VOYAGER MISSION - Destination Orbite

VOYAGER MISSION
Le Grand Tour des Planètes Géantes
SOMMAIRE
La présentation de la mission ............................................................................................................................ 3
La fiche technique .............................................................................................................................................. 7
L’instrumentation .................................................................................................................................................. 8
La carte d’identité de Jupiter ......................................................................................................................... 10
La carte d’identité de Saturne ........................................................................................................................ 11
La carte d’identité d’Uranus ............................................................................................................................ 12
La carte d’identité de Neptune ...................................................................................................................... 13
Les sources ........................................................................................................................................................... 14
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LA PRESENTATION DE LA MISSION
D
es calculs réalisés par Gary Flandro,
alors âgé de 24 ans, ont montré qu’il y
aurait un alignement exceptionnel des
planètes géantes à la fin des années
70, ce qui n’arrive que tous les 175 ans. Cet
alignement permettrait de survoler les planètes
géantes les unes après les autres grâce à
l’assistance gravitationnelle expérimentée
avec succès sur la mission Mariner 10. C’est
pour profiter de cet alignement que la Nasa a
décidé de développer la mission « Grand Tour »
qui devait comprendre à l’origine quatre
sondes. En 1972, le Congrès américain n’a
toute fois autorisé que la construction de deux
sondes pour survoler Jupiter et Saturne
uniquement. Ces sondes étaient à l’origine
Maquette de la sonde Voyager – Photo Nasa
inscrites dans le cadre du programme Mariner
comme étant Mariner 11 et 12. Au fil du développement des engins, le design a assez évolué que
pour les rebaptiser Voyager 1 et 2.
Mais avant de lancer la mission Voyager, la Nasa a voulu s’assurer que ses sondes passeraient sans
encombre la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter et survivraient au survol de Jupiter réputée
pour être la planète ayant le champ magnétique le plus puissant du système solaire. C’est dans
cette optique qu’ont été conçues les missions Pioneer 10 et 11 lancées avec succès en 1972 et
1973. Leur bon fonctionnement durant tout leur voyage a rassuré les responsables de la mission
Voyager.
Le 20 août 1977, Voyager 2 est la première à
partir. Elle a été lancée par une fusée Titan IIIE
équipée d’un étage Centaur. Quelques jours
plus tard, c’est au tour de Voyager 1 de
s’élancer pour les profondeurs du système
solaire. Avec l’espoir que des fonds soient
débloqués pour un survol d’Uranus et Neptune,
la Nasa a placé Voyager 2 sur une route qui lui
permettrait de survoler les quatre géantes
gazeuses en 12 ans alors que Voyager 1 ne
pourrait survoler que Jupiter et Saturne.
Le lancement réussi des deux sondes a sonné
le coup d’envoi d’un gigantesque billard
cosmique qui se prolongerait sur une période
de 12 ans. En mars 1979, Voyager 1 arrive dans
les parages de Jupiter qu’elle survole à 280 000
La grande tache rouge vue en fausses
km de distance. Pour la première fois, les
couleurs par la sonde Voyager 1 – Photo Nasa
astronomes découvrent avec étonnement la
diversité des lunes qui orbitent autour de la planète géante. Alors qu’ils s’attendaient à voir des
mondes aussi morts géologiquement que la Lune, ils ont eu la surprise de voir que les satellites
naturels de Jupiter étaient géologiquement actifs. Europa est considérée comme la boule de
billard en raison de sa surface qui est la plus lisse du système solaire. Son albédo ne laisse aucun
doute. Sa surface est recouverte de glace d’eau très réfléchissante. Certains se prennent même
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à rêver d’un océan d’eau liquide recouvert par une couche épaisse. Quinze ans plus tard, la
sonde Galileo confirmera avec une certitude élevée ce que certains avaient osé imaginer à la
veille des années 80. Io est tout aussi surprenant avec la découverte d’une surface dépourvue de
cratères et recouvertes de certaines taches qui laissent échapper des jets de gaz et de matière. Io
est le second astre volcanique après la Terre. Voyager 2 suivra quatre mois plus tard à 645 000 km
de distance de la planète.
Le billard cosmique continue avec le survol de
Saturne par Voyager 1 en novembre 1980 (124
000 km de distance de la planète) et Voyager
2 en août 1981 (101 000 km de distance de la
planète). Tout comme pour Jupiter, la surprise
viendra non pas de la planète elle-même mais
essentiellement de ses lunes. Les scientifiques
découvrent Titan, un satellite naturel recouvert
d’une épaisse couche atmosphérique plus
dense que celle qui enveloppe la Terre. C’est
la première fois que l’on découvre une lune
recouverte d’une atmosphère. Japet a aussi
laissé les scientifiques pantois. L’une de ses
faces est d’une couleur très foncée alors que
la face opposée est d’un blanc quasi
Saturne et quelques-unes de ses lunes – Photo
immaculé. Du côté de Saturne, les anneaux
Nasa
tiennent la vedette. Longtemps, on a pensé
qu’ils étaient relativement larges en raison de
l’image diffuse qu’on peut en avoir depuis la Terre. Mais les images fournies par Voyager
montreront le contraire. Les anneaux que l’on voit depuis la Terre sont composés d’un nombre
incalculable d’anneaux très fins. Saturne était la dernière planète visitée par Voyager 1. Le
rebond gravitationnel qu’elle a subi en survolant Saturne l’a conduit sur une route qui la mène en
dehors du système solaire.
Alors que Voyager 1 fonce vers les limites du
système solaire, Voyager 2 continue son petit
bonhomme de chemin. Le 24 janvier 1986,
Voyager 2 survole Uranus à 71 000 km de
distance. Si jusqu’ici, les responsables de la
mission ont été émerveillés par les découvertes
faites autour de Jupiter et Saturne, Uranus
déçoit. La planète est recouverte d’une
épaisse couche de brouillard qui ne laisse
entrevoir aucune structure dans l’atmosphère.
Ils se consoleront avec l’observation de
certaines lunes comme Miranda qui semble
s’être construites à partir de gros blocs. Les
spécialistes pensent qu’à une époque, un
astéroïde serait entré en collision avec
Miranda, la cassant en plusieurs gros blocs.
L’attraction a permis de « relier » à nouveau
ces blocs, offrant des reliefs particulièrement
vertigineux pour un astre aussi petit. Ce survol
La verte planète Uranus – Photo Nasa
quelque peu décevant pour la Nasa a été
toutefois un lot de consolation après l’accident
de la navette Challenger survenu quelques jours plus tard.
Après la déception vécue pendant le survol d’Uranus, les planétologues espéraient renouer avec
les heures passionnantes du début des années 80. Avec Neptune, ils n’ont pas été déçus. En
s’approchant de sa dernière cible en août 1989 (1 300 km), Voyager 2 a commencé à envoyer des
images de la dernière géante gazeuse. Les premiers clichés montraient l’existence de système
cyclonique à l’instar de la Grande Tache Rouge de Jupiter. Deux taches très sombres entourées
de nuages blancs parcourent l’atmosphère bleuie par le méthane. Tout comme pour les
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précédentes lunes des géantes gazeuses, la sonde Voyager 2 s’est également penchée sur celles
de Neptune.
La plus connue est Triton. Elle a
particulièrement surpris en raison de l’existence
d’un cryovolcanisme. Ce nouveau type de
volcan est différent de ceux que nous
connaissons sur Terre. Au lieu d’émettre des
gaz et du magma chauffé à plusieurs
centaines de degrés, les cryovolcans ne
crachent que de la matière particulièrement
froide. Leur existence a été révélée par les
panaches noires qui assombrissent par endroit
la surface de Triton.
Avec Neptune, toutes les planètes du système
solaire ont été visitées au moins une fois. Les
enseignements tirés lors du Grand Tour réalisé
par les sondes Voyager ont permis de
déffricher le terrain pour les missions telles que
Galileo qui a étudié le monde de Jupiter de
décembre 1994 à septembre 2003 ou encore
Cassini en orbite autour de Saturne depuis juillet
2004.
Neptune la bleue et sa Tache Sombre – Photo
Nasa
Voyager 1 et 2 ont permis de découvrir trois nouvelles lunes autour de Jupiter (Thebe, Adrastea et
Metis), quatre autour de Saturne (Atlas, Prometheus, Pandora et Pan), onze autour d’Uranus
(Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Belinda , Perdita et Puck)
et six autour de Neptune (Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larissa et Proteus).
Depuis 1980 pour l’une et 1989 pour l’autre, le voyage continue. Il les conduira en dehors du
système solaire un jour ou l’autre. Mais avant le grand départ vers l’inconnu, Voyager 1 s’est
retournée une dernière fois et nous a offert un cliché de la Terre vue à 5,5 milliards de km.
Le 16 décembre 2004, Voyager 1 a dépassé
officiellement le « Choc Thermal », là où les
particules de vent solaire supersoniques sont
ralenties à des vitesses subsoniques par le milieu
interstellaire. Quant à Voyager 2, le « Choc
Thermal » a été atteint le 30 août 2007.
Approximativement d’ici 2020, elles devraient
atteindre la limite de l’héliosphère, appelée
l’héliopause. A partir de ce moment là, les
sondes entreront dans le milieu interstellaire.
Les responsables de la mission espèrent pouvoir
garder contact avec les sondes jusqu’à ce
moment là.
L’héliosphère et le mission interstellaire – Photo
Nasa
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Voyager 1 passera près de l'étoile AC+79 3888 dans la constellation de la Girafe dans 40 000 ans et
Voyager 2 rendra visite à Sirius située à 8,6 années lumière de la Terre dans 296 000 ans.
LE VOYAGE DES SONDES VOYAGER
CIBLE
VOYAGER 1
VOYAGER 2
Lancement
05/09/1977
20/08/1977
Jupiter
05/03/1979
10/07/1979
Saturne
12/11/1980
26/08/1981
Uranus
-
24/01/1986
Neptune
-
24/08/1989
16/12/2004
30/08/2007
Dans 40 000 ans
Dans 296 000 ans
Choc thermal
Prochaine cible
Les sondes ont aussi emporté avec elles un petit bout de
l’Humanité. En effet, la Nasa a fait graver spécialement deux
disques de cuivre plaqué or contenant 116 images (animaux,
humains, végétaux, bâtiments entre autres) ainsi qu’une série
d’enregistrements sonores allant de Mozart à la chanson Johnny B.
Goode de Chuck Berry en passant par un message de salutation en
55 langues ainsi que divers bruits et messages enregistrés par le
Président américain Jimmy Carter ou le secrétaire général des
Nations unies, Kurt Waldheim.
Le couvercle du disque –
Photo Nasa
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LA FICHE TECHNIQUE
L
es sondes Voyager ont été construites dans les locaux du Jet Propulsion Laboratory (Nasa) à
Pasadena en Californie en se basant sur des technologies éprouvées lors des missions Mariner
des années 70.
DIMENSIONS
Hauteur: 3,8 m
Diamètre antenne: 3,7 m
MASSE
Au lancement: 2 080 kg
En orbite: 815 kg
STABILISATION
Triaxiale
DUREE DE VIE
Optimale: 5 ans
PUISSANCE
Trois Radioisotope Thermoelectric
Generator fournissant 470 W
STATIONS DE POURSUITE
Deep Space Network constitué
d’une station de poursuite située en
Californie, à Madrid (Espagne) et
Canberra (Australie)
CONTROLE
Jet Propulsion Laboratory (Californie)
COUT
Préparation Voyager – Photo Nasa
Coût de la mission: 895 millions $
depuis la construction des deux sondes jusqu’à aujourd’hui
VOYAGER EN CHIFFRES
PHOTOS
VOYAGER 1
VOYAGER 2
Jupiter et ses lunes
19 000
15 000
Saturne et ses lunes
17 000
17 500
Uranus et ses lunes
-
6 000
Neptune et ses lunes
-
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L’INSTRUMENTATION
ISS (Imaging Science)
Objectifs: Système de comprenant deux caméras fonctionnant à travers 8 filtres différents. L’une
fonctionne en plan large et l’autre en plan étroit
UVS (Ultraviolet Spectrometer)
Objectifs: Spectromètre ultraviolet destiné à détecter la présence de certains atomes ou ions
MAG (Triaxial Fluxgate Magnetometer)
Objectifs: Magnétomètre servant à mesurer le champ magnétique d’une planète (forme, intensité)
ainsi que l’interaction qu’il peut avoir avec les satellites naturels et les anneaux
LECP (Low-Energy Charged Particles)
Objectifs: L’instrument est un détecteur de particules à faible énergie destiné à l'étude des rayons
cosmiques, du vent solaire
CRS (Cosmic Ray System)
Objectifs: L’instrument est un détecteur de particules destiné à l'étude des rayons cosmiques
PRA (Planetary Radio Astronomy)
Objectifs: Récepteur d’ondes radio fonctionnant dans la gamme des fréquences allant de 20,4 kHz
à 1300 kHz et de 2,3 MHz à 40,5 MHz afin d’écouter les signaux émis par le Soleil, les planètes ainsi
que leur magnétosphère
PPS (Photopolarimeter System)
Objectifs: Instrument servant à mesurer l'intensité et la polarisation de la lumière de huit longueurs
d'onde entre 235 nm et 750 nm. Il a servi pour l’étude de l’atmosphère des planètes, les anneaux
ainsi que la composition et texture de la surface des satellites naturels. Il a été mis à contribution
pour la recherche d’aurores polaires et d’éclairs
PWS (Plasma Wave System)
Objectifs: Il joue le même rôle que le PRA mais dans la gamme des fréquences allant de 10 Hz à 56
kHz.
IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer)
Objectifs: Spectromètre infrarouge qui a pour objectif de déterminer la température d’un corps
mais aussi repérer les différents composants d’une atmosphère ainsi que mesurer la proportion de
la lumière solaire reçue par un corps qui est réfléchie par ce dernier
PLS (Plasma Spectrometer)
Objectifs: L’instrument est un détecteur de particules destiné à l'étude des rayons cosmiques, du
vent solaire ainsi que la magnétosphère des planètes survolées
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CARTE D’IDENTITE DE JUPITER
Découvert par: Découverte le: Position
Distance moyenne du Soleil: 778 412 020 km (5,20336 A.U.)
Distance maximale du Soleil: 816 081 400 km (5,455 A.U.)
Distance minimale du Soleil: 740 742 600 km (4,952 A.U.)
Orbite
Période de rotation sidérale (jour): 09:50:00
Période de révolution sidérale (année): 11 ans 314,84 jours
Vitesse moyenne orbitale: 47 051 km/h
Excentricité de l'orbite: 0,04839
Inclinaison sur l'écliptique: 1° 305’
Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 3° 12’
Circonférence orbitale: 4 774 000 000 km
Mesures
Diamètre équatorial: 142 984 km
Circonférence équatoriale: 449 197 km
Volume: 1 425 500 000 000 000 km³
Masse: 1,8987 x 1027 kg
Densité: 1,33 g/cm³
Surface: 62 179 600 000 km²
Gravité
Gravité à la surface à l'équateur: 20,87 m/s²
Vitesse d'évasion: 214 300 km/h
Composition
Composition: rocheux (+/- 17 %), hydrogène métallique (+/- 52 %), atmosphère (+/- 31 %)
Atmosphère
Températures: -148 °C
Pression atmosphérique: + million de bars
Composition: H2 (82 %), reste en He, méthane, éthane, …
Vitesse des vents: 640 km/h
Informations supplémentaires
Champ magnétique: 10 000 x Terre
Satellites: 62
Anneaux: 1
Aplatissement: 0,0649
Albédo: 0,52
Flux d'énergie provenant du Soleil: 51 W/m²
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CARTE D’IDENTITE DE SATURNE
Découvert par: Découverte le: Position
Distance moyenne du Soleil: 1 426 725 400 km (9,53707 A.U.)
Distance maximale du Soleil: 1 503 983 000 km (10,054 A.U.)
Distance minimale du Soleil: 1 349 467 000 km (9,021 A.U.)
Orbite
Période de rotation sidérale (jour): 10:39:00
Période de révolution sidérale (année): 29 ans 167 jours
Vitesse moyenne orbitale: 34 821 km/h
Excentricité de l'orbite: 0,0541506
Inclinaison sur l'écliptique 2° 484’
Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 26° 73’
Circonférence orbitale : 8 725 000 000 km
Mesures
Diamètre équatorial: 120 536 km
Circonférence équatoriale: 378 675 km
Volume: 827 130 000 000 000 km³
Masse: 5,6851 x 1026 kg
Densité: 0,7 g/cm³
Surface: 43 466 000 000 km2
Gravité
Gravité à la surface à l'équateur: 7,207 m/s²
Vitesse d'évasion: 127 760 km/h
Composition
Composition: noyau rocheux (+/- 5,5 %), hydrogène métallique (+/- 47 %), atmosphère (+/- 47,5 %)
Atmosphère
Températures: -178 °C
Pression atmosphérique: + million de bars
Composition: H2 (80 %), He (11 %), méthane, éthane, …
Vitesse des vents: 1 800 km/h
Informations supplémentaires
Champ magnétique: 2,2 x 10-5 x Terre
Satellites: 61
Anneaux: 8 principaux
Aplatissement : 0,098
Albédo: 0,47
Flux d'énergie provenant du Soleil: 15 W/m²
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CARTE D’IDENTITE D’URANUS
Découvert par: William Herschel
Découverte le: 13/03/1781
Position
Distance moyenne du Soleil: 2 870 972 200 km (19,191 A.U.)
Distance maximale du Soleil: 3 006 390 000 km (20,096 A.U.)
Distance minimale du Soleil: 2 735 560 000 km (18,286 A.U.)
Orbite
Période de rotation sidérale (jour): 17:14:00 (rétrograde)
Période de révolution sidérale (année): 84 ans 7 jours
Vitesse moyenne orbitale: 24 607 km/h
Excentricité de l'orbite: 0,047168
Inclinaison sur l'écliptique: 0° 77’
Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 97° 86’
Circonférence orbitale: 17 620 000 000 km
Mesures
Diamètre équatorial: 51 118 km
Circonférence équatoriale: 160 592 km
Volume: 69 142 000 000 000 km³
Masse: 8,6849 x 1025 kg
Densité: 1,3 g/cm³
Surface: 8 115 600 000 km²
Gravité
Gravité à la surface à l'équateur: 8,43 m/s²
Vitesse d'évasion: 76 640 km/h
Composition
Composition: noyau rocheux (+/- 25 %), couche de glace (+/- 38 %), atmosphère (+/- 37 %)
Atmosphère
Pression atmosphérique: < 100 000 bars
Composition: H2 (85 %), reste en He, méthane, éthane, …
Informations supplémentaires
Champ magnétique: Champ magnétique dipolaire
Satellites: 27
Anneaux: 11
Aplatissement: 0,023
Albédo: 0,51
Flux d'énergie provenant du Soleil: 3,71 W/m²
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CARTE D’IDENTITE DE NEPTUNE
Découvert par: Johann Galle
Découverte le: 23/09/1846
Position
Distance moyenne du Soleil: 4 498 252 900 km (30,069 A.U.)
Distance maximale du Soleil: 4 536 870 000 km (30,327 A.U.)
Distance minimale du Soleil: 4 459 630 000 km (29,811 A.U.)
Orbite
Période de rotation sidérale (jour): 16:03:00
Période de révolution sidérale (année): 164 ans 280,3 jours
Vitesse moyenne orbitale: 19 720 km/h
Excentricité de l'orbite: 0,0859
Inclinaison sur l'écliptique: 1° 769’
Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 29° 58’
Circonférence orbitale: 28 142 000 000 km
Mesures
Diamètre équatorial: 49 528 km
Circonférence équatoriale: 155 597 km
Volume: 62 526 000 000 000 km3
Masse: 1,0244 x 1026 kg
Densité: 1,76 g/cm3
Surface: 7 640 800 000 km2
Gravité
Gravité à la surface à l'équateur: 10,71 m/s2
Vitesse d'évasion: 85 356 km/h
Composition
Composition: noyau rocheux (+/- 25 %), couche de glace (+/- 47 %), atmosphère (+/- 28 %)
Atmosphère
Températures: -214 °C
Pression atmosphérique : < 100 000 bars
Composition : H2 (75 %) et le reste en He, méthane, éthane, …
Vitesse des vents: 2 200 km/h
Informations supplémentaires
Champ magnétique: 1,4 x 10-5 x Terre.
Satellites: 13
Anneaux: 4
Aplatissement: 0,0171
Albédo: 0,41
Flux d'énergie provenant du Soleil: 1,47 W/m2
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LES SOURCES
http://voyager.jpl.nasa.gov/
http://www.destination-orbite.net/planetologie/index.php
http://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Jupiter
http://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Saturn
http://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Uranus
http://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Neptune
Space Connection 3
Dictionnaire de l’Astronomie et de l’Espace
Deep Space Chronicle - A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958–2000
Wikipedia
Atlas de Géographie de l’Espace
14
www.destination-orbite.net
FT-06/08-2009
15
FT-04/06-2008
[email protected]