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L'énigme de l'anomalie de Pioneer est-elle résolue ?

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Depuis déjà quelques années, des calculs préliminaires laissaient entendre que l'énigmatique force d'attraction semblant s'exercer sur les sondes Pioneer 10 et 11 en direction du Soleil n'était pas la manifestation d'une nouvelle physique. Selon des chercheurs du Jet Propulsion Laboratory (JPL), il n'y a plus guère de doute : cette force provient du flux de photons libéré par certaines parties chaudes des sondes.

La plaque équipant les sondes Pioneer montre un homme et une femme à l'échelle de la sonde, la position du Soleil (position of sun)par rapport à quatorze pulsars et au centre de la Galaxie. Pour cela, une représentation de la transition hyperfine de l'atome d'hydrogène est montrée en haut à gauche. Elle donne donc une longueur d'onde de 21 cm qui peut servir d'unité de mesure. Ainsi, la hauteur de la femme à droite est donnée en numérotation binaire comme étant huit fois la longueur d'onde de la raie de l'hydrogène précédente (Binary equivalent of decimal 8). Les pulsars sont identifiables par leur fréquence de rotation en binaire exprimée comme un multiple entier de celle de la raie à 21 cm. En bas, le Système solaire et la planète d'origine de la sonde sont montrés avec les distances relatives des planètes (Planets of solar system and binary relatives distances), aussi en numérotation binaire. © Nasa

Les sondes Pioneer 10 et 11 ont permis à l'Homme de s'aventurer une première fois dans le monde des planètes ardentes au début des années 1970. Leur souvenir aurait probablement largement été effacé après les missions des sondes Voyager et Cassini si elles n'emportaient pas les fameuses plaques en or destinées à une éventuelle civilisation extraterrestre, de passage non loin du Système solaire dans un futur indéterminé.

Lorsque Carl Sagan a fait inclure ces plaques, il s'agissait essentiellement pour lui de sensibiliser une plus large population à l'exploration du cosmos et à l'exobiologie. La démarche est la même que celle de Paul Davies proposant de chercher des artefacts « E.T. » laissés volontairement sur la Lune pour se signaler à l'humanité, le jour où elle aurait découvert l'astronautique.

Mais plus encore que ces plaques, ce sont probablement les anomalies dans les trajectoires de ces sondes qui ont fait couler beaucoup d'électrons à travers la Toile mondiale depuis une dizaine d'années. Afin de suivre précisément les trajectoires de leurs sondes, les chercheurs du JPL ont écrit des programmes d'ordinateur sophistiqués, utilisant les équations de la relativité générale afin de tenir compte de corrections postnewtoniennes aux équations de la mécanique céleste de Gauss et Laplace. Mieux, des variantes des équations d'Einstein pouvaient même être testées de cette façon en cherchant d'éventuels écarts aux prédictions de la théorie relativiste de la gravitation d'Einstein.

Une vue d'artiste d'une des sondes Pioneer, bouteille dans l'océan cosmique et témoignage de l'existence de l'humanité. La parabole est dirigée vers le Soleil alors que les instruments chauffés par l'électricité, issue des deux générateurs thermoélectriques montés au bout de deux perches, tournent le dos au Soleil. © Nasa

Aucun écart mesurable n'avait été trouvé, si ce n'est celui des positions des sondes Pioneer qui semblaient subir une force d'attraction d'origine inconnue en direction du Soleil. Cette « anomalie de Pioneer », comme elle a été baptisée, avait été découverte dès les années 1980. Dans les années 2000, on a commencé à en parler en dehors des cercles d'initiés, devant l'incapacité à l'expliquer par la physique standard. Quelques spéculations sérieuses faisant intervenir de la nouvelle physique, par exemple de la matière noire ou de l'énergie noire, avaient même vu le jour, sans oublier bien sûr des modifications de la loi de la gravitation comme celles proposées par la théorie Mond.

Malheureusement, s'il était parfois possible d'expliquer l'anomalie de cette façon, on entrait en conflit avec d'autres observations bien plus solides. De plus, certaines théories exotiques, comme la variante relativiste de Mond, la théorie TeVeS, sont désormais réfutées.

Un moteur de fusée photonique sur les sondes Pioneer

Or, peu après le milieu des années 2000, des chercheurs du JPL menés par Slava G. Turyshev annonçaient avoir réussi à récupérer d'anciennes données enregistrées lors d'une ère révolue de l'informatique, c'est-à-dire les premières années des sondes Pioneer, et les avoir rendues à nouveau exploitables en ces temps plus avancés.

Jointe à ces données, une meilleure connaissance des sondes Pioneer fournie par les ingénieurs ayant conçu et fabriqué ces sondes, a permis d'écrire un programme modélisant la chaleur dégagée par leurs différentes parties. Or, qui dit chaleur dit rayonnement, donc émission d'un flux de photons qui emportent de la quantité de mouvement, tout comme les gaz éjectés par un moteur de fusée.

Deux parties des sondes sont particulièrement chaudes, les générateurs thermoélectriques au plutonium et des instruments montés à l'avant des sondes. Aussi curieux que cela paraisse, le bilan total du faible flux de photons émis par ces deux sources principales suffit à expliquer complètement, aux erreurs de mesure et de calcul près, les trajectoires des deux sondes reconstruites à partir des trente ans de données télémétriques récupérées.

Des calculs similaires, bien moins convaincants, avaient été menés depuis quelques années. Mais comme le disent les chercheurs dans un article publié sur arxiv expliquant leurs derniers résultats, il leur semble maintenant improbable que de nouvelles analyses changent leur conclusion. Il n'existe plus d'énigme de l'anomalie de Pioneer et aucune indication pour une nouvelle physique ne peut en être inférée.

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