Sciences

Relativité : les deux Galileo perdus vont mettre Einstein à l'épreuve

ActualitéClassé sous :Constellation de satellites , satellite Galileo , esa

Les scientifiques ne manquent pas d'imagination pour transformer un raté en une belle expérience... En août 2014, deux satellites Galileo n'ont pas été placés sur l'orbite circulaire visée. Mais leurs horloges atomiques et l'excentricité de leur orbite vont permettre à des chercheurs du Syrte de mettre à l'épreuve la théorie de la relativité générale d'Einstein.

En bleu, l'orbite sur laquelle auraient dû évoluer les satellites Galileo 5 et 6, et en rouge celle sur laquelle ils se sont installés. Les trajectoires en vert sont celles des autres satellites Galileo. © Esa

Utilisés à des fins de validation et de tests, les deux satellites Galileo lancés sur une mauvaise orbite vont finalement permettre de tester la relativité générale d’Einstein, nous explique Pacôme Delva chercheur au Syrte (Systèmes de Référence Temps-Espace), une unité mixte de recherche du CNRS de l'observatoire de Paris. L'idée est de « comparer le temps donné par les horloges atomiques situées à bord des satellites Galileo et des horloges atomiques situées sur Terre (notamment celles du Syrte) », grâce à une analyse fine du signal envoyé par ces satellites aux récepteurs Galileo terrestres.

Comparer deux horloges atomiques éloignées permet de voir un effet si jamais elles ont une vitesse relative, ce que prédit la relativité restreinte, ou si elles sont placées dans des champs gravitationnels différents, « un effet prédit par la relativité générale ». En termes plus simples, le temps ralentit à proximité de toute masse.

Augmenter la précision des tests de la relativité générale pourrait montrer des désaccords entre ses prédictions et l'expérience, et ainsi nous aiguiller en direction d'une nouvelle physique dont nous manquons cruellement pour résoudre des énigmes comme celles de la matière noire ou de l'énergie noire par exemple. Jusqu'à ce jour, « aucun test expérimental n'a réussi à prendre la théorie en défaut ». Et ce n'est pas faute d'avoir essayé.

En effet, ce n'est pas la première fois que des satellites sont utilisés pour tester la relativité générale. En 1976, la Nasa avait lancé la sonde Gravity Probe-A à 10.000 kilomètres d'altitude et pendant les deux heures de fonctionnement de son horloge atomique, les « mesures effectuées n'avaient pas mis en défaut cette théorie ».

Les Galileo embarqueront deux types d’horloges : des masers à hydrogène passif (flèche rouge) et des horloges atomiques au rubidium visibles au premier plan. © SSTL

Le temps des horloges varie avec l'altitude

L'intérêt d'utiliser les Galileo 5 et 6 « est qu'ils tournent autour de la Terre sur une orbite excentrique, de sorte que leur distance à la Terre varie ». Et selon la relativité générale, le « temps de ces horloges doit s'écouler plus lentement lorsque les satellites se rapprochent de la Terre » en raison de la déformation de l'espace-temps provoquée par la gravité terrestre. À l'inverse, lorsque les satellites s'éloignent de la Terre, le « temps de leurs horloges s'écoule plus rapidement ». Le but de l'expérience est donc de comparer la fréquence de l'horloge avec l'altitude des satellites, « ce qui permettra de tester la précision de la théorie de la relativité générale et tenter de la mettre en défaut ». La différence sera faible mais mesurable : les horloges atomiques à bord des deux satellites avancent en effet de 40 microsecondes chaque jour par rapport à leurs consœurs restées sur Terre.

Pour les chercheurs, il est important de pousser cette théorie dans ses derniers retranchements car elle gouverne l'univers tel que nous l'observons.

Les résultats seront publiés dans environ un an. « Ils seront au moins quatre fois plus précis que ceux de Gravity Probe-A et nous visons une précision de 0,004 %. » En 2017, la mission Pharao du Cnes va encore améliorer cette précision et la porter à 0,0002 %. Comment ? En installant à l'extérieur du module Columbus de la Station spatiale la première horloge à atomes froids en orbite autour de la Terre.

Abonnez-vous à la lettre d'information La quotidienne : nos dernières actualités du jour.

!

Merci pour votre inscription.
Heureux de vous compter parmi nos lecteurs !

Cela vous intéressera aussi