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NEW HORIZONS

Avec ce nom qui résonne comme celui d’un club de vacances, on peut rêver de beaux voyages, de lointaines découvertes et de paysages  inconnus. Pourquoi pas un projet ancien préparé depuis des années qui va enfin se réaliser cet été. Ce sera l’occasion de faire des rencontres inattendues, de prendre des photos exceptionnelles et de découvrir une atmosphère que l’on ne connait pas.
Mais pourquoi vous en parler sur cette Page? Qu’est donc ce New Horizons?
Pour le savoir, il faut oublier les rêves de vacances et revenir à la chronique tout aussi exaltante des grands projets spatiaux. Préparons-nous pour un nouveau voyage dans le système solaire où depuis 9 ans la sonde spatiale New Horizons vogue vers Pluton, la plus méconnue des planètes.

 

MYSTERIEUSE PLUTON

L’homme a longtemps observé les planètes à l’œil nu et très vite il a reconnu les six premières:
Mercure, Vénus, Terre et Mars et les deux géantes gazeuses Jupiter et Saturne. C’est l’utilisation du télescope qui a augmenté son champs d’exploration. En 1788, W. Herschel découvrait Uranus à 20 Unités astronomiques (U.A.) du soleil. En 1846, grâce à l’étude des perturbations relevées sur la trajectoire d’Uranus, c’est par le calcul qu’ Urbain Le Verrier situa la planète Neptune et en permit le découverte.

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Bien que plusieurs astronomes aient pensé qu’une autre planète pouvait exister au delà de Neptune, il fallut près d’un siècle pour qu’un astre de taille conséquente soit observé en 1930.
Cette petite planète baptisée Pluton devint pour un temps la 9ème planète du système solaire.

CE QUE NOUS SAVONS

Pour comprendre la longue recherche de planètes au delà d’Uranus, il faut resituer ces astres dans le système solaire et profiter de l’occasion pour comparer certaines de leurs caractéristiques avec celles de la Terre qui nous sont familières.

Orbite de Pluton

Trois données en montrent l’originalité. Elle est inclinée de 17° sur le plan de l’écliptique, alors que les autres planètes ont des orbites pratiquement dans ce plan. C’est une ellipse assez excentrique (e= 0,25) qui fait que sa distance au Soleil varie de 30 U.A. à 50 U.A. En outre, de ce grand éloignement du Soleil, il s’en suit que la durée d’une révolution, une année sur Terre, atteint 248 ans.
Comme souvent dans le système solaire, cette révolution est en résonnance 3/2 avec une autre planète, ici Neptune. Pluton parcourt deux orbites pendant que Neptune en fait trois. Enfin, Pluton tourne sur lui-même en 153 heures ( 6 jours et 9 heures) selon un axe très incliné (60°).

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Satellites de la planète

C’est en 1978 que fut découvert Charon le principal satellite de Pluton. Son diamètre (1200 km) est supérieur à la moitié de celui de Pluton et les deux corps célestes forment un couple assimilé parfois à une planète double. Charon tourne à 20.000 km au dessus de Pluton à la même vitesse angulaire que ce dernier, donc à la verticale du même point.
D’autres satellites plus éloignés et de moindre taille ont été découvert notamment par Hubble, ce sont Hydra, Nix, Cerbère, .... qui seront certainement complétés par ce que trouvera New Horizons.

Caractéristiques physiques

A sa découverte en 1930, on savait peu de choses sur les caractéristiques physiques de l’astre qui ne représentait que quelques pixels sur les plaques sensibles. Les observations, les progrès optiques et les engins spatiaux comme Voyageur 2 et Hubble ont ajouté quelques données à notre connaissance de Pluton. Il reste toutefois beaucoup de questions et d’hypothèses à vérifier.
Pluton fut lors de sa découverte d’abord imaginé de la taille de Neptune, puis par les observations et les calculs ramenée à celle de la Terre, puis de Mercure, de la Lune.... Aujourd’hui, l’estimation est plus sérieuse et son diamètre est estimé à 2300 km. Le flux solaire qui arrive sur Pluton est de 2 ou 3 /10.000 de ce qui nous arrive sur Terre. La température moyenne au sol est de  moins 220° C. Il y aurait une atmosphère ténue (1/700.000 de celle de la Terre) composée d’azote (90 %) et de CO (10%).
Si la température interne a permis une différentiation, on peut avoir un noyau rocheux, entouré de glace d’eau et d’une couche d’azote gelé. La réflexion du soleil (albédo) est très importante (58 %) ce qui peut expliquer les premières erreurs d’estimation faites par les  observateurs.

 

UN RÊVE AMERICAIN

Il est difficile de ne pas revenir sur la découverte de Pluton en 1930 à l’observatoire Lowell à Flagstaff, en Arizona. L’observatoire est créé en 1906 par Percival Lowell, un américain qui a fait fortune et se passionne pour l’astronomie. Son rêve qu’il ne réussira pas à réaliser était de trouver la planète X celle qui serait au delà d’Uranus! En 1928, son successeur Vesto M. Slipher reçoit un jour pour avis des notes d’observations astronomiques d’un amateur. Il s’agit de Clyde Tombaugh, un fils d’agriculteur de 23 ans passionné d’espace depuis son plus jeune âge et qui observe  le ciel avec un télescope bricolé par ses soins. Ses notes impressionnent V.M. Slipher. Un passionné déjà expérimenté est une bonne recrue et c’est une proposition pour entrer dans l’équipe du l’observatoire qu’il reçoit.

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On lui confie les  observations pour trouver la planète X avec un nouveau télescope de 13 pouces qu’il améliore pour l’enregistrement et l’exploitation des clichés. Pas de planète X au point prévu, mais le choix ce cet amateur non diplômé est payant puisqu’en moins d’un an il découvre le 18 février 1930. une autre planète qu’il appelle Pluton. (Avec PL, comme Percival Lowell)
Il lui faudra plus longtemps pour obtenir son doctorat en 1939!
La sonde New Horizons a tenu à saluer la mémoire de Clyde Tombaugh en emportant un peu de ses cendres jusqu’à la ceinture de Kuiper.

 

LA DECEPTION

La neuvième planète avait été découverte par un astronome américain  et cela honorait le milieu astronomique des USA. Aussi, quand devant le nombre croissant de satellites plus grands que Pluton  découverts avec les nouveaux moyens, il fallut revoir la définition de planète du système solaire et en écarter les objets comme Pluton qui appartiennent à la ceinture de Kuiper et qui sont nombreux. (Décision de l’Union Astronomique Internationale de 2006)
Devant la vive déception des astronomes américains, on inventa le terme de planète naine et un statut particulier fut accordé à Pluton en raison de l’importance historique de sa découverte.

 

SONDE NEW HORIZONS

L’envoi de sonde au delà de Neptune est une opération délicate en raison de la distance à parcourir et de l’environnement particulièrement hostile. Envisagés plusieurs fois par la NASA, les engins trans-neptuniens ont  toujours fait les frais des réductions budgétaires. Ce n’est qu’en 2006, qu’un projet a enfin pu aboutir avec la sonde New Horizons lancée le 19 janvier par un puissant Atlas V-550 vers la ceinture de Kuiper  à 50 U.A.  du Soleil. Ceci est un bref résumé. Détails sur l’excellent article: http://fr.wikipedia.org/wiki/New_Horizons

DESCRIPTION DE LA SONDE

L’engin pèse 478 kg et le véhicule a particulièrement été soigné pour supporter l’environnement et rester fiable pendant une dizaine d’années. L’isolation thermique est renforcée, l’énergie électrique est fournie par un générateur à isotopes et les communications sont simplifiées (débit de 1ko/s).
La sonde emporte six expériences scientifiques choisies pour donner les meilleures informations sur la structure et la composition des sols, la géologie et l’atmosphère éventuelle des astres étudiés.
Elles ont pour nom:
Ralph: qui donnera des photos dans le visible et l’infrarouge.
LORRI: le télescope de haute résolution pour analyse de Pluton et Charon.
Alice:  un spectromètre U.V.
PEPSSI:  un détecteur de particules
SWAP:  autre spectromètre pour plasma et vent solaire.
REX:  déformation d’un signal radio par l’atmosphère.
Dust counter:  comptage d’impact durant le déplacement dans l’espace.

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EN ROUTE VERS PLUTON

Une attente éprouvante

Le voyage sera long et sur le parcours, peu d’activités intéressantes pour New Horizons si ce n’est l’approche de Jupiter en 2007 et au passage une poussée bien utile par assistance gravitationnelle.
Ensuite la sonde va sommeiller  jusqu’en 2014, ce qui n’est pas le cas du Centre d’opérations très occupé par la surveillance et les manœuvres. Aux corrections de trajectoire s’ajoutent tous les ans un long check-up des équipements de la sonde.
En 2014, New Horizons quitte l’orbite de Neptune et s’approche de Pluton. Il est l’engin spatial qui est arrivé au plus près de la planète naine et il est temps de se réveiller pour prendre quelques photos déjà très instructives.

La phase d’approche

Elle commence en février 2015, à 150 jours avant le survol du 14 juillet. A ce moment les photos de l’appareil LORRI  ont une meilleure résolution que ce que peut faire Hubble. Des séries de photos sont programmées sur 6,5 jours (une journée sur Pluton) et refaites à 100 jours, 66 jours, 44 jours, avant le survol c-à-d  à chaque amélioration de la résolution de 50%.
A cette même période, l’environnement de Pluton est étudié le mieux possible pour s’assurer qu’il n’y a pas de risque de collision de la sonde avec un astéroïde très nombreux dans cette zone. Le survol à faible distance de la planète sera adapté à cet environnement.

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Le survol de Pluton et Charon

Le passage au plus près est prévu à 14h00 heure française à 11;000 km de Pluton et 27.000 km de Charon. Le programme de mesures sera très intense pendant ces quelques heures. L’appareil LORRI prendra des photos à 2 km/pixel et Alice relèvera le spectre de luminescence de l’atmosphère.
Pendant son éloignement, New Horizons passera derrière Pluton qui lui cachera successivement le Soleil puis la Terre. Ces phases d’occultation seront exploitées par Alice qui fera des mesures de luminescence en l’absence de soleil et par REX qui relèvera le décalage Doppler d’un signal radio émis de la Terre.

La fin des observations

Durant un mois encore des mesures seront faites sur Pluton pendant l’éloignement de la sonde. SWAP fera notamment l’étude du vent solaire tandis que PEPSSI  notera les particules s’échappant de l’atmosphère de la planète. Puis viendra la longue période de transmission vers la Terre des données placées dans la mémoire de masse. Le faible débit de transmission en fait une opération très longue qui ne sera pas terminée avant avril 2016.

 

CONCLUSION

Si cette opération se déroule avec succès selon le programme prévu, nous aurons vécu ces dernières années avec Rosetta et New Horizons deux programmes remarquables faisant progresser notre connaissance de la genèse du système solaire et peut-être des origines de la vie. Nous aurons très vite des photos animées plus précises du couple Pluton-Charon mais pour les autres résultats, de longs mois d’attente et de travail seront nécessaires.
La journée du 14 juillet 2015 est symbolique mais elle sera assez  peu intéressante sur le plan de l’information venant de la sonde avec un signal qui met six heures pour atteindre la Terre et dont on connait le faible débit.  Elle sera toutefois l’occasion de présenter et d’expliquer ce programme au grand public en attendant l’annonce de belles découvertes.

Ne manquez pas de prendre régulièrement des nouvelles de New Horizons!

 

 

Textes : Jack Muller - Illustrations: Internet

crédits image: http://hubblesite.org/gallery http://www.esa.int/