Hommage aux Voyager et autres sondes spatiales

L'Aventure continue (II)

Passé le cap de l'an 2000, après 8 mois d'efforts, en août 2001 le signal de Pioneer 10 fut détectée près d'Aldébaran dans la constellation du Taureau par l'antenne du DSN de Madrid. La sonde alors à 78 UA, deux fois la distance qui nous sépare de Pluton, émettait avec une puissance réduite à un milliardième de trillon de watt (10^-21 watts). A la plus grande joie de son créateur Herb Lassen de la société TRW, Pioneer 10 vivait toujours depuis son lancement en 1972, alors que sa garantie était depuis longtemps périmée, ne le couvrant que 21 mois !

Entourant la sonde Pioneer 10 toute neuve, un dessin de Pioneer 11 aujourd'hui et... dans un lointain futur. Documents NASA et Adolph Schaller.

Le 1 août 2002, Voyager 1 quitta la région interplanétaire où soufflait un vent solaire subsonique. Il se trouvait à une distance d'environ 85 UA (héliolatitude d'environ 34° N). Il venait de franchir l'onde de choc terminale de la magnétosphère. Début janvier 2003 il pénétra à nouveau dans un flux de vent solaire supersonique à une distance d'environ 87 UA du Soleil. La composition ionique de ce milieu changea et fut remplacée par un flot intense de particules neutres interstellaires (de plusieurs dizaines de MeV) générant un important flux de rayons cosmiques. Voyager 1 venait de sortir du système solaire.

Les émissions radio héliosphériques capturées entre 1982 et 2003 Variation de la fréquence d'émission du plasma en fonction de la distance A gauche les émissions radio héliosphériques enregistrées par la sonde spatiale Voyager 1 à 2-3 kHz produites lors de l'interaction de l'onde de choc interplanétaire avec l'héliopause, cette dernière représentant la limite entre le vent solaire et le plasma interstellaire. On reconnaît les deux sursauts produits lors du maximum d'intensité des cycles solaires de 11 ans. Cliquer sur l'image pour l'agrandir et cliquer ici pour écouter le son (.wav de 353 KB). A droite variation de la fréquence d'émission du plasma interplanétaire en fonction de la distance (UA). Le bruit de la magnétosphère de Jupiter  Ci-dessus deux enregistrements audio réalisés par le détecteur de plasma des sondes Voyager 1 et 2. A gauche Voyager 1 traversant le front de choc de Jupiter (.wav de 1.2 MB). A droite Voyager 2 traversant la magnétosphère externe de Jupiter (.wav de 900 KB). Vous trouverez des explications détaillées sur le site américain de l'Université d'Iowa ainsi que d'autres fichiers audio sur cette page.

Vers 2005, lorsque Pioneer 10 fut à plus de 90 UA du Soleil, et vers 2020 lorsque Voyager 2 sera à environ 130 UA du Soleil, les deux sondes spatiales enverront leurs dernières observations sur le milieu interplanétaire. Il se peut alors que l'on découvre l'étoile Némésis qui semble perturber les trajectoires des planètes géantes. Elles rencontreront ensuite la fameuse onde de choc de l’héliopause. Ce passage sera marqué par d’importants signaux radioélectriques permettant aux physiciens de recueillir de très intéressantes informations sur cette région lointaine inexplorée. Au-delà de 150 UA du Soleil, les sondes pénétreront réellement dans le grand vide silencieux de l’espace interstellaire.

Beaucoup plus tard, dans 20000 ans à 1 année-lumière de la Terre, les deux sondes atteindront le Nuage de Oort, berceau des noyaux cométaires, qu'elles traverseront espérons-le sans encombre. Pioneer 10 croisera ensuite l'étoile de Barnard à 3.8 années-lumière. Ce n’est que dans 2 millions d’années, en parcourant 2.5 UA par an, que Pioneer 10 passera dans la banlieue de l'étoile géante rouge Aldébaran dans la constellation du Taureau et deux millions d'années plus tard elle passera au large d'Altaïr, une belle étoile blanche située à environ 16 années-lumière dans la constellation de l’Aigle. Avec un peu de chance, dans 40000 ans Voyager 1 atteindra l'étoile AC+79.3888 située à environ 17 années-lumière dans la constellation de la Girafe tandis que Voyager 2 croisera l'étoile naine Ross 248 d'Andromède (HH And) de magnitude 11 située à 10.3 années-lumière de la Terre.

Ces distances, bien qu'astronomiques, sont dérisoires comparées aux dimensions de notre Galaxie dont le diamètre se chiffre à environ 200000 années-lumière. Dix années-lumière, seize années-lumière... nous ne sommes encore nul part dans cet océan cosmique, pas même en vue des premières exoplanètes. Il n'y a pas un îlot de vie à perte de vue ou de senseur. Cela nous force à reconsidérer notre position dans l'univers et reconnaître l'insignifiance de notre existence dans ce concert démesuré des choses qui nous entourent. 

Seule consolation, ces sondes spatiales témoigneront durant des millions et peut-être des milliards d'années de notre existence quelque part là-bas dans l'univers et de notre science capable de communiquer à travers le gouffre de l'espace et du temps. Poussières d’étoiles, épuisées, déviées de leur trajectoire, si elles n'entrent pas en collision avec un astéroïde égaré et ne sont pas happées par l'attraction d'une étoile, ces sondes continueront à s'enfoncer dans la Voie Lactée à 27 km/s, subissant une lente dégradation par le rayonnement cosmique et les poussières.

La plupart des sondes spatiales envoyées vers les planètes géantes existeront probablement encore lorsque nos descendants feront le premier pas vers les étoiles. Mais elles seront hors d'atteinte, inaudibles et invisibles. Uniques objets construits de la main des hommes destinés au long-court galactique, pendant des éons nos vaisseaux voyageront comme les premiers aventuriers, sur de frêles embarcations perdues dans une mer infinie. Dérivants, égarées dans les cirrus interstellaires, notre seule récompense sera d'avoir lancé dans ce vaste océan cosmique les seules oeuvres d’art du génie humain dignes d'un voyage sans fin en quête de connaissances...

A l'image des courageux pionniers des temps jadis, j'aime imaginer nos sondes spatiales comme des aventuriers aux cheveux longs fait de métal, la peau dorée burinée par le Soleil, le chapeau formé par la parabole porté bas sur le front pour éviter la lumière et les poussières, gardant dans leur mémoire de silicium le souvenir des hommes qui leur insuflèrent la vie durant quelques instants. Dans leurs yeux bleus électroniques se reflètent le Soleil, cette étoile-phare qui un jour leur servit de repère pour ne pas qu'elles s'égarent dans l'océan cosmique.

J'aimerais vous crier "Emmenez-moi vers les soleils lointains et les rivages galactiques" mais nous savons que c'est impossible. Envolez-vous ! Adieu chers aventuriers et merci. Sans regret et sans espoir de retour, vous avez réalisé un travail extaordinaire dans un esprit désintéressé, au service d'une civilisation de l'Universel. Voyagez maintenant, l’esprit libre de tout devoir, votre mission est accomplie. Dans nos coeurs, votre souvenir demeurera, impérissable. Fin de transmission.

L'anomalie de Pioneer

 En 1996, alors que les sondes Pioneer 10 et 11 étaient respectivement 3 et 4 fois plus éloignées de la Terre que Pluton, les chercheurs du JPL qui analysaient leurs signaux découvrirent que les deux sondes s'enfonçaient dans l'espace à une vitesse inférieure aux estimations. Ce phénomène sera baptisé "l'anomalie de Pioneer". Dans le cas de Pioneer 10, chaque année, la sonde accuse un retard sur sa position théorique de 5000 km.

Le 27 septembre 2004, le magazine Nature rapportait que Pioneer 10 fonçait à 12.5 km/s et se trouvait 400000 km plus proche que prévu ! Cette anomalie suggère qu'une force cent millions de fois plus faible que la gravité à la surface de Terre "repousse" les deux vaisseaux vers le Soleil. 

Ceci n'est qu'une interprétation car il y a une difficulté majeure pour résoudre ce problème. En effet, les chercheurs ne disposent d'aucune donnée de position de la sonde, de vitesse ou d'accélération et ne peuvent se baser que sur les données Doppler associées à la réception des signaux reçus par le réseau DSN de la NASA.

Mais le décalage de la fréquence des ondes radios émises par les deux sondes suite à leur déplacement est affecté d'un effet gravitationnel supplémentaire induit par la présence des corps célestes.

Plus récemment, des physiciens ont suggéré que l'anomalie de Pioneer serait liée à l'effet Creil, un phénomène proche de l'effet Raman (diffusion inélastique de la lumière) qui est susceptible à grande échelle d'induire des décalage Doppler. Mais cette théorie est peu supportée car elle impose un milieu assez dense et beaucoup d'interactions. La raison de l'anomalie reste donc en suspens.

A ce jour les ingénieurs du JPL réfutent les théories proposées et aucune explication conventionnelle ne peut expliquer l'anomalie de Pioneer. 

En 2004, John Anderson a donc choisi une autre voie : réanalyser toutes les données de vol acquises durant la première décennie des missions Pionner (1972-82 et 1973-83) puis celles des années suivantes. Selon Slava Turyshev, un collègue d'Anderson au JPL, cette étude n'est pas gratuite et fut estimée à... 250000$. Le projet fut soumis aux administrateurs de la NASA fin 2004 mais ils ne l'ont pas été accepté faute de ressources (personnel).

La Planetary Society très impliquée dans l'exploration spatiale a souhaité parrainer ce projet grâce à ses milliers de membres. Elle y est parvenue. Seule difficulté, il fallait convertir les données les plus anciennes enregistrées sur de vieux systèmes dans un format compatible avec les nouveaux ordinateurs.

Après cela, le JPL et les chercheurs étrangers associés au projet ont analysé les 11 premières années de vol mais il reste encore au moins 22 ans à traiter. Les chercheurs ont repris le problème au début, réévaluant notamment les performances de la sonde, son bilan thermique, etc. N'ayant à leur disposition que les données Doppler, certaines équipes ont proposé de traiter ce problème par modélisation.

En parallèle, l'idée de Turyshev et ses collègues est plus ambitieuse encore : ils voudraient envoyer une nouvelle sonde spatiale suivant exactement la même trajectoire que les deux missions Pioneer avec l'espoir de reproduire l'anomalie.

Leur proposition a été soumise le 16 septembre 2004 à des experts de l'ESA dans le but d'envoyer une sonde qui serait suivie à quelques kilomètres de distance par une sphère réflectrice. Des lasers montés sur la sonde mesureront la distance entre le vaisseau et la sphère afin que les scientifiques puissent détecter et compenser toute accélération provoquée par un événement sur le vaisseau comme une fuite éventuelle du générateur.

Toutefois, pour les experts de l'ESA la construction d'une telle sonde spatiale coûterait au moins 500 millions de dollars et ils ont déjà répondu à leurs collègues de la NASA que ce projet ne compte pas parmi les deux premières priorités de l'agence au cours des prochains mois. Actuellement le problème est donc en suspens et le mystère demeure. Affaire à suivre comme l'on dit.

Pour plus d'information

Les communications spatiales avec Mars (sur ce site)

Messages aux extraterrestres (sur ce site)

Planetary Society (Pioneer Anomaly)

Silver Anniversary Pioneer 10

NASA Voyager Probe

Voyager Project Information

Voyager's greetings to the universe

The spacecraft that will not die, Mark Wolverton

Flyby: The Interplanetary Odyssey of Voyager 2, Joel Davis, Atheneum, 1987

The Depths of Space: The Story of the Pioneer Planetary Probes, Mark Wolverton, Joseph Henry Press, 2004

Nature

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