Anomalie Pioneer

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Vue d'artiste d'une sonde Pioneer hors du système solaire

L'anomalie Pioneer (ou effet Pioneer) désigne la différence entre la trajectoire observée et la trajectoire attendue d'un certain nombre de sondes spatiales non pilotées voyageant en dehors du système solaire ou sur ses marges, notamment les sondes Pioneer 10 et 11. Jusqu'en 2011, il n'y avait pas d'explication universellement acceptée de ce phénomène et la possibilité qu'il s'agisse d'un phénomène physique entièrement nouveau était également envisagée. Fin 2012, cependant, la communauté scientifique semblait s'accorder sur une explication nouvelle, liée à la réflexivité de l'antenne.

Observations[modifier | modifier le code]

L'anomalie est mesurée en utilisant l'effet Doppler. Il permet de mesurer une décélération minime, mais constante, de l'ordre de a_p = (8,74±1,33)×10-10 m⋅s-2 vers le Soleil, comme un décalage vers le bleu pour les deux sondes.

Les données provenant de Galileo et d'Ulysses indiquent une anomalie similaire, mais pour diverses raisons (notamment la proximité du soleil), on ne peut pas tirer de conclusions fermes de ces mesures. En effet, ces sondes sont stabilisées grâce à un gyroscope embarqué, comme sur les sondes Voyager ; elles ont donc subi plusieurs corrections de trajectoire destinées à maintenir l'orientation du système de communication vers la Terre. En revanche, l'orientation des sondes Pioneer est stabilisée par effet gyroscopique, c'est-à-dire que c'est la rotation des sondes autour de leur axe longitudinal qui garantit la stabilisation de leur trajectoire. Leur vitesse actuelle peut donc être calculée en connaissant seulement leur vitesse initiale et l'accélération qu'elles ont subie au voisinage des planètes qu'elles ont visitées. C'est pour cette raison que la vitesse des sondes Pioneer est connue avec plus de précision.

Hypothèses[modifier | modifier le code]

Les explications avancées ont été :

une décélération réelle 
  • par des forces gravitationnelles, exercées par :
  • le vent solaire ou la pression des radiations (qui s'exercerait pourtant normalement dans l'autre sens),
  • les frottements avec le milieu (drag en anglais),
  • une fuite de gaz des sondes (dont l'hélium provenant de la fission dans les générateurs) (qui aurait donc tout autant pu les faire accélérer, ou bien pas décélérer toutes les deux),
  • une pression thermique (provenant des générateurs ou d'ailleurs),
  • des erreurs, soit dans la mesure, soit dans le calcul ;
  • un phénomène physique qui n'avait pas encore été observé :
  • une modification de la vitesse de la lumière qui induirait une perturbation de l'effet Doppler utilisé pour mesurer la vitesse de la sonde,
  • des corrections à la métrique de Schwarzschild qui régit l'espace-temps engendré par une masse à symétrie sphérique (ici le Soleil),
  • un phénomène équivalent à l'effet Casimir qui relierait la masse inertielle à l'énergie gravitationnelle du vide, celle-ci elle-même affectée par l'absence de rayonnement de Unruh de grandes longueurs d'onde.
  • Le magazine russe C-news, en 2005 met en évidence deux candidats principaux[1], la théorie MOND et le modèle Cosmos à expansion d'échelle (SEC) de C. Johan Masreliez comme les meilleures explications possibles de l'anomalie, où la «SEC» donne une formule exacte[2]:
a_p=cH_0 ~ 7,5±1×10-10 m⋅s-2.
Scholz (2007) a commenté les résultats de Masreliez[3]. Cette idée est aussi vérifiée dans deux articles de Fahr et Siewert (2008)[4],[5]

Toutes les causes matérielles ont été quantifiées et rejetées en 2006[6].

Les sondes Pioneer n'envoient plus de données, et Galileo a été délibérément désintégrée dans l'atmosphère de Jupiter en 2003. En date de mars 2011, les données des autres missions, telles que Cassini, n'ont rien donné. On a également proposé une mission qui serait dédiée à l'étude de ce phénomène (notamment à l'Agence spatiale européenne) ; cette mission devrait avoir une orbite solaire hyperbolique d'un rayon supérieur à 20 UA.

Développements récents[modifier | modifier le code]

En mars 2011, une équipe italo-portugaise avance une explication nouvelle pour l'anomalie Pionner. Il s'agirait d'un effet lié à la réflectivité de l'antenne de la sonde pointée vers la Terre et donc vers le Soleil étant donné la grande distance à laquelle se trouve la sonde. La chaleur produite par les générateurs thermoélectriques à radioisotope est émise de façon isotrope, mais une fraction significative de celle qui est rayonnée en direction du dos de l'antenne est réfléchie par celle-ci dans la direction opposée, c'est-à-dire vers l'opposé du Soleil, provoquant par réaction une accélération résiduelle vers le Soleil[7].

Cette hypothèse a été confirmée pour la décélération linéaire par l'équipe de Slava Turyshev du Jet Propulsion Laboratory et Viktor Toth, mais leurs calculs ne portaient pas sur la décélération angulaire[8].,[9],[10]. En juillet 2012, cette équipe a encore affiné son modèle, et estime avoir définitivement réglé la question de l'anomalie Pioneer[11] ; ces travaux ont été confirmés par des équipes indépendantes[12].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Le magazine C-news, article concernant le programme Pioneer (2005)
  2. Masreliez C. J.; The Pioneer Anomaly. (2005) Ap&SS, v. 299, no. 1, page 83-108.
  3. Erhard Scholz; Another look at the Pioneer anomaly, ArXiv preprint astro-ph/0701132, 2007 - arxiv.org.
  4. Hans J. Fahr and Mark Siewert; Imprints from the global cosmological expansion to the local spacetime dynamics, Naturwissenschaften, Volume 95, Nr 5, 413-425, (Jan 2008) – Springer
  5. Hans J. and Mark Siewert; Testing the local spacetime dynamics by heliospheric radiocommunication methods, PDF - Ann. Geophys, (Avril 2008).
  6. (fr) Serge Reynaud, « Pioneer et tests de la gravité dans le système solaire », Séminaires "Temps & Espace",‎ 11/ 2006 (consulté le 2/01/2007)
  7. (en) F. Francisco et al., Modelling the reflective thermal contribution to the acceleration of the Pioneer spacecraft, arXiv:1103.5222 Voir en ligne.
  8. L'énigme des sondes Pioneer élucidée, article du quotidien Le Monde, daté du 11 mai 2012.
  9. (en)article de presse de la Planetary Society daté du 19 avril 2012 [1]
  10. (en)article de recherche de l'équipe Slava G. Turyshev, Viktor T. Toth, Gary Kinsella, Siu-Chun Lee, Shing M. Lok, and Jordan Ellis daté du 11 avril 2012 [2]
  11. (en) Support for the thermal origin of the Pioneer anomaly, Slava G. Turyshev et al, Physical Review Letters, accepted 11 April 2012, accessed 19 July 2012
  12. (en) B. Rievers et C. Lämmerzahl, « High precision thermal modeling of complex systems with application to the flyby and Pioneer anomaly », Annalen der Physik, vol. 523, no 6,‎ 2011, p. 439 (DOI 10.1002/andp.201100081, Bibcode 2011AnP...523..439R, arXiv 1104.3985)

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]

  • (en) John D. Anderson et al. ; « Pioneer's anomaly » (ArchiveWikiwixArchive.isGoogleQue faire ?). Consulté le 2013-09-16, revue illustrée en anglais de John D. Anderson (Jet Propulsion Laboratory, NASA) et ses collaborateurs (fichier pdf).
  • (en) Slava G. Turyshev, Michael Martin Nieto, John D. Anderson ; Study of the Pioneer Anomaly: A Problem Set, American Journal of Physics 73 (2005) 1033-1044. Étude simplifiée pour étudiants, présentée sous forme de questions/réponses. Texte complet disponible sur l'ArXiv : physics/0502123.
  • (en) John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev ; Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11, Physical Review D65 (2002) 082004. Étude technique approfondie. Texte complet disponible sur l'ArXiv : gr-qc/0104064.

Article connexe[modifier | modifier le code]

Lien externe[modifier | modifier le code]