Non, Voyager 1 n’a pas quitté le système solaire

Je vous propose ci-dessous une traduction de l'article "Voyager 1 Reaches Interstellar Space. But Has It Left the Solar System? Wellllll…" de Phil Plait le "Bad Astronomer" qui introduit une intéressante distinction entre "entrer dans l'espace interstellaire" et "quitter le système solaire"

Voyager 1

Voyager 1, une sonde lancée il y a plus de trois décennies, est maintenant dans l'espace interstellaire
(illustration NASA/JPL-Caltech)

Le 12 septembre, la NASA a annoncé en fanfare qu'après 36 ans dans l'espace, la sonde Voyager 1 est entrée dans l'espace interstellaire.

J'ai deux choses à en dire, et je veux être prudent. D'abord, c'est un événement extraordinaire qui vaut vraiment la peine d'être célébré. Ensuite, beaucoup de gens disent que Voyager 1 a quitté le système solaire, et ce n'est pas tout-à-fait exact.

Commençons par le début. Ce que les scientifiques ont découvert est que, pendant la deuxième moitié de 2012, Voyager est entrée dans une nouvelle région de l'espace. Ca concerne le vent solaire, un flux de particules subatomiques soufflées au loin par le Soleil. Ce vent se propage au loin, et bien au delà de l'orbite de Neptune il rencontre les particules qui existent entre les étoiles. Il les repousse et ralentit par la même occasion. A un certain point, la pression du vent n'est plus assez forte pour repousser la pression des particules extérieures, et il s'arrête. Cette région s'appelle l'héliopause. Nous savions depuis des années que Voyager est dans ce volume flou d'espace où se trouve l'héliopause, mais il a été follement difficile de savoir si elle l'avait traversée.

Voyager locations

Diagramme montrant les positions de Voyager 1 (en haut à gauche) et Voyager 2 (au milieu à gauche). La région intérieure bleue est le vent solaire, le bleu plus clair représente l'interaction entre le vent solaire et la matière interstellaire. Voyager 1 est en dehors de ces deux régions (illustration NASA/JPL-Caltech)

Puis le Soleil nous a fait un cadeau : une éjection de masse coronale. Ces énormes explosions expulsent de la matière au loin, et l'une eut lieu en Mars 2012. Après plus d'un an de voyage, son onde de choc a atteint l'héliopause. A cet endroit, elle a interagi avec la matière qui s'y trouve en la faisant vibrer. Ce type d'interaction est détectable par Voyager, et lorsque les scientifiques ont analysé les données, ils ont réalisé que la densité de matière était bien plus élevée qu'attendue. Et c'est exactement ce qui devrait se produire si Voyager avait en fait dépassé l'héliopause.

Donc, il semblerait qu'après avoir parcouru 19 milliards de kilomètres, un de nos vaisseaux spatiaux est entré dans ce qu'on peut raisonnablement appeler l'espace interstellaire.

Mais cela veut-il dire qu'il a quitté le système solaire ? Et bien non. Ca peut paraître bizarre puisque je viens de dire que c'est l'espace interstellaire, mais ce n'est que si vous considérez l'influence du Soleil sur les particules.

Cependant, il y a plus que des électrons et des protons dans la banlieue étendue de notre système solaire. Même là-bas, plus de 120 fois plus loin du Soleil que la Terre, il y a des objets plus substantiels : de gros morceaux de glace qui sont autant de comètes géantes. Le Soleil est entouré de milliers de milliards de ces grosses boules de glace, dont une multitude forment le nuage d'Oort. Il leur faut des millénaires pour parcourir une seule orbite autour du Soleil, mais elles restent captives de sa gravité.

Ceci en fait de véritables objets du système solaire, et c'est pourquoi on ne peut pas vraiment dire que Voyager 1 a quitté le système solaire. Il y a encore du système solaire plus loin!

xkcd_voyager1

Les précédentes annonces selon xkcd

C'est comme sortir par la porte de votre maison et dire que vous avez quitté votre propriété. Vous avez quitté la maison, mais il y a encore le jardin autour de vous : il vous reste encore du chemin.

J'insiste sur ce point car on a déjà dit que Voyager avait quitté le système solaire dans le passé. Plusieurs fois. De nombreuses fois. La dernière était en Mars de cette année, quand des scientifiques ont annoncé avoir détecté un changement dans l'environnement de Voyager qui aurait marqué le début de l'espace interstellaire. Cette annonce a été rapidement contredite par l'équipe Voyager au JPL et son chef, Ed Stone. Mea Culpa : j'ai dit à ce moment là que Voyager avait quitté le système solaire, puis m'étais rapidement ravisé lorsque l'équipe Voyager avait sonné la cloche.

Cependant, avec ces nouveaux résultats Stone a donné sa bénédiction. Même si Voyager a encore un long chemin (plusieurs milliers d'années en fait) avant qu'elle quitte réellement le système solaire, je pense qu'il est juste de dire qu'elle est maintenant dans l'espace interstellaire.

Et ceci est un succès étonnant pour l'humanité. C'était inévitable : nous savions que ça allait arriver même avant que Voyager 1 et sa jumelle Voyager 2 soient lancées en 1977. Mais tout de même, après toutes ces années et tant d'espace vide parcouru, ce point a été atteint. L'humanité est maintenant une espèce interstellaire.

Je trouve que les mots que j'ai écrits prématurément en mars sonnent encore plus vrai aujourd'hui:

[Voyager] a glissé sur les limites rêches de l'influence du Soleil et bouge toujours avec assez de vitesse pour la lancer dans la galaxie. Notre intermédiaire, notre envoyée se dirige vers les étoiles auxquelles elle appartient

Ce n'est qu'un début. Il y en aura beaucoup d'autres, dont certaines sont déjà en chemin. Un jour peut-être nous les rejoindrons.

Comment | , . permalink.
  • Goulu

    l’article Voyager 1 : sortie du Système solaire… ou pas ? sur Ciel & Espace dit la même chose que Phil Plait, en français d’origine et avec la référence qui manquait : Gurnett, D. A., Kurth, W. S., Burlaga, L. F., & Ness, N. F. In Situ Observations of Interstellar Plasma With Voyager 1.,2013, Science (New York, N.Y.), science.1241681–. doi:10.1126/science.1241681

  • zebss

    En faisant la comparaison avec votre article sur le puits gravitationnelle, on remarque que Voyager a parcouru une distance dans le puits grosso modo 3 fois supérieure à la distance nécessaire pour atteindre mars et cela avec une simple propulsion à ergols.

    Ça donne de l’espoir pour qu’un jour l’homme puisse atteindre Mars.

    • Goulu

      La « simple propulsion à ergols » + 2 puissantes assistances gravitationnelles ! Comme vous pouvez le voir sur le graphique que je viens d’inclure dans https://fr.wikipedia.org/wiki/Assistance_gravitationnelle#Voyager_2, Voyager 2 n’a dépassé la vitesse de libération du système solaire que grâce à un coup de pouce de Jupiter de 7km/s, puis Saturne lui a redonné 5 km/s de plus, et Uranus encore 1 km/s de plus qu’elle a re-perdu au passage de Neptune pour aller voir Triton et s’éloigner du plan de l’écliptique.

      Donc les ergols, ça va pour se promener autour de Mars si on ne pèse que 720 kg, mais si on doit y déposer des hommes, et surtout les ramener, il faut hélas une énorme fusée parce qu’il faut en plus:

      - descendre sur Mars (trou gravitationnel de 1286 km) avec peu de freinage aérodynamque
      - remonter les 1286 km
      - puis revenir sur Terre, et pour ça il faut autant d’énergie par unité de masse que pour le trajet Terre-> Mars, car monter ou descendre un puit gravitationnel dans le vide demande la même énergie !

      Je suis un optimiste forcené, mais là hélas je ne pense pas voir ça de mon vivant…

      • zebss

        Oui effectivement avec l’assistance gravitationnelle mais il a bien fallu aller quand même jusqu’à Jupiter, soit tout de même 2 fois la distance dans le puits nécessaire pour atteindre mars.

        Soyons optimistes:
        - pour descendre sur Mars on utilise un module par forcément très lourd. La fusée de retour (si retour…) reste en orbite
        - pas de freinage aérodynamique donc autant de résistance en moins lors du redécollage du module et les aérofreins de curiosity ont montré leur efficacité pour la descente
        - 1286 km c’est « seulement » 4 fois plus que la Lune
        - avec les moteurs ioniques, il y a des raisons d’espérer : économe et petit, il n’est plus nécessaire de se trimbaler les lourds propulseurs une fois en orbite.

        « monter ou descendre un puit gravitationnel dans le vide demande la même énergie ». Pourquoi? intuitivement j’avais imaginé qu’on économisait la hauteur du puits terre-mars lors du retour… ou du moins si je reprend votre graphique sur Wikipedia qu’il y aurait réciprocité donc une vélocité supérieure à mesure que le module martien se rapproche de la terre par simple attraction du soleil

        • Goulu

          En première approximation, « yaka » se laisser tomber dans le puits gravitationnel pour redescendre. Mais alors on arrive avec une vitesse énorme et il faut freiner avec un moteur si on n’a pas d’atmosphère sous la main. En gros l’énergie cinétique est alors la différence des énergies potentielles dans le puits entre la position haute et la position basse, donc exactement la même que celle qu’il a fallu dépenser pour monter…

          En réalité c’est plus compliqué que ça, car on part d’une planète en orbite pour descendre sur une autre planète en orbite, donc on descend « en spirale » dans le puits, ce qui implique de freiner tout le long, sinon on se retrouve simplement sur une orbite intermédiaire en raison de la vitesse tangentielle.

          Avec tout ça, aller vers Mercure est plus compliqué et tout aussi lent que d’aller vers Jupiter ! Messenger a mis 7 ans pour aller vers Mercure ( voir http://www.drgoulu.com/2008/01/19/mercure-de-mariner-a-messenger/ ) avec 600kg d’ergols pour 1093 kg totaux (https://fr.wikipedia.org/wiki/MESSENGER#Propulsion) !

  • Martin

    Encore un article passionant!

    Il y a quand même une question qui me taraude depuis un certain temps. Comment peut-on être sur que cette sonde n’a pas et ne va pas rencontrer d’/Astéroïde‎

    • Goulu

      Quand on parle de milliards de comètes dans le nuage de Oort on repense au Millenium Falcon zig-zaguant dans une ceinture d’astéroïdes et on se dit que c’est vachement risqué…

      Mais selon la wikipédia :

      Le nuage d’Oort externe pourrait contenir plusieurs millions de milliards de noyaux de comètes de plus de 1,3 km, chacun distant de l’autre de plusieurs dizaines de millions de kilomètres.

      Avec autant d’espace entre les obstacles, j’ai pas fait le calcul mais « on voit que » il faudrait vraiment beaucoup de malchance pour taper dans une comète/iceberg. Maintenant, il y a peut-être aussi des glaçons à whisky voire des flocons de neige qui traînent, et avec la vitesse de la sonde ça peut suffire à la mettre hors service.

      Donc en gros on est pas sur du tout que Voyager survivra, mais même sa destruction pourrait nous apprendre quelque chose.

      • JPL

        « Maintenant, il y a peut-être aussi des glaçons à whisky voire des flocons de neige qui traînent »

        Pouahhhhh l’espace aurait aussi mauvais goût pour mettre des glaçons dans le whisky ???

        Ceci étant, certes l’éloignement est important entre chaque bloc de glace (et roches selon certains), mais compte tenu de la taille du nuage, une trajectoire linéaire augmente nettement les probabilités d’impact. Comme le ferai un fou du cap dans un banc de sardine.

        En tout état de cause, il faudra qu’il en sorte avant le passage de gliese710 dans 1,4M d’années

        • Goulu

          « une trajectoire linéaire augmente nettement les probabilités d’impact. » Pourquoi donc ? la trajectoire n’est pas un droite mais une géodésique qui a toujours une composante orbitale, donc réduit la vitesse relative avec les glaçons qui mettent des siècles, voire des millénaires à faire une révolution autour du Soleil.

          En plus la trajectoire de Voyager 1 l’éloigne du plan de l’écliptique (à 35°) donc je serais vachement surpris en cas de collision. Mais encore une fois, une collision serait plus instructive que pas de collision : on saurait que le coin est vraiment dangereux.