Crédit d'image: NASA
En écologie, un pionnier est une «espèce s'établissant dans un environnement auparavant stérile». Parmi les êtres humains, les pionniers «s'installent en territoire inconnu ou non réclamé». Parmi les astrophiles, Pioneer a été notre premier effort pour sonder le système solaire. Mais il semble que les efforts pionniers de la NASA aient désormais moins progressé vers les étoiles que prévu et la question est "Pourquoi?".
Lorsque la NASA conçoit une mission, des hypothèses sont faites sur l'environnement d'exploitation de l'engin. Au départ, la NASA avait de sérieuses inquiétudes concernant l'envoi des deux sondes Pioneer à travers la ceinture d'astéroïdes - après tout, toutes ces grandes pourraient être rejointes par beaucoup de petits!
Pendant ce temps, la NASA doit planifier une trajectoire de vol pour amener le vaisseau là où il va. Selon l'itinéraire, la charge utile de la mission et d'autres exigences, une poussée suffisante doit être fournie pour fournir la portance nécessaire. Le gros facteur affectant la poussée est la gravité - plus vous en avez, plus vous avez besoin de poussée.
L'une des choses ingénieuses concernant les Pioneer 10 et 11 a été le choix de la NASA d'équiper la paire de communications bidirectionnelles sensibles aux changements Doppler. Sur la base des changements de fréquence, la NASA pourrait déterminer la vitesse de l'engin par rapport aux stations de réception sur Terre. En utilisant ces données, la NASA pourrait ajuster les propulseurs pour affiner les trajectoires des sondes vers leurs objectifs. (Les deux vaisseaux ont survolé Jupiter tandis que Pioneer 11 a fait un passage près de Saturne.)
Tant que les sondes avaient du carburant, les contrôleurs de mission pouvaient ajuster les vitesses et les trajectoires. Mais une fois en panne de carburant, la paire ne pouvait progresser que sur la base de l'inertie et de l'élan de fronde fournis par un géant du gaz.
C'est pendant le vol inertiel que des anomalies ont commencé à apparaître dans les mouvements des deux engins. Les décalages Doppler ont montré une décélération inattendue juste à l'extérieur de l'orbite d'Uranus. À une vingtaine de distances Terre-Soleil (unités astronomiques - UA), la NASA a commencé à observer un «décalage vers le bleu» dans les transmissions par sonde. La paire a continué à "chanter le blues" tout en dépassant l'orbite de Neptune 10 UA plus tard. Aujourd'hui, les sondes sont en deçà de leur emplacement prévu d'une distance supérieure à la Terre vers la Lune…
Les spéculations sur la cause du décalage bleu abondent. Les Pioneer 10 et 11 eux-mêmes ont longtemps été exclus comme source. La plupart des réflexions citent une augmentation inattendue de l'attraction gravitationnelle vers le Soleil. Lors de la transmission de signaux vers la Terre, les faisceaux électromagnétiques de l'engin «tombent» plus loin dans le puits de gravité du système solaire et ce puits est en quelque sorte «plus raide» qu'on ne le pensait. Aujourd'hui, la paire n'est pas aussi avancée dans son voyage à l'étranger que prévu.
La question est: "Quelle est la source de l'augmentation inattendue de la gravité affectant les sondes?". Une réponse réside dans la «matière noire». Étrangement, un autre réside dans «l'énergie sombre» - la force opposée à la gravité dans l'Univers. Un troisième est dans le domaine de la "théorie des cordes" (deux "branes" locales - l'équivalent des "plaques tectoniques" locales à n dimensions - peuvent se croiser dans notre système). Une théorie concerne la «traction gravitationnelle arrière» (du côté opposé du système solaire en face de chaque sonde). Il est également possible que la paire connaisse des «moments quadripolaires solaires» ou soit ralentie par un matériau inattendu dans la ceinture de Kuiper à l'extérieur d'Uranus.
Mais quand il s’agit de trier les auteurs, nous pouvons généralement suivre les conseils de l’inspecteur Louie dans le film Casablanca: «Rassemblez les suspects habituels».
Les deux sondes sont maintenant à plus de 70 UA du Soleil - mais toujours dans la ceinture de Kuiper du système solaire. Leur schéma de décélération suggère que la source de l'anomalie est répandue et constante. Dans un article du 15 mars 2005 intitulé «Anomalie des pionniers: traction gravitationnelle due à la ceinture de Kuiper». Jose A. Diego et d'autres enquêteurs de l'Institut d'astronomie de l'Université nationale autonome du Mexique écrivent: «… il n'est pas nécessaire d'invoquer toutes les forces obscures de l'Univers au début, essayez d'abord d'expliquer ce phénomène avec des informations locales, quotidiennes la physique et si cela ne suffit pas, utilisez des machines lourdes. "
Et la physique de tous les jours? Pourquoi la ceinture Kuiper bien sûr! Mais pas exactement la même vieille ceinture Kuiper. Pour Jose et al, la ceinture de Kuiper commence maintenant à 10AU près du Soleil - juste à l'extérieur de l'orbite d'Uranus - et a une épaisseur de 1 UA. La ceinture de Kuiper de l'équipe a gagné près de deux fois celle de la Terre - un peu moins de dix fois à l'origine. De plus, cette masse est biaisée vers l'orbite d'Uranus. L'augmentation de la masse provient du fait que les estimations originales de la masse totale de la ceinture de Kuiper étaient basées sur de petites tailles de particules. En incluant des glaces de plus grande taille - ainsi que des gaz dans sa composition, le groupe estime que suffisamment de masse peut être prise en compte pour expliquer pourquoi les sondes ont ralenti et les signaux porteurs décalés.
L’équipe poursuit: «… il est important de souligner que la ceinture affecterait également l’orbite de Neptune…». En fait, toute augmentation de masse dans la ceinture de Kuiper entraînerait une spirale de Neptune légèrement plus proche du Soleil. L'équipe estime que le centre de masse de la planète se déplacerait de 1,62 kilomètre à chaque révolution complète de 164,8 années terranes.
"La distribution de la densité radiale de la masse nécessaire pour expliquer l'accélération constante vers le Soleil mesurée par les vaisseaux spatiaux Pioneer peut être expliquée par des modèles de formation du système solaire." écrit l'équipe. Pour expliquer la plus grande concentration de masse autour de l'orbite d'Uranus, ils décrivent «un transport de matière vers l'intérieur» vers l'orbite d'Uranus au fil du temps.
Une autre source potentielle de ralentissement inattendu est la traînée sur l'engin causée par un flux constant de particules à l'intérieur de la ceinture. Dans ce scénario, la ceinture de Kuiper aurait également plus de matière qu'on ne le pensait à l'origine, mais ce matériau serait réparti uniformément (pour tenir compte de la perte constante observée dans l'élan de chaque sonde).
Quelle que soit la source ultime de la décélération de la sonde, il n'y a aucune crainte que - comme ses trois premiers prédécesseurs - la paire s'inverse et brûle dans n'importe quelle atmosphère près de nous. Ces deux pionniers sont toujours destinés à «s'installer en territoire inconnu ou non réclamé» en tant que premiers émissaires de l'humanité vers les étoiles.
Écrit par Jeff Barbour
