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Les mystères du ralentissement des sondes Pioneer

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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 (Jet Propulsion Laboratory) 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".

La sonde spatiale Pioneer 10 modélisée par Celestia.

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.

Radiotélescope : Sous l'antenne parabolique de 70m de Golstone intégrée au réseau DSN de la NASA. ll s'agit de la plus grande antenne orientable dédiée aux télécommunications spatiales. © UCLA/RADHEP

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.

Les physiciens ont tout d'abord pensé que ce ralentissement pouvait être provoqué par un changement physique inconnu survenu dans les vaisseaux eux-mêmes (panne, anomalie) qui aurait pour effet d'augmenter leur traînée ou des erreurs dans les protocoles utilisés pour les suivre à la trace.

D'autres, tel Mordehai Milgrom de l'Institut des Sciences Weizmann de Rehovot en Israël (1983), sans plus d'information, a carrément suggéré que la théorie de la gravitation devait être modifiée pour tenir compte de cet effet.

L'ancienne salle de contrôle du JPL. © JPL/NASA.

Cette solution trouva un certain écho en 2002, lorsque John Anderson du JPL ne put trouver aucune explication rationnelle alternative...

Actuellement l'équipe d'Anderson rejète de nombreux effets telle qu'une fuite de chaleur ou de gaz des générateurs thermoélectriques au plutonium. 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. Toutefois, cette hypothèse n'est soutenue par aucun résultat expérimental et n'a rien à voir avec la cosmologie car elle repose sur un phénomène spectroscopique dont l'existence n'est même pas unaniment reconnue par la communauté scientifique en question.

La raison de l'anomalie reste donc en suspens.

Nouvelle salle de contrôle (2000) du JPL. © JPL/NASA.

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 n'ont pas été accepté faute de ressources (personnel).

La Planetary Society a donc essayé de 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 10 premières années de vol mais il reste encore au moins 23 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. A suivre....

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