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3 octobre 2012 3 03 /10 /octobre /2012 20:04

 

Cette année aura, semble-t-il, vu la résolution de l’un des grands mystères de l’astronautique ; une petite divergence qui fit grand bruit et poussa certains à envisager des remises en cause fondamentales de la physique.

L’affaire était connue : Les trajectoires des sondes Pioneer se trouvaient frappées d’anomalie. Les deux jumelles allaient moins vite que prévu, comme si une mystérieuse force les « tiraient en arrière » c’est-à-dire en direction du soleil.  

Une force sans doute bien faible, de l’ordre de 10-9 m.s-2  soit une accélération de un nanomètre par seconde carrée. Cela correspond au dix milliardième de la gravité terrestre ou à moins de un cent millième de la force d’attraction du Soleil au niveau de l’orbite de Saturne.  Avec le temps toutefois, cette infime retenue s’avéra suffisante pour induire un décalage repérable entre les positions calculées et les positions constatées des deux sondes.

Ainsi, en janvier 2003, lors du dernier contact avec Pionner 10, alors que celle dernière se trouvait à 12 milliards de km du Soleil, la sonde était en retard de 400 000 km par rapport à sa position attendue (soit un écart de 0,003 %). Pionner 11, avec qui le contact avait été perdu plus tôt (en 1995) avait, quant à elle, subi un freinage du même ordre de grandeur bien qu’elle fût partie dans une direction diamétralement opposée. Cette symétrie du phénomène semblait exclure un  processus local et privilégier, soit quelque chose de commun au fonctionnement des sondes, soit un mécanisme propre à l’ensemble du système solaire. Oui, mais lequel ? Le mystère a tenu bon jusqu’à ce printemps.

Pioneer10 en cours d'assemblage

                                                                 La sonde Pionner 10 en cours d'assemblage

En première approximation, la trajectoire d’une sonde spatiale obéit à une règle assez simple : Le lanceur (la fusée) fournit une impulsion de vitesse et de direction  données et la sonde poursuit son trajet par inertie, se voyant seulement perturbée par les effets gravitationnels des corps qui l’entourent. Pour l’essentiel, ces corps sont le soleil, dans une moindre mesure la Terre notamment au tout début du voyage ainsi que les planètes à proximité desquelles passe l’engin spatial. Ces influences (variables dans le temps selon la distance des différents corps concernés) infléchissent le parcours de la sonde, l’accélérant ou la freinant dans telle ou telle direction. De telles perturbations sont d’ailleurs souvent utilisées pour mener à bien une mission en profitant de l’élan gravitationnel que peut fournir le passage à proximité d’une planète. Ce « jeu » est parfois nommé « billard gravitationnel » (1) .

 

Tout ceci est connu, parfaitement calculable et effectivement calculé en permanence. Dans la réalité, plusieurs phénomènes annexes peuvent toutefois venir mettre à mal cette unicité des causes et largement complexifier la situation. Citons la pression de radiation du rayonnement solaire, c’est à dire la lumière (2), le vent solaire (des particules s’échappant du Soleil, principalement des protons, des électrons et des noyaux d’hélium),  d’éventuelles particules résiduelles de l’espace interplanétaire, ainsi que quelques mécanismes électromagnétiques. Il faut également tenir compte de phénomènes propres à l’engin: Toute évacuation de matière, tout dégazage se traduit inévitablement par réaction par une poussée en sens contraire. C’est vers cette dernière hypothèse, la plus naturelle, que ce sont longtemps concentrées les recherches. Mais hélas rien ne semblait pouvoir constituer une explication valable. En désespoir de cause on a commencé à voir fleurir quelques explications plus étonnantes. Parmi elles, on envisagea la présence de matière noire (3) . Plus hardi encore, certains mirent en doute les sacro-saintes lois de la gravitation, supposant qu’à grande échelle et pour de faibles intensités, celle-ci puisse obéir à des règles différentes. La plus célèbre de ces théories est connue sous le nom de théorie Mond, dont une version adaptée aux conditions du système solaire semblait pouvoir rendre compte de l’anomalie.

Mais, matière noire ou gravité modifiée posaient évidemment un douloureux problème. Pourquoi seules les trajectoires des sondes étaient frappées et pas celles des planètes Uranus et Neptune par exemple ? Aucune raison ne put convaincre l’ensemble de la communauté scientifique.

On réexamina donc les hypothèses plus plausibles liées aux émissions des engins eux-mêmes et en particulier au rayonnement thermique produit par les générateurs électriques au plutonium. En effet, un rayonnement peut, tout comme un gaz, produire une poussée (2). Ce type de générateurs  ne produit pas seulement de l’électricité, il génère surtout de la chaleur qui doit bien s’évacuer par rayonnement infrarouge (4).

A priori, ce rayonnement part dans toutes les directions et n’a donc pas d’effet net dans un sens ou dans l’autre. Toutefois après une analyse poussée  de l’intensité et des lieux d’émission de cette « lumière thermique » sur la sonde, l’équipe du chercheur Slava Turyshev  s’est aperçu qu’une partie des rayons allait frapper le dos de l’antenne de communication avec la Terre qui, à son tour, les réfléchissait. Or, les générateurs étant placés à l’avant et  l’antenne à l’arrière, la réflexion renvoyait le rayonnement vers l’avant générant un freinage infinitésimal de la sonde. Les différentes simulations mathématiques prouvèrent que l’ordre de grandeur de cette perturbation était compatible avec l’anomalie de vitesse et de trajectoire constatée. Notons que techniquement, cette recherche fut très délicate. Les enregistrements de navigation des sondes étaient anciens, dispersés et parfois sur des supports dépassés.

L’affaire est-elle classée ? Oui selon la majorité des avis même si quelques-uns pensent encore que tout n’est pas expliqué. Ce type de mystère a encore de beaux jours, d’autres sondes parties loin dans l’espace ont aussi connue quelques écarts de trajectoires et de vitesse, écart  infimes mais tout aussi inexpliqués. Ce fut le cas de Near, en mission vers les astéroïdes, et de Rosetta qui étudia les comètes. Dans leur deux cas, c’est au contraire un excès de vitesse qui fut constaté.

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(1) En réalité la sonde qui s’approche d’une planète gagne autant en vitesse en s’approchant (en « tombant ») vers la planète qu’elle en n’en perd en s’en s’éloignant. Dans un référentiel lié à la planète c’est donc un jeu à somme nulle. Mais  la planète elle-même a une certaine vitesse par rapport au Soleil, et dans un référentiel solaire il y a échange de vitesse ou plutôt d’énergie cinétique entre les deux corps (la planète et la sonde). Dans le cas qui nous intéresse par exemple Jupiter a été freiné (infiniment peu) par le passage de pionner 10 qui elle, a été sensiblement accélérée et a vu sa trajectoire infléchie. Le ratio des vitesses échangées est inversement proportionnel à la masse des deux corps pour qu’il y ait bien égalité des quantités de mouvement (masse x vitesse).    

(2) Rappel : attention au piège des  mots. C’est bien la pression de radiation solaire (la lumière) qui provoquerait l’avancement des voiles interplanétaires que nous promet la science-fiction. Il ne s’agit pas du vent solaire (particules de matière). Si celui-ci s’apparente bien à un vent, il est incapable de pousser les voiles. Pour l’essentiel, les particules les traverseraient alors que la lumière, qui se trouve réfléchie peut, par cela, fournir une poussée.    

(3) La matière noire est une matière invisible et dont l’existence est supposée par certains astrophysiciens au vu de l’analyse de la vitesse de rotation des grands ensembles matériels (galaxies et amas de galaxie). Cette vitesse est très supérieure à celle qui proviendrait de l’attraction liée à la seul matière visible, d’où le soupçon d’existence d’une matière invisible en quantité d’ailleurs beaucoup plus importante que la matière classique. Trou noirs, particules mystérieuses, neutrinos, nombreux sont les candidats à composer cette étrange matière. Pour l’instant le débat n’est pas tranché d’autant que s’ajoute la présence encore plus importante d’une non moins fameuse énergie noire venant de son côté justifier l’accélération de l’expansion de l’univers que l’on croit déceler.

(4) Pour être plus précis, soulignons que les différents moteurs électriques de la sonde étaient aussi en cause. N'ayant pas un rendement parfait, leur fonctionnement dissipe nécessairement un peu de chaleur.

 

  plaque pionnier 10

                        La fameuse plaque qui fut apposée sur Pioneer et fit l'objet de polémiques. 

 

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Published by Didier BARTHES - dans Actualités
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