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Un GPS avec des pulsars pour sondes et vaisseaux interplanétaires

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La miniaturisation des miroirs à rayons X permet d'envisager l'utilisation des émissions des pulsars pour se repérer dans le Système solaire et même au-delà. Les prochaines sondes interplanétaires pourraient naviguer de façon autonome de cette façon, selon trois chercheurs de l'institut Max Planck de radioastronomie.

Clin d'œil à Star Trek de la part des membres de l’institut Max Planck de physique extraterrestre. Ils envisagent que l'Entreprise du capitaine Kirk utilise des pulsars pour se repérer dans ses voyages dans la Voie lactée. Celui de la nébuleuse du Crabe est représenté sur cette image d'artiste, en bas à droite. © Institut Max Planck de physique extraterrestre

Pour naviguer avec précision dans le Système solaire, il faut utiliser les corrections aux équations de la mécanique céleste newtonienne, déduites des équations de la relativité générale. D'après des membres de l'institut Max Planck de radioastronomie (Allemagne), les sondes interplanétaires du futur pourraient bien utiliser une autre conséquence des équations de la relativité générale, les pulsars.

On sait que ces étoiles à neutrons sont de véritables phares dans l'espace interstellaire. Ce sont aussi d'excellentes horloges, et cela fait seulement quelques années que l'on est capable de construire des horloges atomiques plus stables que ces objets naturels. Dès les années 1970, on savait que l'on pouvait s'en servir pour se localiser dans la Voie lactée, et c'est pourquoi la position de la Terre a été indiquée par rapport aux pulsars sur la fameuse plaque en or des sondes Pioneer. On a procédé de la même manière pour le célèbre Golden Record des sondes Voyager.

Les pulsars : des phares cosmiques pour l'astronautique

Dans l'article qu'ils viennent de publier sur arxiv, les chercheurs allemands montrent qu'il est désormais possible, pour une sonde ou un vaisseau interplanétaire, de se repérer de façon autonome et avec précision dans le Système solaire, en utilisant des pulsars.

Une vue d'artiste d'une sonde du type de Rosetta, qui serait équipée d'un GPS interplanétaire utilisant des pulsars. La méthode étant celle de la triangulation, il faudrait trois pulsars dont les faisceaux d'ondes balayeraient l'espace tels des phares, comme sur cette image. © Esa

Actuellement, si l'on sait localiser une sonde au moyen des ondes radio qu'elle échange avec la Terre (à quelques mètres près), ce n'est vrai que du point de vue de la distance radiale. Pour ce qui est de la position angulaire, les limites imposées par la nature physique même des ondes et des radiotélescopes conduisent à des erreurs, de l'ordre de quatre kilomètres par unité de distance astronomique. Il en résulte que la position de la sonde Voyager 1 n'est en fait connue qu'à 500 km près, et que celle d'une sonde au voisinage de Pluton le serait avec une marge d'erreur de 200 km.

On envisage d'utiliser les ondes radio émises par trois pulsars pour réaliser une triangulation. Pour une sonde comme Rosetta ou New Horizons cela lui permettrait alors de connaître sa position, indépendamment des instruments sur Terre. Comme l'expliquent les chercheurs, il faudrait que ces sondes soient équipées d'antennes, ayant par exemple une surface de 150 m2 à une longueur d'onde de 21 cm : c'est encore trop, mais il y a désormais une alternative.

Des télescopes à rayons X miniaturisés pour se repérer

Si un satellite comme Chandra avait besoin d'un instrument pesant 18,5 t par m2 pour collecter des rayons X en provenance d'un pulsar, ce n'est plus le cas aujourd'hui, pour des satellites similaires. Un détecteur pesant 25 kg pour une surface équivalente est maintenant réalisable. On peut donc penser que la prochaine génération de sondes ou de vaisseaux interplanétaires pourrait être équipée de capteurs de rayons X pour se repérer de façon autonome, partout dans le Système solaire, avec une erreur de seulement 5 km.

Pour Werner Becker, l'un de coauteur de l'étude, et ses collègues, ce n'est qu'un début. On connaît déjà presque 2.000 pulsars, et bien d'autres devraient être découverts dans les années à venir. Selon eux, une sorte de GPS interplanétaire utilisant les pulsars verra le jour. Ils font même un clin d'œil à la série Star Trek, en imaginant qu'un tel système permettrait de se localiser dans la Voie lactée lors de missions en direction d'exoplanètes habitables.

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