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Voyager 1, aux frontières de l’inconnu

  • Posté le : Lundi 29 Juillet 2013
  • |
  • par : C. Dumas

La sonde spatiale américaine, qui file à 18 milliards de kilomètres de chez nous, aurait bel et bien quitté la sphère d’influence du Soleil et plongé dans le milieu interstellaire. Une première. Et une grande inconnue.

709991main SH© NASA/JPL-Caltech

35 ans après son lancement, la sonde spatiale Voyager 1 est sous haute surveillance. Et pour cause : “C’est la première fois qu’une sonde spatiale est en passe de sortir du gaz solaire !", s’enthousiasme Rosine Lallement, astrophysicienne à l’Observatoire de Paris-Meudon. Après une première mission réussie d’exploration des planètes du système solaire (voir encadré), Voyager 1 et sa jumelle Voyager 2, lancées de Cap Canaveral il y a 35 ans, s’aventurent désormais à la frontière qui sépare l’immense bulle soufflée par le Soleil du milieu interstellaire. 

"Le Soleil émet en permanence dans toutes les directions un gaz, le vent solaire, explique Roseline Lallement. Il souffle à 400 km/s et baigne toutes les planètes et tous les corps en orbite autour de lui. Ce gaz forme une énorme bulle, l’héliosphère, et c’est à la limite de cette bulle que se trouve maintenant la sonde Voyager 1, très loin de tout corps solide du système solaire !" 


Une nouvelle frontière difficile à localiser

524726main pia13892© NASA/JPL-Caltech

Cette frontière entre la sphère d’influence solaire et le milieu interstellaire est située entre 13 et 22 milliards de kilomètres du Soleil. Voyager 1 est aujourd’hui à 18 milliards de kilomètres du Soleil et les messages qu’il nous envoie mettent 17 heures à parvenir jusqu’à la terre. Voyager 2 est à 15 milliards de kilomètres. En août 2012, un signe faisait dire à certains astrophysiciens que Voyager 1 avait franchi cette frontière – l’héliopause. Cependant, en décembre de la même année, les scientifiques de la mission ont  préféré parler d'une « nouvelle zone » encore inconnue.. "Ils ont été prudents", analysait alors Rosine Lallement, avec une pointe de déception. Il a fallu attendre près d'un an, en septembre 2013, avec une série d'articles publiés dans la revue Science, pour que les mêmes concluent que, finalement, Voyager 1 aurait bien franchi l'héliopause.

Que sait-on exactement de cette région où l’influence du vent solaire est contrée par celle du gaz galactique et des rayons cosmiques, particules principalement issues des explosions d’étoiles géantes (les supernovae) ? "Imaginez un tuyau d’arrosage plongé dans une rivière, explique Rosine Lallement. A contre-courant : le jet d’eau qui sort du tuyau subit le flot inverse et, à un moment donné, il est repoussé par l’eau de la rivière, il reflue sur les côtés. C’est ce qui se passe entre les vents solaires - l’eau du tuyau - et les gaz de la galaxie - la rivière. "

Cette rencontre produit un premier choc lorsque le vent solaire qui souffle à une vitesse supersonique est brusquement ralenti et passe à une vitesse subsonique. Cette zone de décélération, les sondes Voyager l’ont déjà traversée, en 2004 pour Voyager 1 et 2007 pour Voyager 2. “C’était la première preuve directe de l’existence de quelque chose qui freine les vents solaires, sinon ils poursuivraient leur expansion à l’infini ”, précise Eric Quémerais, chercheur au LATMOS (Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales, CNRS/UVSQ/UPMC).

6bg© NASALes sondes n’étaient pas pour autant sorties du système solaire, loin de là. Elles restaient dans la zone d’influence du Soleil, où les particules solaires, même si elles sont ralenties, sont dominantes, et où la direction et l’intensité du champ magnétique sont dictées par le vent solaire.

Cependant, depuis le début de l’année 2012, les choses s’accélèrent. " Désormais, la plupart des observations montrent que Voyager 1 est bien sortie du vent solaire ", souligne Rosine Lallement. " Toutes, sauf une ". 

Le vent solaire est quasiment tombé à vitesse zéro. Autre indice en faveur d’une sortie : la densité de particules énergétiques issues du vent solaire est elle aussi quasi nulle, alors que la quantité des rayons cosmiques a fortement augmenté. "Très turbulent, le champ magnétique s’est récemment calmé, comme on peut s’y attendre en quittant le champ magnétique d’une étoile pour celui d’un milieu interstellaire ", poursuit Rosine Lallement. Il manque pourtant un indice crucial : le champ magnétique n’a pas changé de direction, contrairement à ce que les modèles prévoient au moment où la sonde franchit l’héliopause. 

Cette donnée, "C’est le juge de paix", pour décider de la sortie, estime Eric Quémerais. "La frontière est sans doute un milieu assez turbulent, une frontière mouvante, explique le physicien. On ne passe pas de l’un à l’autre en un jour”. L'autre donnée déterminante est la densité du gaz environnant la sonde (le plasma). Mais l'instrument de Voyager qui la mesure ne fonctionne plus. Les chercheurs ont réussi ces derniers mois à la déduire à partir d'autres signaux et c'est ainsi qu'ils estiment finalement que l'héliopause a été franchie. La densité du gaz a fait un bond : c'est ce qui est attendu en passant dans le milieu interstellaire.


Un message pour les extraterrestres

disc© NASA

Que va-t-il se passer une fois franchie cette limite? Rien de spectaculaire ou de traumatique pour la sonde spatiale. “Finalement, c’est un environnement assez proche de celui dans lequel la sonde baigne déjà, qu’elle devrait rencontrer en passant dans le milieu interstellaire, on ne s’attend pas à des effets directs sur la sonde”, explique Eric Quémerais. En revanche, pour les astrophysiciens, le résultat attendu est majeur : ce sera la première mesure directe du gaz interstellaire, de sa densité, de l’intensité et de la direction de son champ magnétique.

Les sondes Voyager devraient communiquer avec la Terre jusqu’en 2020 ou 2025. Au-delà, les isotopes de plutonium qui alimentent leurs instruments seront épuisés. Mais les sondes continueront sur leur lancée à travers la galaxie.  Et, qui sait, elles rencontreront peut-être une intelligence extraterrestre. 

C’est une éventualité qui a été sérieusement envisagée puisque les deux sondes sont porteuses d’un message pour une autre civilisation, sous forme d’un disque (“golden record”) dont le mode d’emploi est gravé en langage symbolique sur le couvercle. Les sondes Voyager croiseront leur première étoile, et de possibles planètes habitées, dans 40 000 ans... 


Une mission planétaire qui devient ... interstellaire

En août et en septembre 1977, lorsque les sondes Voyager ont été lancées par la Nasa, personne n’imaginait qu’elles atteindraient la frontière de l’héliosphère. Et pour cause : les caractéristiques de cette bulle de gaz solaire étaient mal connues. La mission première de Voyager 1 et Voyager 2 était d’explorer les planètes Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, ce qu’elles firent avec brio, révélant la richesse du système des anneaux de Saturne, la lune Titan et ses lacs d’hydrocarbures, ou encore les volcans actifs de Io, lune de Jupiter.

Cette mission s’est achevée en 1989 avec le dernier survol de Neptune par Voyager 2. C’est alors qu’une nouvelle mission interstellaire a été lancée par la Nasa. " On savait que les sondes continueraient leur chemin dans le système solaire au-delà des planètes mais on ignorait quelle était la forme de l’héliosphère, ou à quelle distance se trouvait l’héliopause”, explique Rosine Lallement. “Ce n’est qu’au tournant des années 80 et 90 que l’on a vraiment compris que l’héliosphère avait cette forme allongée à cause du déplacement du Soleil dans le nuage galactique, à la vitesse de 25 km/s, comme la chevelure d’une passagère à moto est étirée vers l’arrière".

Par chance, les sondes Voyager se dirigeaient vers le front de la bulle, là où elle est comprimée par les gaz interstellaires. C’est la zone la plus proche à atteindre ! De l’autre côté la bulle s’étire très loin, comme de longs cheveux dans le vent.

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