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Swap, Pepssi et VBSDC : d'autres instruments de New Horizons

Dossier - New Horizons : 11 kg de plutonium pour comprendre Pluton
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La sonde New Horizons est la première mission du programme d'exploration planétaire New Frontiers de la Nasa, avec Juno (lancée en 2011) et Osiris-Rex (en développement, pour un lancement prévu en 2016). Elle est chargée de fournir la première reconnaissance scientifique du système Pluton-Charon, avec les quatre autres satellites découverts depuis.

  
DossiersNew Horizons : 11 kg de plutonium pour comprendre Pluton
 

Les instruments Swap, Pepssi et VBSDC de New Horizons sont chargés d'étudier l'environnement de Pluton.

Swap (Solar Wind at Pluto)

L'instrument Swap, ouvert, prêt à mesurer le vent solaire autour de Pluton. © Nasa
  • Masse : 1,5 kg.
  • Puissance absorbée : 2,3 watts
  • Développement : SWRI (Southwest Research Institute)
  • Responsabilité : David McComas (SWRI)
  • Objectif : Mesure de l'échappement de l'atmosphère de Pluton.
Installation de Swap. © SWRI

Swap étudiera les interactions entre Pluton et le vent solaire, ce flux de particules à haute énergie en provenance du Soleil. La distance extrême entre Pluton et le Soleil a exigé de l'équipe de Swap l'élaboration et la construction de l'instrument possédant la plus grande ouverture jamais réalisée.

Les scientifiques estiment qu'en raison de la faible force d'attraction de Pluton (approximativement 1/16e de la pesanteur terrestre), environ 75 kg de son atmosphère s'échappe vers l'espace chaque seconde sous l'action du vent solaire. Si cela se confirme, Pluton se comporterait alors exactement comme une comète, bien que la planète soit 1.000 fois plus grande qu'un noyau cométaire.

L'instrument Swap en place sur New Horizons. © SWRI

Les gaz atmosphériques se libèrent sous la forme d'atomes et molécules neutres. Le rayonnement ultraviolet solaire les ionisent, selon un processus similaire à celui se produisant dans la haute atmosphère et l'ionosphère terrestre. Devenus électriquement chargés, ces ions et électrons sont capturés et entraînés par le flux solaire. Durant ce processus, cette matière fortement ionisée gagne encore plusieurs millions d'électrons-volts par échange d'énergie avec le vent solaire, celui-ci s'en trouvant alors ralenti, sa trajectoire s'infléchissant autour de la planète sous l'action de la gravitation.

La mesure de Swap est indirecte. Précisément, il évalue l'énergie du vent solaire au moment du survol. Si elle diminue, c'est que les particules de ce vent ont ralenti et donc qu'elles ont percuté les ions ou les électrons de l'atmosphère plutonienne. C'est cette perte qui est mesurée.

Si l'instrument fonctionne bien, il permettra de connaître à quel rythme Pluton perd son atmosphère, très ténue mais qui, pense-t-on, s'étend jusqu'à 8.000 km de la surface, si bien que la sphère qu'elle occupe est plus grande que la Terre.

Pepssi (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation)

L'instrument Pepssi. © Nasa
  • Masse : 1,5 kg
  • Puissance absorbée : 2,5 watts
  • Développement : Laboratoire de physique appliquée de l'université John Hopkins
  • Responsabilité : Ralph McNutt Jr, APL (Applied Physics Laboratory)
  • Objectif : Étude de la densité, de la composition et de la vitesse de toutes les particules ionisées qui s'échappent de Pluton.
Installation de Pepssi. © Université John Hopkins

Pepssi, le spectromètre directionnel d'étude des particules énergétiques le plus compact jamais monté sur un engin spatial, recherchera les atomes neutres qui s'échappent en permanence de l'atmosphère de Pluton et deviennent électriquement chargés par interaction avec le vent solaire. C'est le cas de l'azote moléculaire (principal constituant de l'atmosphère), de l'oxyde de carbone et du méthane, qui se transforment en ions après avoir absorbé le rayonnement ultraviolet du Soleil et se retrouvent éjectés au loin sous la forme d'une queue électromagnétique.

L'instrument détectera ces particules durant toute l'approche et permettra de déterminer la vitesse à quelle vitesse l'atmosphère s'échappe de Pluton, ce qui fournira encore de précieuses données sur sa composition.

Pepssi est un détecteur de type « temps de vol ». Les particules traversent successivement deux feuilles minces métalliques avant de frapper un capteur à semi-conducteurs. L'intervalle de temps mesuré entre les deux feuilles minces, mis en corrélation avec le niveau d'énergie mesuré par le capteur, permet de déterminer très exactement la composition de chaque particule. La limite supérieure de l'instrument est de 1.000 électrons-volts, plusieurs fois plus élevée que celle de Swap. Le rapprochement des données entre Peppsi et Swap en font un ensemble à la fois puissant et précis.

VBSDC (Venetia Burney - Student Dust Counter)

  • Masse : 1,9 kg
  • Puissance absorbée : 5 watts
  • Développement : Laboratoire de physique de l'atmosphère et de l'espace, université de Boulder au Colorado
  • Responsabilité : Mihaly Horanyi, université de Boulder au Colorado
  • Objectif : Mesure de la densité des particules de poussière dans le Système solaire externe.
L'instrument VBSDC, chargé de collecter des poussières durant le voyage pour en mesurer la densité. © Nasa

Conçu et développé par les étudiants de l'université de Boulder au Colorado, le SDC détectera les grains microscopiques de poussière, résultant de collisions entre astéroïdes, comètes et objets de la ceinture de Kuiper. SDC est aussi le premier instrument scientifique entièrement conçu par des étudiants à être placée sur une sonde planétaire de la Nasa.

Son nom a été modifié 2009 pour rendre hommage à Venetia Burney-Phair, cette femme britannique à laquelle l'équipe a rendu visite et qui est décédée cette année-là. À l'âge de 13 ans, en 1930, elle avait proposé, en famille au petit déjeuner, de nommer Pluto, soit Pluton en anglais (et en latin), cette neuvième planète qu'annonçait le journal The Times, récemment découverte aux États-Unis par Clyde Tombaugh. Ce nom, celui du dieu des enfers pour les Romains, avait été transmis à un astronome britannique, qui a fait suivre à l'observatoire Lowell (celui de Clyde Tombaugh). Il a finalement été adopté (ainsi que par Walt Disney qui cherchait un nom pour un nouveau personnage).

Durant tout le voyage, par intermittence, VBSDC a mesuré le nombre et la taille des particules de poussière. Il fera de même autour de Pluton pour vérifier s'il n'y a pas davantage de petites particules.

VBSDC se compose de deux parties. Un détecteur de 450 x 300 mm, fixé à l'extérieur du vaisseau et exposé aux particules de poussière, et un boîtier électronique installé à l'intérieur de la sonde chargé de déterminer masse et vitesse lors de chaque collision.

Aucun détecteur de ce type n'ayant jamais fonctionné au-delà de 18 unités astronomiques (UA) du Soleil, soit 2,72 milliards de kilomètres ou la distance d'éloignement d'Uranus, les données de VBSDC donneront aux scientifiques un regard sans précédent sur le mouvement et la distribution de la poussière dans le Système solaire.

L'université du Colorado distribuera les données fournies par l'instrument VBSDC à de nombreuses écoles et universités, permettant ainsi à deux décennies d'étudiants à venir de travailler sur le projet.