Les outils d'observation et d'exploration du système solaire
Des sondes télécommandées
Les sondes sont les principales alliées des astronomes pour explorer le système solaire. Pourtant, envoyer une sonde dans l'espace n'a rien d'évident. La première étape consiste à la libérer de la gravité terrestre grâce aux lanceurs (comme la fusée Ariane). Bien qu'elle ne dure que quelques minutes, cette étape est particulièrement consommatrice d'énergie. Il faut en effet atteindre une vitesse de l'ordre de 40 000 km/h (vitesse dite de libération) pour pouvoir quitter définitivement l'attraction terrestre. Pour y parvenir, les lanceurs sont constitués de plusieurs étages propulsifs, qui entrent tour à tour en action et sont largués dès lors que leurs réservoirs sont vides.
Généralement, le lanceur place la sonde en direction de sa cible et les ingénieurs au sol n'ont plus qu'à effectuer des corrections de trajectoire. Les ordres sont transmis à la sonde par les ondes radio. D'où l'importance des systèmes de communication avec la Terre afin de diriger au mieux les sondes. Lorsque le lanceur n'est pas assez puissant, les astronomes utilisent « l'effet de fronde », c'est-à-dire le fait qu'une sonde puisse être accélérée et déviée en passant près d'un objet céleste. Cela permet d'établir une trajectoire qui économise du carburant.
Ainsi, la sonde Galileo destinée à étudier Jupiter, tourna deux fois autour du Soleil, survola Vénus, revint près de la Terre pour repartir vers son but. Profitant de son périple, elle retransmit mesures et photos de ces astres.
Les télescopes au second plan
L'observation du système solaire passe par l'analyse de la lumière visible ou invisible (rayons gamma, X, ultraviolets, infrarouges, ondes radio) émise par les différents astres. Alors que la lentille de la lunette de Galilée ne faisait que quelques centimètres de diamètre, les astronomes possèdent aujourd'hui des télescopes optiques qui peuvent atteindre 8 à 10 mètres de diamètre, augmentant considérablement la quantité de lumière collectée et donc la possibilité de voir des objets petits, éloignés ou peu lumineux.
Ils sont aussi parvenus à s'affranchir de la turbulence atmosphérique, source de brouillage des données, en mettant au point une optique « adaptative » qui corrige en temps réel ces perturbations, ou bien en envoyant ces instruments dans l'espace (1). Autre innovation : l'interférométrie. Cette technique permet de synchroniser plusieurs télescopes au sol, puis de combiner leurs faisceaux. On obtient ainsi un télescope virtuel dont le miroir est équivalent à plusieurs centaines de mètres de diamètre. Toutefois, avec l'arrivée des sondes, les télescopes sont passés au second plan dans l'observation du système solaire. Leurs activités se résument principalement à l'observation météorologique des planètes, la surveillance des astéroïdes et celle des comètes. Les télescopes se concentrent désormais sur le reste de l'Univers lointain, inaccessible aux engins robotisés.
1. En 1990, Hubble est le premier télescope optique mis en orbite à 600 kilomètres de la Terre. Sa construction a coûté 1,2 milliard d'euros mais les différentes opérations de maintenance élèvent son coût total à environ 10 milliards d'euros. Plus de 7 500 articles scientifiques découlent directement de ses observations. Réparé une dernière fois en 2009, il sera remplacé en 2013 par le James Webb Space Telescope.
L’ère des robots martiens
Mars est la planète la plus visitée du système solaire. Depuis 1962, il y a eu 38 missions martiennes dont 17 ont tenté de toucher le sol de la planète rouge. 9 engins sont effectivement parvenus sur la planète mais seuls 6 ont fonctionné comme prévu.
En se posant sur Mars, les deux atterrisseurs Viking furent les premiers à transmettre des données vers la Terre durant des années. Plus de 4 500 images ont été acquises par ces deux atterrisseurs fixes. Avant eux, la sonde soviétique Mars 3 s'était posée sur Mars et avait transmis des informations pendant seulement 20 secondes.
Sojourner fut le premier robot à se déplacer sur la surface de Mars. Si la mission Pathfinder était avant tout technologique, ce rover a tout de même réalisé des analyses géologiques et chimiques des roches situées dans un rayon de 7 mètres et parcouru 100 mètres.
Beaucoup plus gros que leur prédécesseur Sojourner, Spirit et Opportunity sont les premiers véritables « robots-géologues ». Dotés d'une autonomie accrue, ils analysent le sol depuis plus de cinq ans et ont déjà parcouru 21 km à eux deux. Ce sont les seuls robots encore en activité sur Mars.
Dernier arrivé sur la planète rouge, Phoenix est un atterrisseur fixe équipé d'un véritable laboratoire de chimie. Sa mission : étudier l'eau sous toutes ses formes. Prévu pour durer 90 jours, Phoenix aura finalement résisté 5 mois aux rudes conditions du pôle Nord martien.
Robonautes contre astronautes ?
En un demi-siècle, sondes et robots ont exploré l'intégralité du système solaire à l'exception de Pluton et des autres objets de la ceinture de Kuiper (1). Outre les sondes voyageuses en orbite autour du Soleil ou des planètes, de nombreux robots atterrissent sur les astres. Quelques-uns s'y écrasent de façon délibérée pour permettre certaines analyses ; d'autres explorent pendant plusieurs jours, voire plusieurs années, les planètes les plus proches de nous. On distingue deux types d'engins : les atterrisseurs fixes et les robots mobiles ou rovers. Ainsi, 9 engins se sont posés sur Mars, dont 2 toujours en activité. Ils ressemblent de plus en plus à de véritables « robots astronautes », capables de filmer leur environnement, prélever des échantillons, réaliser des analyses minéralogiques…
Leurs données nous sont transmises le plus souvent grâce aux sondes qui les ont déposés et qui continuent de tourner autour de l'astre. Ces explorations robotisées sont à l'origine de l'immense majorité des nouvelles découvertes sur le système solaire. Elles n'utilisent pourtant qu'une faible partie des budgets, principalement consacrés aux programmes de vols habités. Les missions robotisées coûtent de 10 à 100 fois moins cher que les vols habités. En revanche, les astronautes possèdent des capacités d'adaptation, d'improvisation et surtout, une aura publique et donc politique, que n'ont pas les « robonautes ».
1. Pluton et Charon, deux objets de la ceinture de Kuiper, seront survolés pour la première fois en 2015 par la sonde américaine New Horizons.
L’homme dans la conquête spatiale
L'exploration humaine du système solaire se limite pour l'heure à six voyages sur la Lune entre 1969 et 1972. Depuis, les quelque 500 astronautes envoyés dans l'espace n'ont jamais dépassé les 400 kilomètres qui séparent la Terre de l'actuelle Station spatiale internationale (ISS) ou de l'ancienne station russe Mir. Et ce, pour des raisons de coûts et de risques. Malgré des systèmes ultra-sophistiqués pour assurer leur sécurité, 21 astronautes sont morts lors de décollages ou d'atterrissages (1).
À ces risques de transport, s'ajoutent ceux liés aux conditions extrêmes rencontrées dans l'espace, notamment l'absence de gravité qui entraîne une perte osseuse de 1 à 2 % par mois (2) et des désagréments parfois violents comme le « mal de l'espace » (maux de têtes, nausées, vomissements…). En réalité, les missions habitées répondent à des critères d'ordre géopolitique ou stratégique plutôt que scientifique. Ainsi, dans les années 60, en pleine guerre froide, les Américains entendent prouver leur supériorité technologique sur les Soviétiques en envoyant les premiers hommes sur la Lune. Et au début des années 80, dans une période de regain de rivalité avec l'URSS, les États-Unis lancent le projet d'une Station spatiale internationale destinée à maintenir leur influence sur les projets spatiaux dans le monde.
1. The Futur of Human Spaceflight, MIT, décembre 2008. 2. Marc Heppener, EMBO Report, juillet 2008.
L’exploration spatiale, une source de pollution ?
Lorsqu'un lanceur comme Ariane atteint 10 000 mètres d'altitude, il a relâché 250 tonnes de produits de combustion, dont 75 d'alumine et 45 de gaz chlorhydrique potentiellement toxiques pour l'homme et l'environnement. Un suivi réalisé par le Cnes sur le site de lancement de Kourou en Guyane montre que l'impact de ces produits reste localisé à une distance de 500 mètres du pas de tir.
Une fois dans l'espace, les sondes entament leur exploration grâce à un moteur chimique ou ionique. Pour aller au-delà de Mars, les panneaux solaires ne suffisent plus pour alimenter en énergie l'électronique de bord. Dès lors, certaines sondes emportent des sources d'énergie à base de plutonium 238, un combustible radioactif et toxique qui produit de la chaleur transformée ensuite en énergie électrique. Sur les quelque 190 sondes automatiques (1) envoyées dans l'espace depuis 1959, seules deux sont revenues sur Terre (Genesis en 2004, Stardust en 2006 ; Hayabusa doit revenir en 2010). Si la plupart sont encore en orbite, certaines se sont posées sur des astres. Or, ces astres peuvent être à l'origine de contaminations microbiennes, susceptibles de polluer l'environnement extraterrestre et de fausser l'observation scientifique. Pour l'éviter, le Comité mondial sur la recherche spatiale a émis des recommandations qui peuvent aller jusqu'à la stérilisation complète de la sonde (2).
1. Compilation de W. R. Johnston, Center for Space Sciences, University of Texas, Dallas. 2. Les robots censés atterrir sur Mars doivent, par exemple, contenir moins de 300 spores microbiennes par mètre carré et moins de 30 s'ils recherchent des traces de vie (contre quelque 3 milliards avant stérilisation).
Les touristes de l’espace
Depuis 2001, sept milliardaires (dont Charles Simonyi, ici au cours d'un vol d'entraînement) ont visité la Station spatiale internationale grâce à la société privée Space Adventures. Coût actuel du billet aller-retour à bord du lanceur russe Soyouz : 25 millions d'euros pour un séjour d'une semaine. Si cette compagnie américaine est pour l'heure la seule à proposer de tels voyages (1), d'autres devraient suivre (2). Cet engouement pour le voyage spatial privé soulève certaines questions : jusqu'où les États viendront-ils en aide aux personnes en détresse dans l'espace ? Et qui paiera en cas de sauvetage forcément très coûteux ?
1. Space Adventures propose désormais un ticket vers la Lune pour 75 millions d'euros. 2. Basée aux États-Unis, Bigelow Aerospace envisage des hôtels spatiaux pour 2015 et la compagnie japonaise First Advantage prévoit des mariages dans l'espace dès 2011.
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