombre d'étoiles 1 mas (Hipparcos) to 1 µas (SIM) Photométrie à la mmag, multi-époque, plusieurs bandes 50 to 400 observations Vitesse radiale à qq km/s (GAIA) Spectrophotométrie dans le visible, proche IR ou UV Objets du système solaire( Hipparcos, DIVA, GAIA) Détection, mesures des binaires visuelles et spectroscopiques Objectifs scientifiques finaux : Physique stellaire et galactique L'Astrométrie pour l'Astrophysique

7 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 7 Gaia : Le Contexte Les candidats (malheureux) : ROEMER, FAME_1, FAME_2, DIVA, LOMONOSSOV, AMEX ESA US US DE RU US Précision 0.1 mas ~ 1 clou à 1000 km Etude préliminaire : JASMINE (JAP), OBSM(USA) Mission repoussée : SIM (US) Mission approuvée : GAIA (ESA) Précision 25 µas ~ 1 cheveu à 1000 km Le précurseur : HIPPARCOS (ESA) Précision 1 mas ~ 5 c à 1000 km

8 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard étoiles 25 V = 15 mag Photométrie ( ~ 25 bandes) Vitesse radiale Spectro basse résolution Mission ESA Lancement : 2012 Mission : 5 ans G A I A

9 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 9 Systèmes stellaires Systèmes Référence Physique fondamentale Structure galactique Système solaire Physique stellaire Quasars & galaxies Exo-planètes La Science avec Gaia

10 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 10 Exploration en distance pour une étoile G0V (sans extinction) Système solaire 10 kpc Credit: ESA/NASA/CFHT/NOAO 1% %

11 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 11 Les étapes de la mission 1994Recommandation pour une mission astrométrique avec une précision de 10µas 1996/2000Pré-études et objectifs scientifiques 07/2000Concept and Technology Study Report 10/2000Sélection ESA comme Pierre Angulaire 6, Ariane V, = 10 µas 01-05/02Version révisée et allégée; sélection confirmée (SPC) Soyuz, = 15 µas (puis 24 µas en 2004) 07/2005Publication du MRD (Mission Requirement Document) 07/2005Emission de l'ITT (Invitation to tender) 02/2006Choix de Astrium Phase B 06/2006Formation du DPAC (Data Processing and Analysis Consortium) 11/2006Emission de l'AO (Announcement of opportunity) 05/2007Sélection du DPAC

12 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 12 Atouts de Gaia Une mission unique avec trois instruments Données astrométriques, photométriques et spectroscopiques Couverture largement uniforme du ciel Échantillonnage régulier sur cinq ans ~ 100 observations analyse photométrique, orbites doubles et astéroïdes Mission de relevé sans sélection autre que la magnitude Système de détection interne et autonome Astrométrie globale d'extrême précision métrologie interne, auto-calibration, contrôle thermique Communauté scientifique expérimentée (Hipparcos) et motivée support scientifique et industriel

13 13 I- Le Projet l'instrument et les observations

14 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 14 Panneaux solaires Ø ~ 10 m Télescopes Plan focal Linstrument Couverture thermique Module de propulsion Antenne (1 Mbit/s) Module de Propulsion (chimique)

15 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 15 2 telescopes à optique hors-axe 1.45 x 0.5 m 2 d'ouverture 35 m de distance focale plan focal unique 106 CCDs 1 Gigapixel 0.93 x 0.42 m 2 Gaia : télescopes et détecteur deg M4M'4 Recombinaison des faisceaux

16 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 16 SM1-2 AF1 - 9 BP 420 mm 0.69° RP RVS BAM WFS 0s s sec FOV1 FOV2 930 mm Plan Focal

17 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 17 S/C principales caractéristiques S/C masse au lacncement : 2 t Puissance disponible: 2 kW S/C hauteur: 3 m Diamètre bouclier : ø = 10 m Charge utile - pupille d'entrée : 1.45 x 0.5 m - focale : 30 m - plan focal : ~ 1 G pixels bouclier thermique de 10m ø

18 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 18 soleil Axe de rotation Trajet de l'axe de rotation sur 4 mois 4 rev/jour Trajet du soleil sur 4 mois 45° Mouvement de l'axe de rotation Gaia : Balayage Trajet de la direction de visée sur 4 jours Trajet de l'axe de rotation sur 4 jours Ciel balayé sur quatre jours (diagrammes L. Lindegren)

19 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 19 Sun Spin-axis Animation : L. Lindegren Scan circles Balayage du Ciel : 2 mois

20 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 20 Soyuz/Fregat lancement depuis Kourou ~1 mois Orbite de transfert vers L 2 Orbite de Lissajous autour de L 2 ~1 correction d'orbite par mois ans d'observation (presque) continue Gaia lancement et orbite (credit: EADS Astrium) Barycentre Terre-Lune, a = 1 ua L 2, a = 1.01 ua Ligne Soleil-Terre

21 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 21 Les opérations de la mission Lancement à la date t 0 Transfert à poste à L2 : t mois Observations en continu pendant 5 ans avec en moyenne : 80 observations astrométriques ( x 9 CCDs) 80 observations photométriques 50 observations spectroscopiques (x 3 CCDs) Détection des sources à bord avec les sky-mappers Sélection jusqu'à V = 20 Transmission des données ~ 8h par jour à Cebreros + antenne à New Norcia (Australie) lors de l'observation du plan galactique Astrométrie et photométrie pour 10 9 sources Spectroscopie pour 200 millions de sources

22 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 22 Précisions astrométriques attendues Erreurs moyennées sur le ciel pour les étoiles G0V (étoiles simples, pas d'extinction) Notes: Estimations calculées avec le Gaia Accuracy Tool ( J. de Bruijne, ESA) Effets des dommages dus aux rayonnements sur les CCDs non complètement pris en compte Les estimations incluent une marge de 20% (facteur 1.2) pour les erreurs non modélisées V magnitude mag Parallaxe as Mouvement propre as / an as

23 23 II- Les Données et le traitement le défi

24 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 24 Types de données Trois instrument fournissant trois flots de données Données astrométriques des CCD du champ principal Données photométriques des deux photomètres (BP, RP) Données spectroscopiques Toutes les données arrivent sous forme de paquets de télémétrie

25 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 25 Volume de données : estimation rapide Télémétrie compressée 5 ans, 1.5 Mb/s =250 Tb = 30 TB Données directement accessibles x ~ 5=100 TB (65 : SM + AF + phot, 35 : RVS) Espace de travail x ~ 5 – 10=~ 1 PB MoyenneTypiqueMax 19,000110,0002.3x10 6 Nombre d'images par seconde

26 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 26 Comparaison 1 GB - 1 heure de vidéo 1 TB Texte de tous les livres publiés par an (1 million) CDS : VizieR (Catalogues) = 0.5 TB Aladin (images) = 6 TB flux = 4 GB/days 20 TB La bibliothèque du Congrès à Washington (texte 20 millions ouvrages) 25 TB Base de données du Génome Humain (pour 3x10 9 bases!) 3 PB Bibliothèque du Congrès avec illustrations et sons

27 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 27 Traitement de données : volume des calculs Quelques valeurs pour GAIA 1s par étoiles (astrométrie, photométrie spectro) = 30 ans ! 1 jour d observation dans les zones les plus denses : 630 jours pour installer dans la base Transformée de Fourier brute de toutes les variables : 30 ans sur un PC ! FLOPs: ~10 19 to Autres calculs complexes 3x10 19 FLOPs. : Calcul pour la recherche du plus grand nombre premier ,582, (M44 09/06, 9.8 millions de chiffres) > FLOPs. : Calcul pour la recherche des 200x 10 6 zeros de (s) - > PCs distribués FLOPs. : plus gros calcul fait à ce jour (Projet SETI) Résultat : 1 bit ( OUI ou NON ils nous écoutent !)

28 28 II- Les Données et le traitement Organisation du traitement

29 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 29 Etapes nécessaires du traitement Traitement global : Réception des données, calibration, attitude, système (AGIS) Mise à jour de la base de données, stockage Données scientifiques : Traitement général par objet solution astrométrique des étoiles secondaires photométrie, analyse des variables analyse des données RVS Objets particuliers étoiles doubles et multiples galaxies non résolus quasars objets du système solaire Analyse scientifique globale

30 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 30 Structure d'ensemble du traitement de données Spectroscopie Photométrie Etoiles secondaires Caractérisation astrophysique L, T eff, Fe/H.. Systèmes multiples Variabilité Système solaire Exo-planètes Itérations Catalogue intermédiaire Attitude de bord Identif. sources données CCD Param. d'image PSF/LSF Solution astrométrique Formulation relativiste Système de référence/QSOs Modèle de rotation gal. Solution Astrométrique itérative Astrométrie Attitude Calibration Meilleurs param. instrumentaux Données orbitales Vitesse radiale Éphémérides SS First Look Quotidien ~ 6 mois

31 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 31 Traitement de données Le traitement de données est très largement à la charge de la communauté le projet finance : le satellite, le lancement, les opérations, réception et archivages des données le traitement initial et l'astrométrie 'core' ESA ne finance pas l'analyse scientifique Financement à trouver auprès des agences nationales Consortium Européen Un prototype de traitement de données a été développé en objectif : évaluer la faisabilité des approches actuelles aborde : le système, le matériel, la base de données, les accès définition des algorithmes, intégration et tests

32 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 32 Formation du DPAC L' ESA a émis un appel d'offre vers la communauté publié en novembre 2006 il ne concerne que le traitement de données Un consortium s'est formé dans le but de répondre DPAC = Data Processing & Analysis Consortium Il doit transformer les données brutes en résultats astronomiques production d'un catalogue astrométrique, photométrique et spectroscopique sur les étoiles, les objets du SS, les quasars Officiellement sélectionné par le Comité des Programmes Scientifiques de l'ESA en mai 2007

33 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 33 La mission et le DPAC Télémétrie position PM parallaxes Vitesse radiale magnitude variabilité orbites, masses T eff, log g … … Résultats finaux Traitement de données Acquisition des données DPAC

34 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 34 Qu'est ce que le DPAC Group transnational structuré pour préparer et exécuter le DP Ce groupe a répondu à l'appel d'offre de l'ESA il doit être en mesure de fonctionner pendant ~ 13 années Ce groupe doit avoir une visibilité : pour le projet en général (ESA, science program, AWG/SPC) nationalement pour les financements et les postes au niveau européen pour les programmes post-doctoraux C'est un élément de visibilité du projet au niveau international le DPAC doit avoir sa propre organisation et ses ressources pour assurer le traitement dans son intégralité Les spécifications sont données dans l'AO Le DPAC fait une proposition à l'ESA

35 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 35 Responsabilités du DPAC Préparation de l'analyse des données choix de la structure générale définition et programmation des algorithmes Production de données simulées pour assister : la conception de l'ensemble le développement des méthodes les tests à toutes les échelles Conception, développement et mise en place de la chaine de traitement gestion des flots de données entre les groupes test et intégration des logiciels acquisition, maintenance et mise en place du matériel (H/W) production des données intermédiaires et finales Contrôle qualité, documentation, interfaces

36 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 36 Membres du DPAC En juillet 2007 : 330 membres ~ 180 FTE 16 pays représentés Essentiellement postes stables dans le monde universitaire Les contributeurs les plus importants fritdebeukeschgresac Distribution sur les CUs CU1CU2CU3CU4CU5CU6CU7CU8total

37 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 37 Les Instituts Participants > 20 personnes 15 – – 14 8 – 10 5 – 7 3 – 4 1 – 2 DPC

38 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 38 Le DPAC dans la structure mission Industriel ESA Project Manager/Team ESA Project Scientist Sous-traitants Agences Nationales Gaia Science Team Data Processing European Space Agency Research Training Network Communauté Scientifique Gaia People Finder recense environ 500 personnes (excluant l'industrie)

39 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 39 Organigramme général Pas de relation simple : une CU un DPC Gaia Science Team Gaia Project Scientist Gaia Project Team DPACE CU1 Architecture du système CU2 Simulation CU3 Traitement central CU4 Objets complexes CU5 Traitement photométrique CU6 Traitement spectroscopique CU7 Traitement des variables CU8 Paramètres astrophysiques DPC ESAC DPC Barcelone DPC Turin DPC Cambridge DPC Genève DPC CNES Centres de traitement des données Unités de Coordination

40 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 40 Aujourd'hui Gaia – Etat du projet et calendrier Proposition Concept & Etude Technologique Selection de la Mission Phase de réévaluation Phase B1 Sélection de l'industriel (EADS Astrium) Phase B2 Phase C/D Opéeration Scientifique Lancement 2011-Dec-01 Final Etudes Développement des logiciels Traitement des données de la Mission Implémentation Traitement des données Définition Opération Produits de la Mission Intermédiaire

41 41 III- Gaia en France et à l'OCA

42 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 42 Implication des équipes Françaises Equipes scientifiques : 3 pôles : Observatoire de Paris (GEPI, IMCCE, SYRTE, LESIA) Observatoire de la Côte d'Azur (Cassiopée) CNES/CST Autres centres Observatoires de Besançon, Bordeaux, Montpellier, Strasbourg IAP 75 membres du DPAC, 25% de l'effectif Thèmes Management général (3 membres au GST, 3 DPACE, présidence) Simulation, instrument et analyse spectro, objets du système solaire Système de référence, étoiles variables, tests relativistes, binaires Données auxiliaires (stellaires, physique, éphémérides)

43 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 43 Gaia à l'OCA Expérience importante acquise avec Hipparcos Nombreuses compétences en : physique stellaire, spectroscopie systèmes de référence physique et dynamique du système solaire algorithmique et traitement des données Activités et responsabilités dans les groupes de travail Responsabilités à divers niveaux dans le DPAC Groupe principal dans Cassiopée présence également au LUAN (FIZEAU) et dans GEMINI

44 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 44 Groupe Gaia de Cassiopée Groupe transversal en 2004 Equipe formée en 2005 Equipe en 2008 (avec des doubles appartenances et support) Etudiants& Post-docs A. BijaouiL. Brand P. de LavernyM. Delbo L. BigotJ.C. Mauduit F. Martel(S. Mouret) F. Mignard A.Morbidelli Support C. Ordenovic R. Hollande B. Pichon S. Goletto S. Rousset A. Minuissi A. Recio-Blanco E. Slezak P. Tanga F. Thévenin

45 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 45 Activités de l'équipe Préparation à Gaia Organisation de la mission et coordination DPAC Nœud 'NICE' du réseau Européen ELSA Responsabilité de la participation Française Paramètres stellaires Objets du système solaire Modélisation astrométrique, échelle de temps, éphémérides Système de référence Tests de la relativité Imagerie à petit champs Etoiles variables Recherche Atmosphères stellaires Physique stellaire et galactique Planétologie

46 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 46 Fin

47 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 47 Gaia : résumé des objectifs Gaia est avant tout une mission scientifique Astrométrie pour 10 9 étoiles, précision de 25 µas V =15 Position, PM, parallaxes Binaires visuelles et astrométriques Objets du système solaire Multi-couleurs, ~ 80 époques ; relevés photométriques pour toutes les sources V r et spectre pour les sources V < 16.5 Mission de l'ESA avec la communauté astronomique Européenne ESA pour la construction, le lancement et les opérations La communauté scientifique et l'ESAC pour le traitement des données Cela implique une importante activité de génie industriel mais le génie industriel est un outil et non un objectif

48 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 48 Organisation du traitement Le traitement nécessite des expertises spécifiques et un fort engagement : Analyse globale d'un projet complexe besoin de développeurs S/W professionnels contrôle qualité indispensable engagement des équipes sur ~ 10 à 15 ans capacité à travailler dans un environnent très contraint L'organisation type n'existe pas Ce n'est plus le même type d'activité que dans les WG le niveau de coordination est sans commune mesure l'analyse scientifique n'est pas la première tâche du DP les responsabilités doivent être claires et hiérarchisées Mise en commun des efforts et des ressources dans un consortium

49 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 49 Fonctionnement du TDI Animation : J. Portell Les charges sont déplacées le long d'une colonne de pixels Le transfert est synchronisé avec la rotation du satellite Nombre d'étoiles entrantes par seconde : de 100 à 30000

50 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 50 Les étapes de la mission 1994Recommandation pour une mission astrométrique interférométrique avec une précision de 10µas 1996/2000Pré-études et objectifs scientifiques 07/2000Concept and Technology Study Report 10/2000Sélection ESA comme Pierre Angulaire 6, Ariane V, = 10 µas 01-05/02Version révisée et allégée; sélection confirmée (SPC) Soyuz, = 15 µas 2004Second descoping 100 CCDs, = 20 µas (24 µas in MRD avec marges)

51 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 51 Les étapes de la mission Definition studies ( Alenia- Alcatel, Astrium) + 10 technology development contracts 01/2005Emission de la Lettre d'Intention 04/2005Création du DACC (Data Analysis Coordination Committee) 07/2005Publication du MRD (Mission Requirement Document) 07/2005Emission de l'ITT (Invitation to tender) 02/2006Choix de Astrium Phase B 06/2006Formation du DPAC (Data Processing and Analysis Consortium) 11/2006Emission de l'AO (Announcement of opportunity) 12/2006Réponse du DPAC à l'ESA 05/2007Sélection du DPAC

52 Gaia - JSOCA - Nov 2007 – F. Mignard 52 The Soyouz family Lancement 2011


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