La sonde MESSENGER en orbite autour de Mercure : de nouvelles

La sonde MESSENGER en orbite autour de Mercure : de nouvelles contraintes pour les théories de gravitation
Extrait du Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la Recherche.
https://www.obspm.fr/la-sonde-messenger-en-orbite.html
La sonde MESSENGER en
orbite autour de Mercure : de
nouvelles contraintes pour les
théories de gravitation
Date de mise en ligne : vendredi 28 février 2014
Description :
Des observations radio de Messenger pemettent d'améliorer la précision sur l'orbite de Mercure, et ainsi d'affiner les contraintes sur les écarts à la Relativité
Générale.
Observatoire de Paris centre de recherche et enseignement en astronomie et
astrophysique relevant du Ministère de l'Enseignement supérieur et de la
Recherche.
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La sonde MESSENGER en orbite autour de Mercure : de nouvelles contraintes pour les théories de gravitation
Les connaissances actuelles de l'orbite de Mercure ont principalement été acquises par
mesures radar directes et par cinq survols de Mercure dans les années 1960 à 1998, de
Mariner 10 dans les années 1970 et de MESSENGER en 2008 et 2009. Le 18 mars 2011,
MESSENGER est devenu le premier vaisseau spatial en orbite autour de Mercure.
Ces données ont drastiquement amélioré notre connaissance de l'orbite de Mercure.
A partir de l'éphéméride qui en est dérivée, une équipe d'astronomes français, dont certains
de l'Observatoire de Paris, ont réalisé des tests de la relativité générale, dans le cadre de la
paramétrisation post-newtonienne (PPN), qui sont plus sévères que les résultats antérieurs.
Mercure est la planète la plus petite et la moins connue du système solaire. Elle est aussi la plus proche du soleil.
Cette proximité rend l'étude de sa dynamique, fondamentale du point de vue de la relativité générale. L'effet de la
relativité générale sur l'orbite de la planète est en effet le plus fort de tout le système solaire (43 secondes par siècle
d'avance du périhélie).
Jusqu'à récemment, elle n'avait été approchée qu'à trois reprises par la sonde Mariner 10 dans les années 70 (deux
fois en 1974 et une fois en 1975).
La sonde spatiale MESSENGER, lancée en 2004 par la NASA dans le cadre du programme Discovery d'exploration
du système solaire, est la première sonde à avoir été mise en orbite autour de Mercure, le 18 mars 2011. Sa
mission principale : cartographier et déterminer les conditions environnementales de Mercure.
Des chercheurs des unités de recherche de l'institut UTINAM (université de Franche Comté, CNRS), de Géoazur
(UNS-CNRS-OCA-IRD), de l'IMCCE (Observatoire de Paris, CNRS) et du CNES étudient l'orbite de la sonde spatiale
sur les données récoltées depuis plus d'un an. Leurs travaux ont permis de construire une nouvelle éphéméride
planétaire (INPOP13A) et de réaliser de nouveaux tests de la relativité générale.
Différents modèles sont actuellement à l'étude pour tenter de concilier les grands problèmes actuels de la physique
quantique et de la cosmologie que sont l'existence de la matière noire, notre compréhension des mécanismes de la
gravitation à grande échelle et à l'échelle quantique.
Par l'étude directe des mouvements des objets naturels et artificiels dans le système solaire, les chercheurs de
l'étude engagée ici proposent aux théoriciens de nouvelles limites qui invalident ou confortent les modèles proposés.
L' équipe d'INPOP (Intégrateur Numérique Planétaire de l'Observatoire de Paris), qui travaille ensemble depuis 2003
sur l'éphéméride planétaire du même nom, est la seule équipe au monde à aborder ces questions par le biais de la
construction d'orbites de sondes et de planètes, et l'analyse des données brutes de navigation des missions
spatiales.
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La sonde MESSENGER en orbite autour de Mercure : de nouvelles contraintes pour les théories de gravitation
Image de Mercure, par MESSENGER (credit : NASA).
Grâce à MESSENGER, les données enregistrées sont régulières et précises, d'un niveau jusqu'à présent jamais
atteint. L'équipe a ainsi construit la meilleure éphéméride de Mercure jamais produite et a surtout amenée de
nouvelles contraintes sur les paramètres PPN (Parametrized Post-Newtonian) de déflexion de la lumière gamma et
de non linéarité de gravité ².
Dans cette étude récemment publiée dans Astronomy et Astrophysics (Verma et al. 2014), l'exactitude apportée a
été augmentée d'un facteur d'environ 4 pour le paramètre ² par rapport à l'estimation donnée par l'équipe en 2010
(Fienga et al. 2011). Pour le paramètre gamma, l'expérience Cassini de 2003 publié dans Nature (Bertotti et al.
2003) donnait une violation maximum possible de la relativité générale de l'ordre de 4.10-5. L'étude actuelle a permis
de réduire le champ possible d'une telle violation d'un facteur 2.
D'autre part, cette étude a montré qu'il était possible de faire une estimation décorélée des paramètres ² et gamma à
partir de l'analyse des données de la sonde et de la construction de l'éphéméride planétaire.
Les nouvelles estimations de ² et gamma apportent de nouvelles contraintes aux modèles théoriques de gravitation.
Des collaborations sont en cours afin d'en tester d'autres à l'échelle du système solaire en particulier avec l'Institut
Astrophysique de Paris et l'Observatoire de Paris.
Ce travail a été effectué dans le cadre d'une bourse de thèse cofinancée CNES , du GRGS (Groupe de Recherche
en Géodésie Spatiale) et du CESDN (Consortium pour l'Exploitation Scientifique des Données de Navigation).
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