Pandora (observatoire spatial)

Pandora
Télescope spatial

Vue d'artiste de Pandora avec en arrière plan une exoplanète très fortement grossie.

Données générales

Organisation	Centre de vol spatial Goddard
Constructeur	Laboratoire national Lawrence Livermore Blue Canyon Technologies
Programme	Pioneers
Domaine	Étude de l'atmosphère des exoplanètes
Statut	Opérationnel
Lancement	11 janvier 2026
Lanceur	Falcon 9
Durée de vie	1 an (mission primaire)
Identifiant COSPAR	2026-004AJ
Site	pandorasat.com

Caractéristiques techniques

Masse au lancement	325 kg
Plateforme	Saturn-200
Contrôle d'attitude	Stabilisé 3 axes
Source d'énergie	Panneaux solaires
Puissance électrique	541 watts

Orbite

Orbite	Orbite héliosynchrone
Altitude	600 km

Télescope

Type	Cassegrain
Diamètre	45 cm
Champ	0,3° (visible)
Résolution angulaire	0,78 secondes d'arc (visible)
Longueur d'onde	proche infrarouge (0,87-1,63 µm) visible (0,38-0,75 µm)

Pandora est une mission spatiale de la NASA dont l'objectif est d'étudier l'atmosphère des exoplanètes en tentant de séparer les variations de luminosité dues à l'activité de l'étoile hébergeant l'exoplanète (taches solaires) de celles caractérisant l'atmosphère de l'exoplanète. Pandora utilise un télescope de 45 centimètres d'ouverture pour effectuer des observations à la fois photométriques et spectrométriques en lumière visible et en proche infrarouge d'une sélection d'exoplanètes déjà connues en utilisant la méthode du transit. Pandora est une mission à faible cout de type SmallSat (moins de 20 millions de dollars) faisant partie du programme Pioneers géré par le Centre de vol spatial Goddard. La mission a été sélectionnée en 2021. Les principaux contributeurs sont, outre le centre Goddard, le Laboratoire national Lawrence Livermore qui fournit l'instrumentation et Blue Canyon Technologies qui développe la plateforme. Pandora est lancée le 11 janvier 2026 par une fusée Falcon 9 et placée sur une orbite héliosynchrone. La mission primaire a une durée d'un an.

L'utilisation des données fournies par la spectroscopie est une méthode éprouvée pour déterminer les caractéristiques de l'atmosphère des exoplanètes. Ce type d'investigation figure d'ailleurs parmi les principaux objectifs du télescope spatial James Webb. Pour réaliser ce type de mesure le télescope observe l'exoplanète et son étoile mère lors d'un transit c'est-à-dire lorsque l'exoplanète passe devant son étoile (méthode du transit). Le spectre de la lumière émise par l'étoile durant le bref moment où elle est filtrée par l'atmosphère de l'exoplanète est analysé. Chaque planète produit un spectre unique qui permet de déterminer la composition de son atmosphère. Les télescopes Hubble et JWST ont utilisé cette technique pour déterminer avec succès les caractéristiques de l'atmosphère de plusieurs douzaines d'exoplanètes (situation à août 2025). Mais cette technique est difficilement applicable aux planètes de la taille de la Terre : en effet dans ce cas elle nécessite d'obtenir un spectre particulièrement précis alors que l'étoile est active sur le plan magnétique ce qui produit des variations de la luminosité de l'étoile (facula plus lumineuse, tache solaire plus sombre) qui viennent contaminer le spectre. Pandora est conçu pour effectuer des observations sur des périodes longues en lumière visible et dans le proche infrarouge qui doivent permettre de comprendre comment cette contamination du spectre de la lumière émise par l'étoile affecte notre interprétation de la composition chimique de l'atmosphère de l'exoplanète. Pour remplir cet objectif, Pandora doit observer sur une période de un an 200 transits d'au moins 20 exoplanètes dont la taille est comprise entre celles de la Terre et de Jupiter. Les observations sont effectuées en lumière visible (dans ces longueurs d'onde les variations de luminosité de l'étoile l'emportent) et en proche infrarouge (les variations des raies correspondant à la présence de molécules d'eau l'emportent). Les données recueillies devraient permettre d'identifier la présence des atmosphères dominées par l'hydrogène ou l'eau ainsi que les présence de nuages et de brouillards^[1],[2].

Pandora est une mission spatiale de type Pioneers de la NASA. Le programme Pioneers a été créé en 2020 pour financer des missions d'astrophysique à cout réduit (moins de 20 millions de dollars) donnant l'opportunité à des chercheurs en début ou en milieu de carrière de développer des concepts originaux. Ce cout réduit est rendu possible d'une part par la multiplication de satellites miniaturisés (internet, observation de la Terre) qui ont contribué à l'apparition de plateformes (bus) peu couteuses et prêtes à l'emploi et d'autre part par la décision d'utiliser pour ce programme des instruments/télescopes développés par d'autres agences au lieu de développer des instruments pour la mission^[3].

Pandora est une des quatre missions sélectionnées en 2021 dans le cadre du nouveau programme Pioneers. Les trois autres missions sont Aspera, un télescope observant dans l'ultraviolet dans le but d'étudier l'évolution des galaxies, StarBurst un observatoire gamma dédié à la détection des étoiles à neutrons et PUEO, une expérience embarquée sous ballon stratosphérique dans le but de détecter les neutrinos à très haute énergie^[4]. La mission Pandora est proposée par Elisa Quintana du Centre de vol spatial Goddard. Cet établissement fournit les détecteurs infrarouge et lumière visible. Le Laboratoire national Lawrence Livermore fournit le télescope de la série des CODA produit par la société Corning ainsi que l'électronique de lecture et le système de contrôle thermique tandis que la société Blue Canyon Technologies délivre la plateforme/bus. Blue Canyon réalise également les tests d'intégration et de simulation dans le vide^[5],[6]..

La revue de conception critique du projet est passée avec succès en octobre 2023 et à compter de cette date débute la phase de fabrication. Les tests environnementaux commencent en février 2025^[5]. Dans le cadre de son programme de lancement à bas cout Ventura la NASA sélectionne en février 2025 la société SpaceX pour le lancement de son satellite Pandora qui est programmé pour l'automne 2025^[7],[6].

L'un des principaux objectifs de la NASA pour les décennies à venir est d'identifier les planètes habitables similaires à la Terre. Pour y parvenir l'agence spatiale américaine dispose ou prévoit de disposer d'une certain nombre d'instruments permettant de détecter et de caractériser l'atmosphère d'exoplanètes dans le but ultime d'identifier la présence de la vie ailleurs que dans notre système solaire. Ainsi le télescope JWST a la capacité de caractériser l'atmosphère des exoplanètes. Mais les résultats obtenus par la technique utilisée, sont affectés par les variations de luminosité de l'étoile résultant de son activité qui peuvent selon masquer la présence d'éléments dans l'atmosphère ou au contraire indiquer à tort leur présence. L'objectif principal de la mission Pandora est de mesurer cette contamination pour fiabiliser les observations effectuées^[2],[8] :

• Le premier objectif de la mission est de mesurer la fraction de la surface de l'étoile couverte par les taches solaires et les faculae et déterminer l'impact de ces régions actives de l'étoile sur les spectres réalisés lors de l'observation des exoplanètes. Le détecteur en lumière visible doit mesurer les variations de l'intensité lumineuse de l'étoile durant sa rotation due au déplacement des tâches solaires et des faculae tandis que les images obtenues dans l'infrarouge permettent d'analyser l'impact sur le spectre dans ces longueurs d'ondes. Les données obtenues sont utilisées pour mettre au point des modèles et méthodes de soustraction permettant de corriger les contaminations des spectres de l'atmosphère.
• Le deuxième objectif est d'utiliser ce qui a été mis au point précédemment pour déterminer avec une faible marge d'erreur les exoplanètes ayant des atmosphères dominées par l'hydrogène ou l'eau ainsi que celles ayant une couverture nuageuse ou brumeuse.

20 étoiles seront observées de type K intermédiaire à M supérieure. Celles-ci hébergeant des planètes allant de la taille de la Terre à celle de Jupiter qui orbitent en environ 25 jours autour de leur étoile^[2].

Pandora est un engin spatial d'une masse de 325 kg^[9], qui utilise une plateforme (bus) Saturn-200 (dans sa version à une seule aile solaire) fourni par la société Blue Canyon Technologies stabilisée sur trois axes. L'énergie est fourni par des panneaux solaires orientables avec un degré de liberté qui sont déployés en orbite. Ils fournissent 541 watts stockés dans une batterie d'une capacité de 27,2 27,2 Ah^[10],[11]. Les données sont transmises au sol via une antenne grand gain en bande X tandis que les commandes sont reçues en bande S. La charge utile fournie par le Laboratoire national Lawrence Livermore comprend un télescope de type Cassegrain entièrement en aluminium (sans optique en verre) doté d'une ouverture de 45 centimètres. Le pointage du télescope a une précision supérieure à trois secondes d'arc sur une période de 60 secondes. La lumière collectée par le télescope est scindée par un filtre dichroïque en deux faisceaux : un faisceau en lumière visible (0,38-0,75 micromètres) qui est envoyé vers un détecteur photométrique VDA et un faisceau en proche infrarouge (0,87-1,63 micromètres) dont la lumière est décomposée par un prisme et envoyé vers un détecteur infrarouge ^[2],[12].

Le détecteur analysant la lumière visible est de type CMOS. Les données qu'il produit contribuent aux objectifs scientifiques mais sont utilisées également par le système de contrôle d'attitude. Le champ de vue, qui est un cercle de 0,3 degré de diamètre, a été choisi pour permettre de voir des étoiles proches permettant de déterminer la position astrométrique. Son rapport signal sur bruit faible (inférieur à deux électrons par lecture) est très faible pour permettre une vitesse de prise de vue de cinq images par seconde requis compte tenu des performances du système de contrôle d'attitude. La résolution spatiale est de 0,78 seconde d'arc par pixel. Pour réduire le volume de données générées seuls des sous-ensembles de l'image de 50 × 50 pixels centré sur l'étoile cible et 5 à 9 autres étoiles voisines utilisées pour déterminer la position sont conservées. Lors de l'observation d'un transit, les images sont prises à une fréquence de 10 secondes, chacune résultant donc de l'accumulation de 50 prises de vue. Cette résolution temporelle est suffisamment réduite pour que dans cet intervalle de temps aucun changement astrophysique des sources ne se soient produits et que la qualité ne soit pas affectée par la dérive du pointage du télescope^[13].

Le détecteur infrarouge est un Teledyne H2RG, équipement de rechange de l'instrument NIRCam du télescope spatial JWST. Il est maintenu à une température de 130 kelvin par un cryoréfrigérateur avec une stabilité de 10 millikelvins. Le détecteur dispose de 2 048 × 2 048 pixels mais seule une portion de 1 300 × 600 pixels est utilisée. 24 prises de vue réalisées avec une fréquence de 0,32 seconde sont cumulées pour générer deux spectres toutes les 8 secondes : un spectre est la moyenne des quatre premières prises de vue et le deuxième la moyenne des quatre dernières prises de vue. La résolution spectrale du détecteur infrarouge est supérieure à 30^[14].

Pandora est placée en orbite héliosynchrone de 600 km le 11 janvier 2026 par un lanceur spatial Falcon 9 emportant également les petits observatoires spatiaux de la NASA SPARCS et BlackCAT pour une mission d'une durée initiale de un an^[15].

Durant sa mission primaire d'une durée de un an, l'observatoire spatial doit à dix reprises vingt exoplanètes déjà connues. Ces observations sont décomposées en visites définies par une période de temps durant laquelle l'observation d'une exoplanète et son étoile est privilégiée. Une visite dure typiquement 24 heures (environ 15 orbites) est elle-même subdivisée en séquences d'observation d'une durée de moins d'une heure durant lesquelles le pointage du télescope reste fixe. Lorsque le champ de vue du télescope est obstrué par la Terre, un objectif secondaire est sélectionné^[16]. Pour optimiser les observations, un système de planification a été développé par l'équipe projet. Il est prévu que les observations de Pandora soient optimisées par des observations photométriques multi-bandes effectuées par des observatoires terrestres un an avant le lancement. Celles-ci doivent permettre d'affiner les éphémérides et de préciser les bornes de variabilité des étoiles^[5],[2],[12].

• (en) Thomas Barclay, Elisa V. Quintana, Knicole D. Colón, Gregory Mosby, Joshua E. Schlieder, Robert T. Zellem, Jordan Karburn, Lance M. Simms, Peter F. Heatwole, Christina L. Hedges, Jessie L. Dotson, Thomas P. Greene, Trevor O. Foote, Nikole K. Lewis, Benjamin V. Rackham, Brett M. Morris et al., « The Pandora SmallSat: A Low-Cost, High Impact Mission to Study Exoplanets and Their Host Stars », arxiv,‎ 2025, p. 1-14 (DOI 979-8-3503-5597-0/25, lire en ligne) — Article décrivant la mission (2025)..
• (en) Elisa V. Quintana, Knicole D. Colón, Gregory Mosby, Joshua E. Schlieder, Pete Supsinskas, Jordan Karburn, Jessie L. Dotson, Thomas P. Greene et al., « The Pandora SmallSat: Multiwavelength Characterization of Exoplanets and their Host Stars », Proceedings of the Small Satellite Conference 2021,‎ août 2021, p. 1-17, (DOI 10.48550/arXiv.2108.06438, lire en ligne) — Article décrivant la mission (2021)..
• (en) Jordan Karburn, Pete Supsinskas, Hilary Johnson, Maricris Schneider, Elisa Quintana, Jessie Dotson, Knicole Colon, Tom Barclay et Christina Hedge « The Pandora SmallSat: Mission Overview » (aout 2023) (lire en ligne) [PDF]
  —37th Annual Small Satellite Conference

• Exoplanète
• Atmosphère planétaire
• Méthode du transit

• (en) « Site officiel », sur NASA (consulté le 15 janvier 2026)
• (en) « Présentation de la mission Pandora », sur Centre de vol spatial Goddard (consulté le 11 février 2025)

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