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André
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 Posté le: Mar 23 Jan 2007 1:39 am Sujet du message: Anomalie Pioneer 10 et 11? |
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Salut a tous
Anomalie Pioneer 10 et 11
S'agit-il d'une découverte capitale ?
Partis pour découvrir Jupiter et Saturne et actuellement aux confins du Système solaire, les sondes Pioneer 10 et 11 subissent , depuis plus de 20 ans, une légère modification de l'orbite qui intriguent planétologues et physiciens. 
Les données transmissent par les sondes Pioneer indiquent une erreur radiale apparente et constante entre les effets Doppler prévus et réels. Cela semble indiquer une attirance possible de ~ 8,74 (±1,33).10-8cm.s-2 vers le Soleil pour les deux sondes, bien qu'elle soit à l'opposé l'une de l'autre.
Cela signifie qu'au cours de leur course vers les frontières du Système solaire, une force anormale attire les sondes vers le Soleil provoquant leur ralentissement.
L'aventure Pioneer 10 et 11
http://spaceprojects.arc.nasa.gov/Space_Projects/pioneer/PNhome.html
L'exploration des planètes géantes a débuté par les missions Pioneer 10 et 11. Ces sondes sont les membres d'une série qui en compta 8, orchestrée par le Pioneer Project Office de la NASA et le Ames Research Center.
Une tentative de la dernière chance, en novembre 2001, a permis aux contrôleurs de vol du JPL d'avoir un contact avec la sonde Pioneer 10 qui se trouvait à 11,654 milliards de km (77,693 UA).
Elle file à 50 000 km/h. Officiellement les liaisons furent interrompues le 31 mars 1997, faute de crédits supplémentaires. Mais ceci constitue tout de même un test pour les techniciens qui se familiarisent avec la détection d'objets lointains.
Le signal avait mis, pour faire l'aller-retour: 21h45mn. En effet un signal est envoyé vers la sonde, auquel elle répond, pour garder les quelques watts qui lui restent. L'électricité est fournie par un générateur à base de plutonium 238, dont la durée à mi-vie est de 92 ans.
Mais les thermocouples convertissant la chaleur en électricité se dégradent rapidement. Soyons réalistes, la sonde ne fut conçue que pour une durée de vie de 21 mois. Au bout de 30 ans, il faut être indulgent.
C'est le 23 janvier 2003 que le vaisseau spatial Pionnier 10 a envoyé un dernier signal, très faible vers la Terre. Les ingénieurs de la NASA pensent que les jonctions des thermocouples de la sonde sont détériorés et il n'y a plus assez de puissance pour envoyer des informations supplémentaires vers la Terre.
Le réseau de surveillance de l'espace lointain DSN (Deep Space Network) n'a plus reçu de signaux depuis le 7 février 2003. Les trois contacts précédents, y compris celui du 23 janvier, étaient très faibles et sans télémétrie.
C'est le 27 avril 2002 que Pioneer 10 envoya pour la dernière fois des signaux de télémétrie. Aucun autre contact ne fut tenté.
Le réseau de surveillance DSN dispose de 3 antennes: Goldstone en Californie, Canberra en Australie et Madrid en Espagne. Elles sont affectées aux missions plus importantes, en cours:
Stardust, Cassini et Ulysse, entre autres.... Mais de temps à autre les techniciens se servent de Pioneer 10 comme d'une balise pour former de nouveaux personnels.
Pioneer 10 fut lancée le 2 mars 1972 et Pioneer 11 le 5 avril 1973. Toutes les deux avaient pour mission principal de nous faire découvrir le milieu spatial au-delà de l'orbite de Mars et Jupiter pour Pioneer 10 et en plus pour Pioneer 11, Saturne.
La sonde Pioneer 10 fut connue pendant la majeure partie de sa mission comme l'objet le plus lointain jamais construit par l'homme. La sonde est maintenant à plus de 13 milliards de km (2004) de nous. Le 17 février 1998, Voyager 1 dépassa Pioneer 10 à 69,4 UA. Par la suite, l'écart s'accrut de 1,02 UA par an.
http://astro.ysc.go.jp/pioneer10-galaxy.jpg
L'Atlas/Centaur/TE364-4 éjecta Pioneer 10 à une vitesse de 14,3 km/s, ce qui en fit l'engin le plus rapide au départ de l'orbite terrestre. A cette vitesse, la sonde a atteint la Lune en 11 heures et l'orbite de Mars, à 80 millions de km, en 12 semaines.
Le 15 juillet 1972, Pioneer 10 fut la première sonde à entrer dans la ceinture des astéroïdes (largeur 280 millions de km et épaisseur 80 millions de km) qu'elle traversa sans encombre à la vitesse de 20 km/s. A l'approche de Jupiter elle fut accélérée à 36 km/s, par réaction de gravitation et passa, le 3 décembre 1973 à la vitesse de 132 000 km/h, à 130 354 km au-dessus des nuages.
Pioneer 10 transmis les premières images de Jupiter et de ses satellites lors de ce survol et fit des mesures de la magnétosphère, des ceintures de radiations, du champ magnétique, de l'atmosphère et de l'intérieur de la planète géante.
Les mesures du rayonnement furent cruciales pour les sondes Voyager et Galiléo. Cet événement historique de la première approche de Jupiter ouvrit la voie pour l'exploration du Système solaire supérieur, permettant aux sondes Voyager de nous faire découvrir les mondes lointains que sont Saturne, Uranus et Neptune, à Ulysse de quitter l'écliptique pour survoler les pôles du Soleil, sans oublier Galiléo qui nous transmit les premières images du monde jovien et Cassini-Huygens qui nous fit découvrir le monde de Saturne.
Pioneer 10 découvrit que Jupiter était principalement une planète liquide. En 1983, la sonde devint le premier engin fabriqué par l'homme à atteindre l'orbite de Pluton.
Pioneer 10 a fait des recherches scientifiques très importantes dans les régions externes de notre Système solaire jusqu' à la fin de sa mission scientifique le 31 mars 1997 en étudiant le vent solaire et les rayons cosmiques. En février 1996, elle était à 9,5 milliards de km du Soleil.
A cette distance le signal mettait 8,5 h pour nous atteindre (à 300 000 km/s). Son faible signal continua à être traqué par le DSN et contribua à étudier des concepts pour les communications radio à très grande distance des futures missions interplanétaires.
Le signal reçu sur Terre est si faible, qu'il est tombé sous le seuil de détection lors de la dernière tentative du 7 février 2003. Pioneer 10 continue silencieusement son voyage intersidéral en direction de l'étoile Ross 248 (Taureau) à 10 al et de l'étoile Aldébaran, qui constitue l'oeil du Taureau (constellation du Taureau).
Aldébaran se trouve à 68 al de nous et la sonde mettra 2 millions d'années (20 000 siècles) à la vitesse de 43 000 km/h pour arriver dans sa banlieue.
Avec une vitesse relative par rapport au Soleil de 12,224 km.s-1, Pioneer 10 parcourt environ 390 millions de km par an, soit un peu plus de 1 million de kilomètres par jour. Mais après presque 30 années de voyage interplanétaire, le 25 février 2003, Pioneer 10 n'était qu'à 82,19 UA ou 12,21 milliards de km de la Terre soit, pour les transmissions radio, un aller-retour en 22h38mn (heures-lumière).
Imaginez un instant que la vitesse de transmission soit dans le même rapport et qu'après avoir tapé une lettre sur le clavier de votre ordinateur, elle n'apparaisse que le lendemain sur l'écran.
Le 21 Juillet 2004 Pioneer 10 se trouvait à 85,95 UA du Soleil et à 12,93 milliards de km de la Terre. Sa vitesse relative au Soleil était de 12,182 km/s et le signal radio mettait près de 12h02mn pour faire le trajet aller.
http://history.nasa.gov/SP-349/ch3.htm
Pioneer 11
http://history.nasa.gov/SP-349/p46.jpg
Pioneer 11 fut lancé le 5 avril 1973, un an après Pioneer 10, au sommet d'une Atlas-Centaur/TE364-4. Après avoir dépassé la ceinture des astéroïdes le 19 avril 1973, Pioneer 11 alluma son moteur pour corriger sa vitesse de 63,7 m/s, permettant à la sonde de passer à 43 000 km au-dessus des nuages de Jupiter, le 2 décembre 1974.
La réaction de gravitation, engendrée par la planète géante, permit d'accroître la vitesse à 173 000 km/h pour l'emporter vers Saturne à environ 2,4 milliards de kilomètres, qu'elle atteignit le 1 septembre 1979. Lors du survol de Jupiter, Pioneer 11 obtint les premières images spectaculaires de la Tâche Rouge, observa pour la première fois les pôles et détermina la masse de Callisto.
Après un looping autour de l'écliptique, le survol de Saturne eut lieu à 20 930 km et pour la première fois de splendides images rapprochées de Saturne et de ses anneaux furent obtenues. Pioneer 11 passa à 3 500 km du bord extérieur de l'anneau A. Elle traversa les anneaux permettant aux sondes Voyager et Cassini de répéter l'exploit.
De nouveaux satellites et anneaux furent découverts à cette occasion. Une cartographie du champ magnétique fut établie, la taille de Titan déterminée, ainsi que sa température trop basse pour abriter la vie. Pourtant à la distance de Saturne, le taux d'informations transmises fut réduit de 1 024 bits/s, près de Jupiter, à 256 bits/s.
Cette diminution affectera la qualité des images dans un rapport de ½ à ¼ de celles de Jupiter. Après Saturne, Pioneer 11 continua sa course vers les régions externes du Système solaire en étudiant le vent solaire et les rayons cosmiques. Elle est aussi loin que Pioneer 10, mais dans une direction opposée. Sa mission prit fin le 30 septembre 1995 avec la dernière transmission reçue à cause d'un problème de commutateur. Pioneer 11 était alors à 6,5 milliards de km de la Terre.
A cette distance le signal mettait 6,5 h pour nous atteindre à la vitesse de la lumière. Pioneer 11 ne pouvait plus faire d'observations scientifiques et les missions de routine furent terminées. Il n'y a plus de communication depuis novembre 1995.
Le déplacement orbital de la Terre a dépointé l'antenne de la sonde et faute d'alimentation, aucune manoeuvre ne pouvait être télécommandée pour la réorienter. Depuis personne ne sait si la sonde continue à émettre.
Faute de moyens financiers, aucune poursuite n'est envisagée. Aujourd'hui elle voyage silencieusement à ~12 kms-1. Pioneer 11 se dirige dans la constellation de l'Aigle, au Nord-Ouest du Sagittaire, vers une étoile qu'elle atteindra dans 4 millions d'années.
Pioneer 10 voyage à l'opposé de Pioneer 11. Pioneer 11 passa, le 2 décembre 1974, à 43 000 km de Jupiter et la réaction de gravitation fut plus forte donnant à l'engin la vitesse fantastique de 48 km/s (173 000 km/h), qui l'envoya sur une orbite croissant Saturne le 1 septembre 1979, à 24 000 km. La fin des communications eut lieu en nov 95.
http://science.nasa.gov/headlines/images/pioneer10/bubble_med.gif
L'imagerie des sondes Pioneer a apporté son quota de découvertes, mais vite surpassée par celle des sondes Voyager. Déjà en route depuis 2 ans, lorsque Pioneer 11 atteignit Saturne, elles sont plus sophistiquées et plus automatisées que les sondes Pioneer.
D'une masse de 815 kg, elles se présentent sous la forme d'un corps central, où sont fixés une antenne radio de 3,7 m de diamètre et trois bras porteurs d'un générateur nucléaire radio-isotopique de 400 watts. Les sondes transportent, tout comme les sondes Pioneer, 11 instruments de mesure et de télédétection pour étudier planètes et satellites.
Les communications s'effectuent toujours antenne pointée vers la Terre, obligeant les sondes à pivoter pour prendre des images, puis pour se diriger vers la Terre. Les émetteurs ont une puissance de 23 watts et peuvent transmettre des informations au-delà du milliard de kilomètres grâce aux puissantes stations de réception sur Terre du réseau DSN.
Caractéristiques des Pioneer 10 et 11
Longueur hors-tout: 2,9 m, Largeur max: 2,7 m, Masse: 270 kg.
Les 2 sondes transportaient 11 instruments.
http://history.nasa.gov/SP-349/p42.jpg
Un système automatique, connu sous le nom de CONSCAN, est employé pour maintenir l'axe de rotation de la sonde vers la Terre. Il se base sur un léger décentrage de cet axe pour produire une oscillation quand l'antenne ne se dirige pas exactement vers la Terre.
Le calculateur dirige alors le vaisseau spatial de sorte que les dérives d'antenne passent par un point optimum en agissant sur les 6 tuyères à hydrazine.
http://history.nasa.gov/SP-349/p45.jpg
Les sondes Pioneer sont stabilisées par spin en tournant, autour de l'axe de rotation qui passe par le centre de l'antenne parabolique, à raison de 4,28 tours/min .
Si une personne était assise à l'intérieur de la sonde, regardant à travers un trou au centre de la parabole avec un télescope, elle verrait le Soleil dériver très lentement vers la gauche.
L'orbite de la Terre décrirait une ellipse très étroite (l'orbite est vue presque au bord) autour du Soleil. En juillet, la Terre est proche du bord droit de l'ellipse et 6 mois plus tard elle se trouve sur le bord gauche. L'angle avec le vaisseau spatial entre le bord gauche de l'ellipse et le bord droit est inférieur à 2 degrés. Afin de communiquer avec la sonde, la Terre doit être à moins de 0,8 degrés de l'axe de l'antenne.
Puisque l'angle sonde-Terre peut se déplacer de presque 2 degrés, le vaisseau spatial doit pouvoir être redirigé vers la Terre environ deux fois par an. La sonde compense cette précession grâce au "CONSCAN (CONical SCAN ou balayage conique).
Le signal transmis par radio depuis une antenne terrestre est focalisé et renvoyé par l'antenne parabolique vers un petit récepteur du vaisseau spatial. Pendant une manoeuvre du CONSCAN, le récepteur est physiquement déplacé de 20 cm.
Une commande au sol allume un réchauffeur situé à l'intérieur d'un soufflet rempli de fréon liquide. Lorsque le fréon entre en ébullition, le soufflet augmente de volume et déplace un piston et une came, fixés au support, contre une butée mécanique.
Un commutateur allume ou éteint le réchauffeur pour garder une position excentrée. Avec ce décalage, le signal radio de la station terrestre est vu par le récepteur du vaisseau spatial comme changeant sinusoïdalement d'amplitude (modulation d'amplitude).
Ce signal d'erreur contient l'information d'amplitude et de phase de l'angle entre l'axe de rotation de la sonde et la Terre et la direction à la Terre pendant le cycle de rotation.
L'amplitude minimale se produit pendant le cycle de rotation quand l'antenne se dirige vers la Terre, tandis que le maximum se produit quand le plan de l'antenne se situe à 90° de la Terre.
La fréquence de la modulation est égale au taux de rotation de la sonde (4,28 t/mn). Le signal d'erreur est traité à bord pour calculer les conditions de synchronisation permettant d'allumer les moteurs de correction à l'instant approprié dans le cycle pour diriger l'axe de rotation vers la Terre.
Le calculateur du Conscan moyenne la modulation sur deux révolutions de la sonde Pioneer. A la 3e révolution, il ordonne à 2 moteurs d'hydrazine (montés à 180° sur un bord de l'antenne parabolique) la mise à feu par des courtes impulsions de 31,2 ms.
Ceci déplace l'axe de rotation du vaisseau spatial par petits sauts vers la valeur d'amplitude minimale de l'axe sonde-Terre. Ce processus est répété toutes les trois révolutions, réduisant à chaque fois l'erreur angulaire de pointage et de l'amplitude de modulation.
Quand l'angle de pointage est à moins de 0,3 degré de l'axe, le calculateur termine la manoeuvre automatiquement, typiquement au bout de 20 à 30 impulsions. Une commande est alors envoyée pour arrêter le réchauffeur, le fréon se recondense et repositionne à nouveau le mécanisme en position normale. La manoeuvre est terminée.
Rôle du spin
Les données scientifiques rassemblées par Pioneer 10/11 ont rapporté des informations uniques sur la région externe du Système solaire. Au lancement les sondes Pioneer avaient un spin qui allait approximativement de 4,28 à 7,8 t/mn, avec l'axe passant par le centre des antennes.
A grande distance, la stabilisation implique un certain nombre de réajustements. Ceci permet des évaluations précises d'une accélération voisine 10-8 cm.s-2 (mesure précise moyennée sur 5 jours).
A l'inverse, un vaisseau spatial stabilisé 3 axes, comme les sondes Voyager, n'est pas bien adapté à une expérience précise de mécanique céleste car les nombreuses manoeuvres de contrôle d'attitude peuvent dégrader le signal perturbant d'une petite accélération externe à la sonde.
Le signal radio utilisé par le DSN pour communiquer avec la sonde spatiale, est en polarisation circulaire. Lorsque ces signaux sont réfléchis par l'antenne tournante de l'engin spatial, un décalage Doppler est introduit en fonction du taux de rotation.
Chaque révolution de la sonde introduit un décalage de phase aux liaisons montantes et descendantes. La liaison montante est multipliée à chaque tour par un rapport voisin de 240/221 donnant un décalage égale à 1+240/221 à chaque cycle.
Ce sont les rotations des sondes pendant des intervalles de données qui ont déterminé la valeur d'aP (anomalie Pioneer).
Puisque tous les changements de rotation du vaisseau spatial doivent être associés à son couple ( par manque d'un mécanisme externe plausible, les chercheurs pensent qu'il est produit intérieurement), il y a également la possibilité d'une force de translation, produite elle aussi intérieurement, reliée le long de l'axe de rotation.
Il est donc important de comprendre les effets des rotations par rapport à l'anomalie d'accélération (voir anomalie Pioneer §12 et suivants).
Evolution du spin de Pioneer 10 de 1987 à 1995.
Les lignes verticales indiquent les moments où furent effectuées les manoeuvres de précession. Voir le processus de mesures p11 sur arXiv:gr-qc/0104064 v5 10 Mar 2005.
Les données finales furent obtenues au moment des manoeuvres, la dernière en 1995.
Evolution du spin de Pioneer 11de 1987 à 1991
Les lignes verticales indiquent les moments où furent effectuées les manoeuvres de précession. La calibration de la rotation fut effectuée par le DSN jusqu'au 17 juillet 1990.
C'est à cette date qu'elles cessèrent. De 1990 jusqu'à la perte de cohérence Doppler, les analyses de l'orbite furent estimées du taux de rotation.
Il est important de comprendre les effets des anomalies de rotation par rapport à l'anomalie Pioneer. Les figures, ci-dessus, représentent l'évolution du spin des 2 sondes durant les périodes d'analyses.
En considérant la sonde Pioneer 10 en détail, dans la première période, il y a un ralentissement avec une pente décroissante moyenne d'environ - 0,0181 ±0,000 1 tours/an. En fait, une valeur précise, après la mi-1993, n'est pas bien déterminée sur le long terme.
Mais à partir de ce qui a était mesuré, il y a une première transition à court terme sur une année où le taux de rotation change ~ - 0,016 t/an. Puis les choses s'établissent à la baisse à un taux de ~ - 0,0073 ± 0,0015 t/an, ce qui est faible et inférieur à l'intervalle. Les effets des manoeuvres sur les valeurs aP peut permettre une estimation sur les fuites de gaz systématiques (voir arXiv:gr-qc/0104064 v5 10 Mar 2005 p36 §F).
Cependant, dans les périodes étudiées, seules les manoeuvres d'orientation furent effectuées, il n'y a pas eu de corrections de trajectoire. Au lancement de Pioneer 11, le 5 avril 1973, le spin était de 4,845 s.
Une correction de précession le 18 mai 1973 réduisit la période de rotation a 4,78 s. Puis, à la suite de manoeuvres de précession, la période fut allongée pour atteindre 5,045 s au voisinage de Jupiter en décembre 1974. Le spin resta constant jusqu'au 18 décembre 1976, date à laquelle une correction de trajectoire plaça la sonde sur la route de Saturne.
Avant cette manoeuvre, la période était de 5,455 s pour s'élever après, à 7,658 s. Lors de la rencontre avec Saturne en décembre 1979, la période passa à 7,644 s, un petit changement, 3 années après le passage en mode croisière. Il faut noter que lorsque la période diminue, cela signifie que la rotation s'accroît. D'autre part, pour la vitesse de rotation c'est l'inverse de la période. Ainsi 7s = 0,142 857 142 857 t/s soit 4 505 142,857 12 t/an.
Au début des mesures, le 5 janvier 1987, la période était de 7,321 s pour être à la fin, en octobre 1990, de 7,238 s. Bien que l'ajustement linéaire du taux de rotation de Pioneer 11 représenté sur la figure de droite soit semblable à celui de Pioneer 10 dans la première partie, ~ - 0,023 4 ± 0,000 3 t/an, la cause semble être différente.
Souvenons nous que bien que les sondes sont identiques, il peut subsister de légères différences, par exemple de poids et de performances, à cause des tolérances. Un engin ne peut pas être rigoureusement semblable à son jumeau. Contrairement à Pioneer 10, la rotation de Pioneer 11 fut affecté au moment des manoeuvres de précession.
On voit que lors des manoeuvres la période de rotation diminue très rapidement, tandis qu'entre des manoeuvres la vitesse de rotation tend à s'accroître de ~ 0,007 3 ± 0,000 3 t/an (peut-être à cause des fuites de gaz dans la direction opposée). Nous nous rendons compte, à la vue de ces quelques chiffres, de la difficulté des mesures à cause de la précision à obtenir. Celle-ci nécessite de mesurer des milliardièmes de tour.
La génération de puissance des Pioneer est faite à partir de 4 SNAP-19, générateurs thermoélectriques à radio-isotope (RTG) délivrant chacun 40 W, soit 160 W au total, au lancement. La puissance totale disponible n'était plus que de 100 W dans les parages de Saturne.
La chaleur produite à partir de la dégénérescence des isotopes du plutonium 238 est convertie en électricité à partir de thermocouples. Le rendement électrique dépend de la température de la jonction chaude, du circuit thermique des ailettes du radiateur et de la température de la jonction froide.
C'est la dégradation des jonctions thermiques qui est le facteur dégradant de la puissance de sortie du générateur. Les 30 années de durée de vie des sondes Pioneer 10 et 11 comptent peu pour une durée de 92 ans représentant la mi-vie des isotopes et agit très peu sur la durée de vie du RTG.
La chaleur dégagée ne pourra pas être convertie en électricité à cause de la dégradation des jonctions. L'absence d'électricité provoquera l'arrêt de l'émetteur et la baisse de température interne qui était contrôlée entre - 23°C et + 38°C.
Transmissions
http://history.nasa.gov/SP-349/ch3.htm
Les communications furent maintenues via l'antenne omnidirectionnelle et l'antenne de gain intermédiaire lesquelles ont fonctionné ensemble, l'une sur un récepteur et l'autre sur un autre. Ces récepteurs ont pu être échangés par télécommande fournissant une certaine redondance. Deux émetteurs récepteurs radio couplés à deux guides d'ondes et des tubes amplificateurs émettaient 8W à 2 292 MHz chacun.
La voie "aller" était calée sur 2 110 MHz et la voie "retour" sur 2 292 MHz. Les transmissions se sont effectuées, par l'intermédiaire de l'antenne à grand gain de 2,74 m de diamètre et un taux de transmissions, au voisinage de Jupiter, de 2 048 bits/seconde. Ce taux est tombé à 16 bits à la fin de la mission. Ecouter le commentaire en anglais .
Le 13 juillet 2000, Pioneer 10 se trouvait à 11,44 milliards de km de la Terre. Le signal émis avec une puissance de 6,8 W arriva sur Terre au réseau DSN, avec un niveau de -178 dbm, soit 630 millionièmes de milliardième de milliwatt. La limite du récepteur du DSN est de -180 dbm, soit 1 milliardième de milliardième de milliwatt. Le signal s'affaiblit de 0,3 dbm/an. L'émetteur de Pioneer 11 était en panne depuis 1995.
NB: 0 dbm = puissance de 1 mW sur une impédance de 50 ohms.
Orientation
Il y a 3 senseurs de référence pour guider les 2 sondes à travers l'espace interplanétaire:
1 senseur pour l'étoile Canopus. C'est une géante de classe F0 I-II appelée alpha Carinea, elle est la seconde étoile la plus brillante après Sirius. Visible dans l'hémisphère Sud par R.A. 6h24mn, Dec. − 52°42 (2000), sa magnitude est de - 0,72. Elle se situe à 326 al selon les données d'Hipparcos.
et 2 senseurs pour le Soleil dont la direction par rapport à Canopus est bien connue.
Le contrôle d'attitude peut calculer à partir de la direction de référence Terre - Soleil, avec la direction de Canopus en sauvegarde. Les réglages du gain et du seuil du senseur de Pioneer 11 furent adaptés en tenant compte des résultats obtenus par la sonde Pioneer 10, partie un an auparavant.
Message graphique pour ET
Lorsque les vaisseaux spatiaux quitteront le Système solaire, ils emporteront un message graphique, destiné à d'hypothétiques extraterrestres, sous la forme d'un dessin gravé sur une plaque d'aluminium recouverte d'une pellicule d'or dont les dimensions sont de 229 mm sur 152 mm. Celle-ci fut fixée sur le support d'antenne à un endroit où elle est mieux protégée de l'érosion interstellaire.
http://spaceprojects.arc.nasa.gov/Space_Projects/pioneer/PNimgs/Plaque.gif
Cette plaque fut apposée sur les sondes Pioneer 10 et 11 dans l'éventualité d'une interception par des extraterrestres, dans des millions d'années. Elle a pour but de leur indiquer l'endroit et le moment du lancement. Un homme et une femme y sont représentés pour montrer l'aspect des êtres de la planète Terre. Les tailles sont données par rapport à la sonde. L'homme lève la main en signe de paix et de bienvenue.
En bas, à gauche, les lignes représentent la position de 14 pulsars par rapport à celle du Soleil. Les symboles le long de ces lignes représentent les fréquences de ces pulsars à la date du lancement de Pioneer 10.
La fréquence de l'atome d'hydrogène, le plus simple et le plus abondant dans l'univers, figurant en haut et à gauche, sert de référence. Nous trouvons 2 cercles symbolisant 2 atomes d'hydrogène au niveau de basse énergie. Il y a un lien qui les unit et le chiffre 1 pour indiquer que l'intervalle de temps lié à la transition d'un état à l'autre doit être employé comme échelle de temps fondamentale.
Les petits traits verticaux en périphérie des 2 petits cercles indiquent le spin du proton et de l'électron. Le moment de transition d'un état à l'autre est utilisé comme horloge universelle et la diminution régulière des fréquences des pulsars pourrait permettre à une civilisation avancée de déterminer le temps écoulé depuis le lancement. En bas, le Soleil et son cortège de planètes sont représentés ainsi que la trajectoire suivie par Pioneer 10.
Corrosion interstellaire
Toutes les dégradations, causées par corrosion et érosion, que Pioneer 10 a endurées, sont probablement en excès maintenant. La ceinture des astéroïdes et les conditions sévères de Jupiter avaient déjà éprouvé les sondes. Aujourd'hui, les Pioneer sont dans le vide spatiale où la densité moyenne de molécules représente le millième de milliardième du meilleur vide obtenu sur Terre.
Les scientifiques s'attendent à ce que Pioneer dure une période indéterminée, survivant probablement à la Terre. Dans 5 milliards d'années, le Soleil sera une géante rouge qui s'étendra au-delà de l'orbite terrestre et la Terre se consumera à l'intérieur.
Pendant ce temps, Pioneer voyagera silencieusement dans l'espace interstellaire. Le processus d'érosion dans l'espace interstellaire nous est entièrement inconnu, mais il est moins efficace qu'à l'intérieur du Système solaire où le taux d'érosion, causé principalement par des micrométéorites, est de l'ordre de 1 angström (0,1 nm) par an.
Ainsi une plaque gravée à une profondeur d'environ 100 µm (micromètre) devrait être le plus probablement identifiable à au moins une distance de 10 parsecs et probablement à plus de 100 parsecs (1 parsec = 3,26 al). En conséquence tout le matériel des sondes Pioneer est capable de survivre pendant une période plus longue que n'importe quel ouvrage sur Terre.
http://spaceprojects.arc.nasa.gov/Space_Projects/pioneer/PNStat.html
Voyage galactique
Pioneer 10 est à ~ 90 UA du Soleil dans la ceinture de Kuiper. La ceinture de Kuiper est une région en forme de disque où co-existent des astéroïdes et des comètes à courte période, qui s'étend jusqu'à 100 UA. Pioneer 10 aura traversé cette zone dans 5 à 10 ans (2010 à 2015).
Dans 20 000 ans, la sonde atteindra le Nuage de Oort. C'est un réservoir de 2 000 milliards de corps glacés qui entoure totalement le Système solaire en marquant sa limite à 100 000 UA.
Le passage d'étoiles à proximité perturbent ces corps glacés en les attirant vers un autre Système ou les repoussant dans le Système solaire interne où ils deviendront des comètes à longue période. Il arrive très certainement que des échanges se produisent entre ces étoiles et leurs systèmes et le Système solaire.
Dans 1 000 siècles, Pioneer 10 et Pioneer 11 quitteront définitivement le nuage d'Oort ainsi que le Système solaire. Le temps moyen pour qu'une sonde parvienne à moins de 30 UA d'une étoile est supérieur à l'âge moyen de notre Galaxie (8 à 10 milliards d'années).
Pioneer 10 et 11 resteront en orbite galactique, c'est-à-dire dans la Voie Lactée, pendant des milliards d'années. Les sondes se déplacent en "ligne droite" (compte tenu de l'influence gravitationnelle, la vraie ligne droite n'existe pas dans l'univers), depuis le Système solaire, à la vitesse de 12 km/s. Jusqu'à la distance de 309 000 AU (1,5 parsecs) soit 126 000 ans, elles resteront dans le champ gravitationnel du Soleil. Au-delà, Pioneer 10 et 11 dépendront, dans la Voie Lactée, de l'influence du champ gravitationnel des étoiles qu'elles croiseront.
Elles seront probablement toujours présentes lorsque le Soleil sera en fin de vie, dans 5 milliards d'années.
Pioneer 10 Mission Home
Etat des lieux
http://renshaw.teleinc.com/papers/prl-pi/prl-pi.stm
Les données anormales dans le signal Doppler des sondes spatiales Pionnier 10 et 11, décelées dans les années 1980 au voisinage de Saturne, ont été interprétées comme une accélération constante vers le Soleil de ~ 8,5.10-8 cm.s-2 [1], retardant la sortie du Système solaire. Détail infime comparé à la vitesse d'évasion des sondes de 12 kms-1, par rapport au Soleil. Ce ralentissement a présenté, pour Pioneer 10, après plus de 10 ans de données, une valeur quasi constante.
Les causes varieraient dans le temps, agissant dans la mauvaise direction ou seraient d'une taille trop négligeable pour produire un décalage exigeant un regard critique sur les algorithmes qui convertissent des signaux observés sur Terre, avec une inertie telle que celle du barycentre solaire. Complexes en pratique, les modifications sont conceptuellement simples.
La Terre est un système non inertiel comparé à un état stationnaire ou se déplaçant linéairement vis à vis du Soleil, avec des effets mobiles et gravitationnels de grande précision. La mesure du temps à l'aide d'un réseau d'horloge, sur Terre, est convertie en celui d'une horloge hypothétique gravitationnellement uniforme, en orbite solaire parfaitement circulaire, désignée sous le nom de TDB, (Temps Dynamique Barycentrique). Le TDB représente le décalage fixe d'une horloge hypothétique dans une référence inertielle avec un barycentre solaire, par lequel toutes les observations sont finalement transformées [2,3].
Les données reçues des sondes Pionnier 10 et 11 ou Ulysse sont transformées en TDB, puis ramenées au temps du barycentre solaire ou à un certain état défini à inertie semblable. Alors les données apparaissent comme si les récepteurs étaient dans la référence du barycentre solaire. Les données sont comparées au signal reçu en bande S (13 centimètres) transmis à l'engin spatial.
Après conversion avec le barycentre solaire de référence, le faible décalage des 2 voies, aller et retour, donne le résultat. Le décalage Doppler des signaux reçus est utilisé comme entrée dans une expression relativiste servant à déterminer la vitesse de la sonde.
Les modèles gravitationnels, qui prévoient le degré de ralentissement en fonction du temps, sont très précis et fournissent la vitesse prévue pour n'importe quelle période ou distance, donnant l'historique de la trajectoire du vaisseau spatial.
Lorsque l'effet Doppler observé est comparé à la valeur attendue par la modélisation gravitationnelle, il y a un décalage résiduel constant corrélé à la différence numérique entre les équations relativistes newtoniennes et les équations spéciales Doppler.
Les décalages causés par l'effet doppler radial relativiste ou newtonien dans un sens, notés respectivement "S" et "N" [4], sont:
(1)
(2)
Dans cette étude, le terme "dilatation du temps" en (1), composé de 2 parties, causé par la vitesse de la sonde et le TDB avec le respect du barycentre solaire, est une différence primordiale entre les équations relativistes newtoniennes et les équations spéciales de l'effet Doppler radial.
L'expérience confirme le ralentissement de l'horloge dû à une vitesse induite mesurée par rapport à un état d'inertie idéal, démontrée notamment avec le GPS et la durée de vie du muon, au CERN. Si le ralentissement de l'horloge est dû à un certain mécanisme autre que la dilatation relativiste présumée du temps, alors l'équation spéciale de l'effet Doppler est incorrecte et l'équation relativiste newtonienne est préférable [5].
Supposant la validité de (2), alors l'application de (1), en convertissant le TDB en état de barycentre solaire avec une vitesse de la Terre de 30 km/sec, présente un décalage apparent constant de fréquence de 5,00 x 10-9 Hz/Hz.
Un décalage apparent de fréquence, causé par l'utilisation de (1) au lieu de (2) en convertissant à partir du barycentre solaire la vitesse de la sonde Pioneer de 12,24 km.s-1 , est 8,32.10-10 Hz/Hz. Appliqué aux équations de l'effet Doppler, ces décalages traduisent une variation résiduelle dans la fréquence de 5,83.10-9 Hz/Hz, seulement dans un sens. Si l'équation (2) est correcte, ces décalages apparaîtront comme une dérive régulière de fréquence dans le réseau DSN de 5,83.10-9 Hz/s.
La division par la fréquence porteuse de la bande S a comme conséquence une accélération constante perçue d'horloge de at = 2,53 x 10-18 s.s-2.
Etant donné qu'une accélération si cohérente et systématique de toutes les horloges est peu probable, le décalage peut être regardé comme une accélération anormale du vaisseau spatial de ap = atc où ap = 7,59.10-8 cm.s-2, indépendant de la distance et de la constante pour une vitesse donnée du vaisseau spatial.
L'accélération apparente dans le sens du Soleil s'accroît proportionnellement avec la vitesse de la sonde et non selon 1/r2 comme une force gravitationnelle l'indiquerait. Si l'anomalie est due à une préférence pour l'expression radiale newtonienne de l'effet Doppler, les scientifiques s'attendent à une corrélation entre le programme CHASMP ( satellite pour l'étude du déplacement à grande précision) d'Aerospace Corporation et le programme ODP (programme de détermination d'orbite) du JPL, car ils appliquent la même méthodologie de l'effet Doppler.
Selon les auteurs [ 1 ] " il est intéressant de spéculer sur la possibilité que l'origine du signal anormal est une nouvelle physique."
Plus probablement le résultat serait peut-être un artefact des équations choisies pour modéliser l'effet de Doppler, exigeant un regard plus précis sur les équations comparant la lumière et le temps, les fréquences de base et les fréquences Doppler.
L'anomalie Pioneer
Leur mission principale terminée, les sondes continuèrent leur chemin au-delà de l'orbite de Pluton pour chercher une éventuelle 10e planète. Cette dernière, baptisée provisoirement 2003UB313, plus grande que Pluton, aurait été observée sur Terre, le 8 janvier 2005 par Chad Trujillo, un membre de l'équipe de l'observatoire Gemini North sur le Mauna Kea à Hawaï. Cet objet avait été découvert en décembre 2004 par Samuel Oschin à l'aide du télescope de 1, 2 m du Mont Palomar.
Tant que les sondes avaient du carburant, les contrôleurs de la mission pouvaient ajuster la vitesse et la trajectoire. Mais après la panne sèche, les sondes continuèrent leur chemin grâce à l'inertie et à l'effet de fronde acquis lors du survol de Jupiter pour Pioneer 10 et pour Pioneer 11 Jupiter et Saturne.
Cependant, puisque la pression du rayonnement diminue rapidement (l'inverse du carré de la distance) lorsque la distance au Soleil s'accroît, à plus de 20 UA le niveau est suffisamment bas (< 5.10−8 cm.s-2) pour permettre la détection de forces anormales, très faibles, dans le Système solaire.
http://archive.ncsa.uiuc.edu/Cyberia/Bima/Images/doppler.gif
Exemple sonore: http://www.walter-fendt.de/ph11e/dopplereff.htm
C'est après l'extinction définitive des moteurs de correction que les anomalies ont commencé à apparaître dans le mouvement des 2 sondes. Les mesures de l'effet Doppler ont montré une décélération inattendue juste au-delà de l'orbite d'Uranus. Les contrôleurs envoyaient des ordres aux sondes, qui les renvoyaient vers la Terre. En comparant les signaux "aller" et "retour", ils ont commencé à noter un décalage vers le bleu des signaux de retour, à environ 20 UA. Les sondes tombent vers le Soleil. A l'inverse, si elles s'étaient éloignées, il y aurait eu un décalage vers le rouge. C'est l'effet Doppler, bien connu de tous, à l'arrivée d'une ambulance. Lorsqu'elle s'approche de nous, la fréquence de la sirène est élevée (son plus aigu = bleu) et lorsqu'elle s'éloigne, la fréquence de la sirène diminue (son plus grave = rouge).
Le duo continua dans le " bleu " lorsqu'elles dépassèrent l'orbite de Neptune, 10 UA plus tard. Aujourd'hui, après 30 ans, ce décalage apporte une erreur supérieure à la distance Terre - Lune. Ce " bleuissement " se confirme. Les sondes elles-mêmes ont été mises hors de cause.
La plupart des hypothèses supposent qu'une augmentation de la pesanteur serait la source du décalage de fréquence. Lors de la transmission du signal retour vers la Terre, les ondes des Pioneer " tombent " dans la pesanteur du Système solaire. Et cela pourrait être bien plus " important " que prévu (basé sur de précédentes évaluations de la distribution de masse dans le Système solaire). Et puisque c'est plus important, les sondes ralentiraient plus que prévu.
Maintenant, le monde scientifique se pose une question importante: " Quelle est la cause de cet accroissement de gravité ? ". La matière noire se manifesterait-elle et avec elle l'énergie noire, la force qui s'oppose à la gravité ? Une troisième voie viendrait-elle de la théorie des cordes (deux branes locales - l'équivalent des plaques tectoniques de n dimensions - pourraient s'entrecroiser dans notre Système) ?
Les astronomes se rendent déjà compte qu'il y a beaucoup de matière flottant au-delà de l'orbite d'Uranus. Cette matière, sous forme de gros objets et de planétésimaux de glace, a été prévue pour la première fois par Gerald Kuiper en 1951 pour expliquer l'origine des comètes à courte période. Selon la théorie de Kuiper, la planète à faible densité Pluton (et son satellite Charon) étaient les membres les plus importants de la ceinture de Kuiper avant 2003UB313.
Contiguë à la ceinture de Kuiper (de 70 à 4 000 UA), il y a une importante région dont les comètes à longue période seraient originaires. De telles comètes peuvent s'approcher du Soleil en provenance de n'importe quelle direction et rarement y (sinon jamais) revenir. L'astronome Jan Oort a prédit l'existence de cette région en 1950. Le "Nuage de Oort" envelopperait, telle une sphère, le Système solaire et formerait un halo sombre de matière, stoppant le rayonnement solaire. Au niveau de l'orbite de Pluton, le rayonnement solaire est 900 fois plus faible qu'au niveau de l'orbite terrestre.
Les 2 sondes sont au-delà de 70 UA, dans la ceinture de Kuiper. Le "bleuissement" est uniforme et constant. En mars 2005, un article paraissait avec le titre: " Anomalie Pioneer: Gravitation à cause de la ceinture de Kuiper". Jose A. Diego et d'autres chercheurs de l'Institut pour l'Astronomie de l'université de Mexico écrivait: " ... il n'y a pas besoin d'évoquer toutes les forces noires de l'Univers. Il faut tout d'abord essayer d'expliquer le phénomène avec la physique actuelle. Si c'est insuffisant, alors il faudra utiliser l'artillerie lourde".
Mais il ne faut peut-être pas utiliser exactement la bonne vieille ceinture de Kuiper (en termes de masse, distribution de masse et locale). Pour Jose A. Diego, la ceinture de Kuiper commence à environ 20 UA du Soleil, juste au-delà de l'orbite d'Uranus et aurait une épaisseur de 1 UA. Ainsi, leur ceinture de Kuiper aurait presque deux fois la masse de la Terre - un peu moins de dix fois ce qui avait été proposé à l'origine. Cette masse est en grande partie décentrée vers l'orbite d'Uranus. L'augmentation vient du fait qu'au début, des évaluations de la masse totale furent basées sur des tailles particulièrement faibles. En incluant des corps de glace de plus grande taille, composés de gaz, le groupe pense qu'il y a suffisamment de masse pour expliquer le décalage des signaux.
Diego continue en ajoutant: "... il est important de préciser que la ceinture agirait également sur l'orbite de Neptune... ". Effectivement n'importe quelle augmentation de masse dans la ceinture de Kuiper rapprocherait tout doucement Neptune du Soleil, en spiralant. L'équipe estime que le centre de masse de la planète se décalerait de 1,62 km à chaque révolution de 164,8 ans. De plus ils ajoutent que la distribution radiale de la densité requise pour expliquer l'accélération constante vers le Soleil peut être trouvée par des modèles de formation du Système solaire. Pour expliquer la concentration de masse plus grande autour de l'orbite d'Uranus ils continuent en décrivant " un transport centripète de matière " vers l'orbite d'Uranus, dans le temps. Cette masse additionnelle ralentit la force relative à la Terre en remodelant le champ gravimétrique lié à cette région du Système solaire.
Naturellement un autre facteur pourrait affecter la fréquence porteuse: un ralentissement inattendu provoqué par un étirement de la force. Un tel étirement pourrait résulter de la rencontre d'un flot régulier de particules dans la ceinture.
De même, plus de matière que prévue à l'origine devrait être attribuée à la ceinture de Kuiper mais, dans ce cas-là, la matière additionnelle devrait être distribuée plus régulièrement pour expliquer la perte constante du moment de chaque sonde.
http://www.universetoday.com/am/publish/kuiper_belt_slowing_pioneer.html
Etude de l'anomalie
Au début des années 80 et à une distance de 20 UA du Soleil, la pression du rayonnement solaire sur Pionnier 10 avait diminué de < 5.10−8 cm.s-2, les chercheurs ont constaté que la plus grande erreur systématique de l'accélération résiduelle avait un décalage constant, aP, indiquant une accélération apparente des sondes Pioneer 10 et 11 orientée vers le Soleil, appelée anomalie Pioneer. Depuis, ils reçurent des données anormales sans interruption. Le JPL (Jet Propulsion Laboratory) et Aerospace Corporation ont produit, indépendamment, des analyses pour la détermination de l'orbite des Pioneer jusqu'en juillet 1998. Ils conclurent finalement qu'il y a une accélération non modélisée, aP, vers le soleil de ~ 8 10-8 cm.s-2 pour Pionnier 10 et Pionnier 11.
Beaucoup d'efforts furent déployés, en vain, pour déceler une erreur résiduelle sur les mesures. Une recherche approfondie fut entreprise, mais rien ne fut découvert. Une recherche détaillée des effets internes ou externes de la sonde aussi bien que ceux modélisées par ordinateur n'apportèrent aucune information. Des discussions sur les modèles théoriques, les méthodes utilisées pour détecter et étudier l'influence de faibles forces sur une sonde interplanétaire furent vaines. Cela inclut la méthode de réception des signaux Doppler, la publication des données et leur traitement. Les données de Pioneer 10 furent collectées sur la période du 3 janvier 1987 jusqu'au 22 juillet 1998 (pour Pioneer 11 la période s'étend du 5 janvier 1987 jusqu'à la perte d'informations cohérentes le 1 octobre 1990). Grâce aux dépouillements approfondis entrepris le chiffre de la dérive devient 8,74 ± 1,33.10-8cm.s-2 .
Les coordonnées planétaires des masses du Système solaire furent issues de l' Export Planetary Ephemeris DE405 du JPL référencé ICRF. Les analyses furent établies à partir des coordonnées à J2000. Les variations temporelles de l'orientation terrestre à J2000 sont définies par la version de 1998 du fichier EOP du JPL, lequel tient compte de la précession et de la nutation.
La dérive est sans ambiguïté, définie, et ne peut pas être enlevée sans une accélération supplémentaire, aP, ou l' incorporation dans les données elles-mêmes d'une dérive de fréquence, c'est-à-dire, une " accélération d'horloge " at (at ≡ aP /c). S'il y avait une dérive systématique dans les horloges atomiques des paramètre du DSN (réseau de l'espace lointain) ou dans les signaux du temps de référence, ceci apparaîtrait comme une irrégularité temporelle, c'est-à-dire toutes les horloges changeraient avec une accélération constante. Cette possibilité a pu être éliminée.
En continuant la recherche d'une explication, 2 possibilités sont à considérer:
les sondes Pioneer 10 et 11 possèdent des propriétés systématiques, non découvertes car elles sont identiques aux 2 sondes.
l'accélération est causée à quelque chose non compris, se traduisant par une " viscosité " spatiale proportionnelle à une constante approximative en fonction de la vitesse des Pioneer.
Ces 2 possibilités purent être recherchées en étudiant la stabilité du spin (rotation) des sondes, dont l'axe n'est pas dirigé vers le Soleil et dont les vecteurs de vitesse orbitale sont loin d'être dirigé radialement. Deux candidats pour cette recherche furent les sondes Galiléo, lors de sa mission vers Jupiter et ses satellites et Ulysse dans son voyage, hors de l'écliptique, autour du Système Jupiter- Soleil. Ces sondes ont apportées une quantité considérable d'informations sur l'effet Doppler (variation de fréquence liée au déplacement). Avec ces données les chercheurs peuvent dire si une sonde spatiale accumule une erreur en raison d'une accélération constante ou si le procédé de détermination d'orbite est faussé par une décalage de fréquence Doppler.
De récents changements de stratégie et du programme de détermination de l'orbite conduisant à de nouveaux résultats, sont au nombre de trois:
des données furent ajoutées à Pioneer 10, en étendant l'étude jusqu'en juillet 1998. Les données ainsi collectées (3 janvier 1987 au 22 juillet 1998) couvrent une distance héliocentrique de 40 à 70,5 UA. Pioneer 11 était beaucoup plus proche (22,42 à 31,7 UA) que Pioneer 10 durant sa période du 5 janvier 1987 au 1 octobre 1990). Les masses des sondes sont de 251,883 kg pour Pioneer 10 et de 239,73 kg pour Pioneer 11. Puisque la majorité des calculs furent pour étudier le comportement de Pioneer 10, c'est sa masse qui fut retenue comme masse nominale.
Etude du spin, en particulier celui de Pioneer 10 a montré une importante anomalie sur la période allant d'avril/mai 1990 à avril/mai 1992. Cela amena les chercheurs à mieux considérer chaque variation possible de aP parmi 3 intervalles de temps défini par le JPL:
du 3 janvier 1987 au 17 juillet 1990.
du 17 juillet 1990 au 12 juillet 1992 de 49,5 à 54,8 UA.
du 12 juillet 1992 au 22 juillet 1998.
Le nombre total de données s'étala sur 20 055 points de données pour Pioneer 10 et 10 616 pour Pioneer 11. Ceci permis une meilleure compréhension des fuites de gaz systématiques des sondes.
En regardant les mesures détaillées d'aP en fonction de temps, les chercheurs ont trouvé un terme annuel oscillant anormal, inférieur à l'anomalie Pioneer. Des confirmations seront recherchées afin de vérifier qu'il ne s'agit pas d'artefacts causés par les méthodes de calcul. Pour les derniers résultats, le JPL utilise la méthode des paquets séquentiels et la méthode des moindres carrés. Les résultats ont permis une meilleure compréhension des sources d'erreurs systématiques. En même temps, elles ont augmenté la confiance dans la détermination de l'anomalie.
arXiv:gr-qc/0104064 v5 10 Mar 2005
Conférence de Brême
Les 18 et 19 mai 2004 a eu lieu la première conférence internationale sur "l'anomalie Pioneer" (A&C n°1946 p 56). Elle fut organisée par le Zentrum für Angewandte Raumfahrt Microgravitation (ZARM Centre de Microgravité appliquée à l'espace) de l'université de Brême. Dans ce centre la recherche est concentrée sur les phénomènes en mécanique des fluides, en particulier, microgravité et technologie spatiale. L'outil le plus exceptionnel, est la tour de chute libre (à droite), qui fournit 4,74 secondes d'apesanteur (hauteur: 146 m).
http://www.zarm.uni-bremen.de/5conferences/images/pioneer.jpg
http://www.zarm.uni-bremen.de/Pioneer/images/S7.jpg
Cette conférence fit suite à l'observation d'un comportement anormal des corps massifs dans un champ de faible gravité et représenta donc un intérêt certain pour la communauté scientifique. L'exemple le plus frappant est celui de l'anomalie Pioneer. Un autre exemple concerne la courbure des galaxies. Du côté phénoménologique ce comportement a été relié, par exemple, à la théorie newtonienne dynamique modifiée (la théorie MOND pour MOdified Newtonian Dynamics) ou d'un niveau plus fondamental, à une théorie bi-métrique. En outre sa relation possible à la matière sombre et à l'énergie sombre a été discutée.
A cette conférence, la France était représentée par l'Onera, dont la maîtrise dans le domaine de l'interférométrie ultrasensible est mondialement reconnue, ainsi que le Groupe d'optique atomique du laboratoire de Charles Fabry (Institut d'optique théorique et appliquée d'Orsay) spécialisé dans l'interférométrie à ondes de matière et par un expert en métrologie fondamentale (Institut Galilée, laboratoire de physique des lasers à l'université de Villetaneuse). Après avoir débattu et dressé un bilan, les 40 participants ont confronté leurs points de vue sur les suites à donner. L'ESA a lancé un appel à idées pour son programme "Cosmic Vision 2015-2025, ce qui a généré 5 projets de mission. (Alexandre D. Szames Air&Cosmos n° 1946 page 56)
Intérêt fondamental
Le JPL s'intéresse particulièrement à la trajectoire, car le fait qu'un mobile évolue sur une orbite liée ou une trajectoire de fuite jouerait un rôle déterminant pour mettre en évidence l'anomalie (Alexandre D. Szames A&C n°1946 p 56). Plusieurs explications ont été proposées, mais jusqu'à maintenant toutes manquent de preuves . Par exemple, poussières et gaz ne peuvent pas expliquer à eux seuls, la densité manquante de la matière ordinaire dans notre Système solaire.
Si l'accélération anormale de la sonde est causée par les restes d'une matière mystérieuse de poussières et gaz dans notre Système solaire, alors les calculs suggèrent que la densité surprise est d'environ 4.10-19 g.cm-3. Cela correspond à environ 200 000 atomes d'hydrogène (ou équivalent) par cm3. Si ces poussières et gaz mystérieux sont distribués de manière sphérique dans un rayon de 100 UA autour du Soleil, alors la masse totale de la matière mystérieuse serait équivalente à une petite planète (1.10-6 masse solaire) ou avec seulement environ 1.10-8 masse solaire, à l'intérieur de l'orbite d'Uranus, laquelle est un peu près deux ordres de grandeur dans les limites actuelles. Si elle est contenue dans un disque au lieu d'une sphère, alors la masse totale de cette matière mystérieuse serait évidemment moindre. La condition requise pour que la matière mystérieuse soit plus dense que la matière ordinaire à ces distances, serait que l'accroissement de densité provienne de la pression du rayonnement solaire.
L'anomalie Pioneer: http://www.ph.unimelb.edu.au/~foot/pioneer.html
Expériences futures
Après avoir éliminé les explications les plus plausibles, les chercheurs ont examiné une éventuelle modification de la force de gravité. Ceux-ci ont conclu que de toute évidence, des analyses, des observations et du travail théorique plus poussés sont nécessaires. Les scientifiques s'attendent toutefois à ce que la solution implique la physique conventionnelle.
Faute de pouvoir comparer les résultats d'observations terrestres d'objets lointains avec ceux de sondes in situ, l'homme n'a jamais pu s'affranchir des effets locaux. Aujourd'hui, au cours de cette conférence, des projets vont peut-être voir le jour.
A la lecture de l'article d' Alexandre D. Szames dans l'édition du 22 juillet 2005 de Air et Cosmos n° 1993 p 59, nous apprenons que depuis la réunion de l'année dernière, une équipe d'une cinquantaine d'experts, s'est constituée de part et d'autre de l'Atlantique.
La sonde proposée entend par sa conception même, neutraliser les erreurs "systématiques" liées par exemple, à l'asymétrie du rayonnement thermique. Elle se compose d'un vaisseau mère gyrostabilisé relâchant une petite sphère réfléchissante. La distance de la Terre à la sonde mère s'obtient par effet Doppler, complétée de données issues d'accéléromètres. Un télémètre laser mesure finement la distance de la mère à la sphère. Au final, la précision, mille fois supérieure à celle des sondes Pioneer, atteint 1.10-12 ms-1.
La théorie MOND
Les estimations de la masse cachée reposent sur un principe très simple. La composition de l'Univers est connue, tout au moins dans sa partie visible. Nous trouvons des galaxies et des molécules composées d'atomes et de particules. Tous sont en mouvement. Leur cinématique et dynamique sont connus grâce à la gravitation, qui est régie par les lois de Newton.
Pour déterminer la masse du Soleil, nous partons d'une planète qui est soumise à sa force centrifuge et à l'attraction du Soleil. La force centrifuge est proportionnelle au carré de la vitesse. L'attraction solaire est proportionnelle à la masse du Soleil et à l'inverse du carré de la distance Soleil - planète. Les orbites étant pratiquement circulaires, il est facile de déterminer la masse du Soleil. Voilà qui explique pourquoi, plus une planète est proche du Soleil, plus sa vitesse orbitale est rapide. Le champ gravitationnel est de plus en plus important à l'approche du Soleil. Il faut donc un accroissement de la force centrifuge pour contrebalancer cette force.
Dans une galaxie, le même principe est appliqué. En prenant une étoile se déplaçant comme toutes ses sœurs dans le sens de la rotation de la galaxie, on détermine sa composante de vitesse. Ainsi connaissant sa distance au centre de la galaxie, sa masse peut être calculée. Il en est de même pour les nuages moléculaires répartis entre les étoiles. C'est ainsi que les scientifiques peuvent déterminer la vitesse de rotation d'une galaxie, par la connaissance de la répartition des masses. Or les calculs montrent que 90% est cachée, pour rendre compte de la vitesse de rotation de toutes les galaxies. Les études systématiques portent désormais sur plusieurs milliers de galaxies et montrent que le phénomène est universel: quasiment toutes les galaxies spirales montrent un excédent de matière.
Il semble que la masse manquante se trouve répartie beaucoup plus à l'extérieur des galaxies. Les galaxies baigneraient alors dans un halo plus ou moins sphérique. Puisqu'elle est pour l'instant invisible, la masse cachée est appelée: matière noire.
Les galaxies se regroupent en amas. Elles peuvent être des centaines. On peut aussi analyser la dynamique du groupe. Elles y ont un mouvement désordonné, mais en appliquant un coefficient de dispersion, il a été possible de déterminer que le carré de cette dispersion est proportionnel à la masse de l'amas. C'est en appliquant ce principe en 1933, que Fred Zwicky compris que la masse des amas Virgo et Coma n'était pas suffisante pour les retenir par leur attraction. Il y aurait 90% de matière noire dans les amas.
La mesure, en rayonnement X, des atomes des gaz chauds (ce qui traduit leur vitesse) contenus dans les amas confirma qu'ils possèdent 10 fois plus de masse cachée.
Les lentilles gravitationnelles, que sont les amas, dévient la lumière d'une source lointaine. Or, l'analyse de cette déviation a permis de confirmer que la masse des amas est 10 fois supérieure.
Mais une autre hypothèse préfère modifier les lois de Newton. La matière noire froide, qui constituerait 90% de la masse totale de l'univers, n'existe pas ! C'est du moins ce que pensent les partisans de la théorie Mond, pour MOdified Newtonian Dynamics. Selon eux, les incohérences des observations astronomiques effectuées ces dernières années ne seraient pas dues à de la matière non lumineuse mais à une modification des célèbres lois de la gravitation. En 1983, Mordehai Milgrom, physicien de l'Institut des sciences Weizmann (Israël) a présenté une alternative à la matière noire en modifiant la loi de la gravitation de Newton, utilisée pour relier les vitesses et les accélérations des étoiles à la masse qui les engendre. Effectivement, la loi de Newton (l'accélération due à une masse M à distance R est a = GM/R2) n'a été réellement testée que sur des distances inférieures ou de l'ordre du parsec (système solaire, amas globulaires). Rien ne dit qu'elle ne dévie pas à grande distance ou pour des accélérations faibles. C'est précisément ce qu'a proposé Milgrom en supposant que l'accélération serait en fait a' = (a.a0)1/2 pour des accélérations newtoniennes très faibles (a << a0) et ne rejoindrait la valeur newtonienne que pour a ~ a0. Cette accélération "critique" a0 serait une nouvelle constante de la nature et Milgrom donne une valeur de 1.10-10 m/s2 (le cent milliardième de l'attraction terrestre qui est de 9,81 m/s2). Ce modèle, s'il s'avère peu orthodoxe (il remet tout de même en cause les lois de la gravitation), parvient néanmoins à expliquer la vitesse de rotation constante des étoiles dans les galaxies. Une thèse qui n'emporte pas vraiment tous les suffrages. En somme, il existe un tel nombre de variables cosmologiques encore incertaines que beaucoup d'hypothèses restent permises. Néanmoins, peu d'astronomes embrassent la cause de Mond.
Pour en savoir plus:
The Planetary Society: http://planetary.org/programs/projects/pioneer_anomaly/
Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11: http://www.arxiv.org/pdf/gr-qc/0104064
J. D. Anderson et al. "Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data, of an Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration." At - 28 Aug. 1998 http://www.arxiv.org/abs/gr-qc/9808081
L'anomalie Pioneer: http://www.ph.unimelb.edu.au/~foot/pioneer.html
Examen de l'anomalie Pioneer: http://www.geocities. com/solarstormmonitor/Pioneer.html
http://spaceprojects.arc.nasa.gov/Space_Projects/pioneer/PNStat.html
Pioneer 10 Anomalie: http://csep10.phys.utk.edu/newsgroups/mond/messages/22.html
Matière noire et Mond: http://www.infoscience.fr/articles/articles_aff.php3?Ref=502
Moti Milgrom et Mond: http://nedwww.ipac.caltech.edu.level5/Sept01/Milgrom/Milgrom_contents.html
La gravitation temporaliste: http://www.ifrance.com/decalagespectral/mtneuflagravitationtemporaliste.htm
La page de Mond http://www.astro.umd.edu/~ssm/mond/faq.html
Mond http://members.rogers.com/mercy/
Technical papers:
Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11, by J. D. Anderson et al.
A mirror world explanation for the Pioneer spacecraft anomalies, by R. Foot and R. R. Volkas.
Other references:
Shadowlands, quest for mirror matter in the Universe (Chapter 6).
Strange attraction (New Scientist article).
L'anomalie Pioneer - article d'Alexandre David Szames - Air&Cosmos n° 1946 page 56 et 1993 p 59.
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amicalement
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Etrange époque où il est plus facile de désintégrer l' atome que de vaincre un préjugé.
Einstein, Albert, |
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glevesque
Chroniqueur
Inscrit le: 13 Jan 2007
Messages: 2242
Localisation: Longueuil, Québec
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| Posté le: Mer 24 Jan 2007 2:37 pm Sujet du message: |
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Salut Albert
Bravo pour ce superbe dossier qui résume très bien les missions et les anomalie des ondes Pioneer. Anomalie qu'on retrouve aussi chez les ondes voyager 1 et 2, Ulysse et Giotto et bien d'autre qui ce dirige vers l'extérieur de notre système solaire ! Un peut donc élimité sans hésiter, l'hypothèse des déffectuosités matériels, pour expliquer l"origine de l'annomalie, vut que tout ces sondes d'explorations spatiales présentes le même type de décalage radiale (doppler) sur le relatissement de leurs fuites du système solaire.
| Citation: |
L'accélération apparente dans le sens du Soleil s'accroît proportionnellement avec la vitesse de la sonde et non selon 1/r2 comme une force gravitationnelle l'indiquerait.
Selon les auteurs [ 1 ] " il est intéressant de spéculer sur la possibilité que l'origine du signal anormal est une nouvelle physique."
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Donc la relation concerne les énergie cinétique et non sur la masse comme t'elle !
1 - Les sondes désaccélère (bleuissement doppler) comme si le soleil les attirait plus vers lui. Pour un observateur ce trouvant à l'extérieur de notre système solaire, cela corresponderait à un rougissement pour la vitesse de fuite vers l'extérieur. (hypothétique matière noit à intérieurs du système solaire). Ici la partie métalliques des sondes, interragient peut-être avec les champs magnétique et électrique de ces régions (une sorte de frond d'onde qui concentre) et le tout avec les rayonnements cosmique qui serait dévier plus fortement et pouvant influencer les ondes, ce qui aurrait pour éffet de ralentire les sondes (impactes et courbure de trajectoire par effet électro-magnétique inductife), et donc de bleuire par effet dopler.
| Citation: |
A gauche les émissions radio héliosphériques enregistrées par la sonde spatiale Voyager 1 à 2-3 kHz produites lors de l'interaction de l'onde de choc interplanétaire avec l'héliopause, cette dernière représentant la limite entre le vent solaire et le plasma interstellaire. On reconnaît les deux sursauts produits lors du maximum d'intensité des cycles solaires de 11 ans.
Source : http://www.astrosurf.com/luxorion/hommage-sondes2.htm |
2 Au contraire, les étoiles ce trouvant à la périférique des galaxies spirales, semblent plutot accélérer. Leurs vitesses est plus constante au lieu de diminuer selon le carré de la distance, du centre vers la périférie. Donc pour un observateur intérieurs, cela corresponderait à rougissement des ondes émise, et donc a une accélération vers les régions périférique ! (hypothétique matière noit à intérieurs des halos des galaxies spirales)
Vouià deux chose bien différentes, pour la modèlisation de la matière noire !
Eli, avait exprimer quelque chose de bien intéressent sur le sujet, qui se rapportait un peut à la théorie MOND, et sur les influences d'entrainements mutuelles des étoiles situées dans les régions périfériques des galaxies spirales, dut par une influence gravitationnelle moins forte, dans ces régions galactique. ( L'aventure Pioneer 10 et 11 )
Voici la dernière photo de Voyager 1, prit le 14 février 1990 à plus de 6 milliards de kilomètres du Soleil. (juste un peut plus loin que Pluton)
http://www.techno-science.net/?onglet=glossaire&definition=10193
http://www.cidehom.com/apod.php?_date=020214
Gilles
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Dernière édition par glevesque le Mer 24 Jan 2007 5:24 pm; édité 10 fois |
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gab
Chroniqueur
Inscrit le: 10 Jan 2007
Messages: 1451
Localisation: montreal
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| Posté le: Mer 24 Jan 2007 3:01 pm Sujet du message: |
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Bonjours
Effectivement , tres bon dossiers 
Mais je ne comprend pas tres bien le phénomene 
Pourquoi les sondes ralentissent exactement
A cause de la pression de radiation que provoque le soleil
Ou a cause du vent solaire
chaos |
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glevesque
Chroniqueur
Inscrit le: 13 Jan 2007
Messages: 2242
Localisation: Longueuil, Québec
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| Posté le: Mer 24 Jan 2007 4:45 pm Sujet du message: |
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Salut Gab
| gab a écrit: |
Mais je ne comprend pas tres bien le phénomene
Pourquoi les sondes ralentissent exactement
A cause de la pression de radiation que provoque le soleil
Ou a cause du vent solaire |
Les deux cause que tu mentionne, aurais plutot l'effet inverse, soit celle de pousser les ondes vers l'extérieurs, et donc de favoriser le rougissement de l'effet doppler.
J'ai modifié un peut mon poste plus haut, pour trouver une hypothèse pouvant expliquer cela !
Gilles
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Elie l'Artiste
Animateur-moderateur
Inscrit le: 12 Jan 2007
Messages: 2914
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| Posté le: Lun 12 Fév 2007 7:24 pm Sujet du message: |
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Encore une fois, notre réaction est toujours la même; on pense tout de suite qu'il s'agit d'une "force" qui influence les sondes.
Je crois plutôt que cette "anomalie" est produite de façon toute "naturelle" et que ce sont nos concepts de l'espace qui sont en défaut.
Le centre de la galaxie est une espace où la métrique de cet espace est le plus effondrée; plus on s'éloigne du centre, plus la métrique de la géométrie de l'espace est dilatée.
Les sondes se retrouvent exactement là où leur vitesse les emporte et les installe; mais ce sont nos moyens de mesurer cette distance qui est en faute. Dans un espace en effondrement, il n'y a qu'à un certain endroit où le km mesure 1000 mètres "absolus"; ailleurs dans une galaxie, le km est plus court ou plus long; c'est à dire qu'il est contracté ou dilaté.
Mais si j'ai raison, nous avons un problème avec l'effet Doppler: Est-ce que la longueur d'onde d'un rayonnement est influencé par la métrique embiante? Là est la question.
Amicalement
André lefebvre
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Selon Einstein, il n'existe que deux choses dans l'univers: 1) l'énergie cinétique et 2) l'énergie de masse. Selon moi, une seule chose le mouvement qui les produit. |
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glevesque
Chroniqueur
Inscrit le: 13 Jan 2007
Messages: 2242
Localisation: Longueuil, Québec
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| Posté le: Lun 12 Fév 2007 10:00 pm Sujet du message: |
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Salut
| Citation: |
| Mais si j'ai raison, nous avons un problème avec l'effet Doppler: Est-ce que la longueur d'onde d'un rayonnement est influencé par la métrique embiante? Là est la question. |
Et bien oui en longueur d'onde, si l'espace est dilater les longueur d'ondes le seraont aussi et la même chose pour des espace contracter (densité plus élever en énergie de masse)
Gilles
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Elie l'Artiste
Animateur-moderateur
Inscrit le: 12 Jan 2007
Messages: 2914
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| Posté le: Lun 12 Fév 2007 10:36 pm Sujet du message: |
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Résultat nous ne possédons plus de moyen valable pour évaluer les grandes distances. 
Mais je n'en suis pas certain puisque l'on capte aujourd'hui les rayonnements gamma, X et micro onde du début de l'univers.
L'électromagnétisme n'a pas livré tous ses secrets, je crois. 
Amicalement
André lefebvre
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Selon Einstein, il n'existe que deux choses dans l'univers: 1) l'énergie cinétique et 2) l'énergie de masse. Selon moi, une seule chose le mouvement qui les produit. |
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