Une vue d’artiste de la sonde Voyager 2 qui fournit actuellement de précieuses informations sur l’espace interstellaire aux astronomes. © Nasa, JPL-Caltech

Sciences

Voyager 2 perce des secrets de l'espace interstellaire

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En 2012, Voyager 1 a pénétré l'espace interstellaire. Une première pour un engin fabriqué par l'Homme. Fin 2018, Voyager 2 a suivi sa trace. Et les astronomes nous révèlent aujourd'hui ce que la sonde a pu observer depuis. Pas moins de 42 ans après son lancement !

Le 20 août 1977, la sonde Voyager 2 était lancée par une fusée Titan. C'était il y a plus de 42 ans. Et il y a un an tout juste, le 5 novembre 2018, elle devenait le second engin spatial fabriqué par l'Homme à franchir la limite de l'héliosphère. Cette région en forme de bulle allongée et placée sous l'influence du Soleil. À quelque 18 milliards de kilomètres de notre Terre, Voyager 2 pénétrait alors ce que l’on appelle l’espace interstellaire.

Aujourd'hui, des astronomes publient une série de résultats reposant sur les données transmises par les cinq instruments de la sonde : un capteur de champ magnétique, deux instruments de détection de particules énergétiques dans différentes plages d'énergie et deux instruments d’étude du plasma. Ils brossent ainsi un tableau inédit -- le capteur à plasma de Voyager 1 étant tombé en panne avant d'en arriver là -- de ce qui se joue du côté de cette frontière mythique.

Aux frontières de l’influence solaire

Rappelons que les données de Voyager 1 avaient montré que l'héliosphère protège la Terre -- et les autres planètes du Système solaire -- de plus de 70 % du rayonnement cosmique que l'on rencontre dans l'espace interstellaire. Et c'est un peu cet indice qui a permis, en novembre dernier, de confirmer que Voyager 2 était bien entrée dans une nouvelle région de l'espace. Ses détecteurs de particules énergétiques s'étaient en effet affolés. Alors que le taux de particules héliosphériques -- de relativement faible énergie -- était en chute libre, le taux de particules de rayons cosmiques -- d'énergies bien plus élevées -- avait augmenté de façon spectaculaire.

Notre Soleil interagit même avec les éléments situés au-delà de l'héliosphère.

Mais les chercheurs soulignent tout de même que Voyager 2 - tout comme son jumeau, Voyager 1 - ne semble pas avoir tout à fait rallié l'espace interstellaire à proprement parler. La sonde se trouverait actuellement dans une sorte de zone de transition. « Les données de Voyager 2 montrent comment notre Soleil continue à interagir même avec les éléments situés au-delà de l'héliosphère. Et elles confirment ce que nous avions déjà observé avec Voyager 1 », déclare Ed Stone, physicien à Caltech (États-Unis).

Les astronomes ont découvert que les interactions entre vents interstellaires et solaires étaient plus complexes que ce qu’ils avaient imaginé. Voyager 2 a par ailleurs observé une héliopause — c’est ainsi que les spécialistes nomment la limite de l’héliosphère — plus fine et nette — elle a été franchie en seulement une journée — que celle observée par Voyager 1. Peut-être parce que cette dernière s’est présentée du côté de l’héliopause au moment d’un maximum d’activité solaire. © Buddy_Nath, Pixabay License

Un plasma comprimé

Par ailleurs, les astronomes savaient déjà qu'aussi bien l'héliosphère que l'espace interstellaire sont remplis de plasma. Cependant, dans l'héliosphère, la théorie annonçait que celui-ci devait être chaud et rare alors que dans l'espace interstellaire, on s'attendait à ce qu'il apparaisse froid et dense. Des informations aujourd'hui confirmées par les deux sondes Voyager. Selon les données de Voyager 2, le milieu interstellaire se révèle 20 à 50 fois plus dense que le milieu solaire.

Mais les astronomes soulignent quelques détails surprenants. En effet en 2012, Voyager 1 avait déjà observé une densité de plasma légèrement supérieure aux prévisions juste à l'extérieur de l'héliosphère. De quoi supposer une phase de compression. Et Voyager 2 vient de montrer que le plasma en dehors de l'héliosphère est aussi légèrement plus perturbé et chaud que prévu -- entre 30.000 et 50.000 K alors que la théorie le voyait entre 15.000 et 30.000 K --, confirmant l'idée de la compression. La sonde a également observé une légère augmentation de densité juste avant de quitter l'héliosphère, indiquant que le plasma est aussi comprimé autour du bord intérieur de notre bulle protectrice. Le pourquoi du phénomène reste encore à éclaircir.

Sur cette vue d’artiste, les localisations des deux sondes avant que Voyager 2 quitte l’héliosphère. En haut, Voyager 1 est entré dans l’espace interstellaire du côté du front de l’héliosphère. Voyager 2, comme pressenti sur cette illustration, a finalement quitté l’héliosphère plus par son flanc. © Nasa, JPL-Caltech

Des fuites de particules

Autre information relevée par les astronomes : l'héliosphère semble ne pas être totalement hermétique. Un filet de particules a été enregistré, s'échappant vers l'espace interstellaire. De manière plus marquée du côté du flanc supposé de notre bulle protectrice - où se trouve Voyager 2 - que du côté du front - où se situe Voyager 1. Voyager 2 a en effet capté un flux de particules de basse énergie s'étendant sur plus de 100 millions de kilomètres au-delà de l'héliopause -- c'est ainsi que les spécialistes nomment la limite de l'héliosphère.

Le mystère du champ magnétique confirmé

Enfin, grâce au magnétomètre de Voyager 2, les chercheurs ont pu confirmer une dernière observation étonnante déjà réalisée par Voyager 1. La sonde a identifié une sorte de barrière magnétique à partir de laquelle la direction du champ magnétique a progressivement changé. Juste au-delà de l'héliopause, le champ magnétique apparait ainsi parallèle au champ magnétique situé à l'intérieur de l'héliosphère.

  • Voyager 2 a quitté l’héliosphère le 5 novembre 2018.
  • Les chercheurs ont depuis travaillé sur les données inédites transmises par la sonde.
  • De quoi brosser une ébauche de portrait de la limite de l’héliosphère.
Pour en savoir plus

Voyager 2 serait proche de la frontière avec l'espace interstellaire

Partie de la Terre, il y a déjà 41 ans, la sonde Voyager 2 pourrait bientôt entrer dans l'espace interstellaire. Il y a six ans, sa sœur Voyager 1 franchissait l'héliopause.

Article de Xavier Demeersman paru le 13/10/2018

Illustration de la sonde Voyager 1 arrivant aux portes de l’espace interstellaire. © Nasa, JPL-Caltech

Contrairement à ce que suggère son numéro, Voyager 2 s'était envolée pour l'espace avant sa sœur jumelle Voyager 1. C'était il y a 41 ans. Le 20 août 1977, la sonde de la Nasa quittait son berceau la Terre pour aller explorer les planètes géantes du Système solaire. Et deux semaines plus tard, le 5 septembre 1977, c'était au tour de Voyager 1 de s'élancer à la découverte de deux géantes : Jupiter et Saturne.

Leurs missions accomplies - leurs besaces remplies de données et d'images restées exceptionnelles durant près de deux décennies -, les deux vaisseaux ont poursuivi leurs chemins vers les étoiles, chacun dans une direction différente. Au milieu des années 2000, des chercheurs ont pensé que, déjà, Voyager 1 venait de franchir l’héliopause et naviguait dorénavant dans le milieu interstellaire baigné de rayons cosmiques. En réalité, cela s'est produit quelques années plus tard, en 2012.

Après Voyager 1 en 2012, Voyager 2 est peut-être sur le point de sortir de l’héliosphère pour croiser dans le milieu interstellaire baigné de rayons cosmiques. © Nasa, JPL-Caltech

Où est la sonde Voyager 2 ?

À l'heure où nous écrivons ces lignes, Voyager 1 est maintenant à près de 20 heures-lumière, 21,5 milliards de kilomètres (presque 144 fois la distance entre la Terre et le Soleil) de sa planète d'origine. Cela paraît beaucoup mais ce n'est encore qu'un tout petit pas à l'échelle de notre Système solaire gouverné par le Soleil (sur le plan gravitationnel, son royaume s'étend jusqu'à une ou deux années-lumière autour de lui) et de la galaxie. De son côté, Voyager 2 a parcouru pour l'instant 17,7 milliards de kilomètres, elle est à 16,27 heures-lumière et toujours dans l'héliosphère générée par le vent solaire. Quoique... Il semble que la sonde se rapproche de la région frontalière. Vers la fin août, l'instrument Cosmic Ray Subsystem a en effet relevé une augmentation de 5 % du taux de rayons cosmiques par rapport au début du mois. Résultats corroborés par l'instrument Low-Energy Charged Particle.

« Nous observons un changement dans l'environnement autour de Voyager 2, cela ne fait aucun doute, expose Ed Stone, chercheur de la mission à Caltech, mais, tempère-t-il, [...] nous ne savons toujours pas quand nous atteindrons l'héliopause. Nous n'y sommes pas encore ». La Nasa rappelle que Voyager 1 a fait des mesures similaires trois mois environ avant d'entrer vraiment dans l'héliopause. En outre, il y a six ans, la taille de l'héliosphère était probablement différente car l'activité de notre étoile culminait (en vertu d'un cycle de 11 ans en moyenne). En 2018, c'est tout le contraire : notre Soleil reste désespérément sans taches sombres (ou presque) depuis des semaines. C'est le minimum solaire, ce qui se traduit par un vent solaire plus faible et peu combatif pour faire barrière aux particules de hautes énergies qui viennent du cosmos. Nous en saurons plus bientôt.


Voyager 2 : les surprises de l'ultime frontière

Article de Jean Etienne publié le 12 décembre 2007

Partie depuis plus de trente ans, la sonde américaine Voyager 2 continue imperturbablement de tracer sa route vers l'infini. Trois années après sa jumelle Voyager 1, elle se trouve à la limite de la sphère d'influence du Soleil et pénètre dans le vide intersidéral, non sans créer la surprise.

Voyager 1, légèrement plus rapide, avait déjà franchi cette étape en décembre 2004. Cependant, son instrument de mesure de plasma étant en panne, elle n'avait pu que signaler ce passage sans effectuer d'analyse précise. En revanche, le même appareil est pleinement opérationnel à bord de Voyager 2. Et les informations qu'il transmet à la Terre sont pour le moins surprenantes.

Heliosheath : l'enveloppe du Soleil

Il existe un point d'équilibre entre le Soleil et son environnement, un endroit précis où la force des particules à haute énergie formant le vent solaire et celles en provenance du reste de l'Univers s'équilibre. A cette limite, nommée heliosheath (que l'on pourrait traduire par enveloppe du Soleil), située à 14,1 milliards de kilomètres, les vents solaires ralentissent d'abord pour s'engouffrer ensuite dans le vide intersidéral en créant des zones de turbulence. Mais alors que Voyager 1 avait très nettement franchi cette borne naturelle en 2004, Voyager 2 l'a franchie... cinq fois. Et rien n'indique que c'est fini.

Position des sondes Voyager fin 2007. Crédit Nasa

Puisque l'intensité du vent solaire varie en fonction de l'activité de notre étoile, l'héliosheath semble palpiter et sa distance, tantôt se rapproche, tantôt s'éloigne. Selon John Richardson, chercheur au MIT's Kavli Institute for Astrophysics and Space Science, la limite de l'héliosheath pourrait encore rattraper la sonde, complétant de précieuses données que ses instruments sont déjà en train de fournir.

Mais la plus grande surprise provient de l'intensité des champs magnétiques rencontrés, probablement engendrés par le gaz de densité extraordinairement faible qui fuse continuellement vers l'extérieur et déforme sans arrêt cette zone que les astrophysiciens pensaient parfaitement sphérique.

Consommation et réserve d'énergie des deux sondes au 7 décembre 2007.

Des températures imprévues

L'autre surprise a été enregistrée lorsque Voyager 2 est passée de l'intérieur de la zone d'influence du Soleil vers l'extérieur. La température mesurée, qui était restée plus élevée que prévu, a brusquement chuté et atteint maintenant une valeur dix fois plus faible que ce que les modèles prévoyaient. Les physiciens n'ont pas encore trouvé d'explication définitive à ce phénomène.

"Il s'agit bien d'une onde de choc d'un genre différent de tout ce que nous connaissions", déclare John Richardson. Selon les chercheurs, cette fraîcheur inattendue pourrait résulter de particules très chaudes, situées au-delà du seuil de détection de la sonde, et qui absorbent ainsi davantage d'énergie que ce que l'on supposait.

Position et vélocité des deux sondes au 7 décembre 2007.

Au début de la prochaine décennie, Voyager 2 franchira l'héliopause, abordant un espace interstellaire complètement extérieur à la zone d'influence du Soleil, de son champ magnétique et des vents solaires. Selon les techniciens de la Nasa, la sonde pourrait continuer à fonctionner jusqu'en 2020, et l'espoir n'est donc pas vain d'enfin en savoir plus sur l'environnement de cette ultime frontière, là où la main de l'Homme... Mais ne préjugeons pas.

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