Mise à jour (6h49 ET, 11 août) : Cette histoire a été mise à jour avec la nouvelle heure de lancement du 12 août. Le lancement du 11 août a été annulé en raison d’un problème de pression d’hélium de dernière minute.
La sonde solaire Parker de la NASA est un ordinateur de 1 500 livres un peu plus petit qu’une voiture compacte, mais dans les années à venir, elle atteindra des vitesses de 430 000 miles par heure afin de traverser le bord du soleil lui-même. Y arriver n’est pas une tâche facile, et la compréhension du voyage ne l’est pas non plus.
« Je ne sais pas si je peux vraiment vous expliquer comment la trajectoire fonctionne – c’est une belle trajectoire, c’est une trajectoire compliquée », a déclaré à Quartz le Dr Yanping Guo, un chercheur de l’Université Johns Hopkins qui a tracé la trajectoire du vaisseau spatial au cœur du système solaire. « C’est un défi de l’expliquer dans un langage que les autres personnes peuvent comprendre. »
Essayons. Tout d’abord, Guo note que se rendre au soleil est « le plus, le plus difficile de toute l’exploration spatiale ». (Elle sait de quoi elle parle – Guo a également tracé la trajectoire de la sonde spatiale New Horizons qui a voyagé vers Pluton en 2015). Mais cette difficulté n’est pas forcément intuitive. Le soleil est de loin le plus grand corps du système solaire, avec un champ gravitationnel si puissant qu’il maintient littéralement toutes les planètes ensemble. Se faire aspirer devrait être assez élémentaire, non ?
Rappellez-vous cependant que la Terre est en orbite autour du soleil, et rapidement à 19 miles (30 kilomètres) par seconde. Imaginez que vous êtes sur un manège, tournant rapidement autour d’un axe central. Il est beaucoup plus facile de rester sur place, ou d’être projeté vers l’extérieur, que de monter vers le centre. Ces mêmes lois de la physique, décrites par Johannes Kepler et Isaac Newton au XVIIe siècle, régissent le mouvement dans l’espace.
Attachez-vous bien
Restons sur notre manège. La gravité du soleil est cet axe central, qui vous attire, et qui interagit avec votre vitesse sur le bord, vous enfermant dans une orbite. Pour aller à l’intérieur du manège – ou du système solaire – vous devez diminuer votre vitesse pour que l’attraction de l’axe central l’emporte.
Pour la sonde solaire Parker, cela commence avec l’une des fusées les plus puissantes du monde, la Delta IV, construite par United Launch Alliance. Elle projettera la sonde depuis la planète avec plus de 350 tonnes de force derrière elle.
Tout objet partant de la Terre partage normalement l’orbite de la planète, mais Delta IV lancera la sonde dans la direction opposée. Cette manœuvre ralentira la sonde, bien que l’attraction de la Terre soit encore si puissante que l’engin spatial continuera à l’accompagner pendant un certain temps. Selon Guo, cette manœuvre s’apparente à « appliquer des freins sur une voiture qui roule vite, ce qui réduit la vitesse orbitale de l’engin spatial mais ne change pas beaucoup sa direction de déplacement. »
C’est là que les choses deviennent vraiment intéressantes. Même le fait de freiner dès le départ ne permettra pas à la sonde solaire de s’approcher suffisamment du soleil en temps voulu. Nous devons faire intervenir d’autres planètes.
Assistance en orbite deux
Les premiers plans de la mission solaire Parker reposaient sur une manœuvre appelée » assistance gravitationnelle « , qui serait effectuée autour de Jupiter.
Le concept est simple : Jupiter est une énorme planète, qui orbite à 8 miles (13 kilomètres) par seconde. Une sonde spatiale peut voler dans le champ de gravité de Jupiter et être tirée vers l’avant, capturant une partie de cette vitesse, avant de fronde autour de la planète et de revenir vers le soleil. Imaginez un ami très fort vous projetant au centre de ce manège.
Ce plan nécessitait cependant d’équiper la sonde de l’énergie nucléaire, car les panneaux solaires nécessaires pour recueillir l’énergie aussi loin que Jupiter seraient trop grands. La NASA ne voulait pas dépenser l’argent, ni ses rares réserves de plutonium.
Cela signifiait qu’une trajectoire différente était nécessaire – et c’est là que Guo est intervenu. En 2007, la plupart des gens pensaient que seule une assistance gravitationnelle de Jupiter pouvait amener une sonde vers le soleil. Guo a réalisé qu’avec une planification minutieuse, la sonde pouvait également utiliser Vénus pour atteindre ses objectifs. Plutôt que d’arriver derrière Jupiter pour prendre de la vitesse, la sonde passerait devant Vénus, ralentissant au fur et à mesure qu’elle serait tirée vers l’arrière.
Sauf que Vénus est une planète plus petite que Jupiter, et n’a pas autant d’énergie à partager. L’utiliser pour ralentir la sonde suffisamment pour se rapprocher du soleil nécessitera sept passages différents – un nombre record.
Ligner la sonde de façon à ce que chaque orbite passe devant Vénus au moment et à la vitesse parfaits est connu sous le nom de « problème de mise en phase », une tâche difficile qui nécessite de nombreux calculs. Fait remarquable, la trajectoire de Guo ne nécessite pas que la sonde effectue des manœuvres supplémentaires dans l’espace lointain. Au lieu de cela, tout est déterminé par les assistances gravitationnelles – un coup de billard parfait qui s’incline sept fois avant de toucher la poche.
« Je suis en fait surpris qu’il n’y ait pas de manœuvre dans l’espace lointain », déclare le professeur du MIT Richard Binzel, un scientifique planétaire qui travaille sur la mission New Horizons. « Il s’agit d’une trajectoire très précise : si l’on s’approche trop près, la planète nous tire jusqu’à l’intérieur. Vous enfilez l’aiguille pour obtenir juste la bonne traction de la planète. »
En plus de répondre à l’exigence clé de ne dépendre que de l’énergie solaire, la conception unique de Guo présente d’autres avantages : Elle passera près du soleil 24 fois, au lieu de deux seulement, et chaque passage la rapprochera progressivement, permettant aux scientifiques de calibrer leurs instruments pour plus de précision.
Pour toucher le soleil
Alors, comment cette sonde, vouée à ralentir, bat-elle des records de vitesse ? La réponse se trouve également dans les orbites. Chaque fois que la sonde ralentit lors d’un passage autour de Vénus, la gravité du soleil l’attire un peu plus près. Comme l’explique Kepler, plus un vaisseau spatial se rapproche du corps autour duquel il gravite, plus il va vite par rapport à ce corps. Le vaisseau spatial traverse la même distance angulaire autour du soleil, mais à mesure qu’il se rapproche, l’espace réel traversé se rétrécit.
Sur son orbite la plus proche, à moins de 4 millions de miles du soleil, la sonde devrait aller jusqu’à 430 000 miles par heure. Cela battra les records de vitesse également établis par les engins spatiaux de la NASA qui ont tourné autour du soleil. Helios 2, le précédent détenteur du record, a atteint 253 000 miles par heure lors d’un voyage autour de notre étoile en 1976.
Si le record de l’objet le plus rapide fabriqué par l’homme est impressionnant, ce n’est pas ce qui motive les scientifiques qui ont conçu ce projet, ni les ingénieurs qui vont l’exécuter. L’idée d’envoyer un robot pour explorer le soleil circule à la NASA depuis au moins 1958, lorsque le scientifique Eugene Parker a théorisé (paywall) que le soleil envoie un flux massif de particules chargées dans l’espace, appelé « vent solaire ». Davantage de données sur la couronne, le plasma super chaud qui entoure le soleil et produit cette météo solaire, pourrait nous aider à la comprendre – et à protéger notre infrastructure électrique des orages magnétiques dangereux.
Pour de nombreux scientifiques qui ont travaillé sur Parker Solar, le lancement prévu à 3h31 aujourd’hui (12 août) sera l’aboutissement de décennies de travail. « Je connaissais beaucoup de gens qui ont travaillé sur cette mission pendant longtemps », dit Guo, qui a elle-même travaillé sur la mission depuis 2007. « Je me suis sentie très chanceuse – j’ai fait une étude, et je vais aussi pouvoir participer au développement, et maintenant nous sommes presque en train de monter la sonde pour l’amener vers le soleil. Comme c’est excitant ! »
Correction : Dans une version précédente de cet article, la vitesse orbitale de Jupiter était erronée.
Correction : la vitesse orbitale de Jupiter est une donnée erronée.