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VOYAGER MISSION Le Grand Tour des Planètes Géantes
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SOMMAIRE
La présentation de la mission ............................................................................................................................ 3 La fiche technique .............................................................................................................................................. 7 L’instrumentation .................................................................................................................................................. 8 La carte d’identité de Jupiter ......................................................................................................................... 10 La carte d’identité de Saturne ........................................................................................................................ 11 La carte d’identité d’Uranus ............................................................................................................................ 12 La carte d’identité de Neptune ...................................................................................................................... 13 Les sources ........................................................................................................................................................... 14
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LA PRESENTATION DE LA MISSION
es calculs réalisés par Gary Flandro, alors âgé de 24 ans, ont montré qu’il y aurait un alignement exceptionnel des planètes géantes à la fin des années
70, ce qui n’arrive que tous les 175 ans. Cet alignement permettrait de survoler les planètes géantes les unes après les autres grâce à l’assistance gravitationnelle expérimentée avec succès sur la mission Mariner 10. C’est pour profiter de cet alignement que la Nasa a décidé de développer la mission « Grand Tour » qui devait comprendre à l’origine quatre sondes. En 1972, le Congrès américain n’a toute fois autorisé que la construction de deux sondes pour survoler Jupiter et Saturne uniquement. Ces sondes étaient à l’origine inscrites dans le cadre du programme Mariner
comme étant Mariner 11 et 12. Au fil du développement des engins, le design a assez évolué que pour les rebaptiser Voyager 1 et 2. Mais avant de lancer la mission Voyager, la Nasa a voulu s’assurer que ses sondes passeraient sans encombre la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter et survivraient au survol de Jupiter réputée pour être la planète ayant le champ magnétique le plus puissant du système solaire. C’est dans cette optique qu’ont été conçues les missions Pioneer 10 et 11 lancées avec succès en 1972 et 1973. Leur bon fonctionnement durant tout leur voyage a rassuré les responsables de la mission Voyager.
Le 20 août 1977, Voyager 2 est la première à partir. Elle a été lancée par une fusée Titan IIIE équipée d’un étage Centaur. Quelques jours plus tard, c’est au tour de Voyager 1 de s’élancer pour les profondeurs du système solaire. Avec l’espoir que des fonds soient débloqués pour un survol d’Uranus et Neptune, la Nasa a placé Voyager 2 sur une route qui lui permettrait de survoler les quatre géantes gazeuses en 12 ans alors que Voyager 1 ne pourrait survoler que Jupiter et Saturne. Le lancement réussi des deux sondes a sonné le coup d’envoi d’un gigantesque billard cosmique qui se prolongerait sur une période de 12 ans. En mars 1979, Voyager 1 arrive dans les parages de Jupiter qu’elle survole à 280 000 km de distance. Pour la première fois, les astronomes découvrent avec étonnement la
diversité des lunes qui orbitent autour de la planète géante. Alors qu’ils s’attendaient à voir des mondes aussi morts géologiquement que la Lune, ils ont eu la surprise de voir que les satellites naturels de Jupiter étaient géologiquement actifs. Europa est considérée comme la boule de billard en raison de sa surface qui est la plus lisse du système solaire. Son albédo ne laisse aucun doute. Sa surface est recouverte de glace d’eau très réfléchissante. Certains se prennent même
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Maquette de la sonde Voyager – Photo Nasa
La grande tache rouge vue en fausses couleurs par la sonde Voyager 1 – Photo Nasa
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à rêver d’un océan d’eau liquide recouvert par une couche épaisse. Quinze ans plus tard, la sonde Galileo confirmera avec une certitude élevée ce que certains avaient osé imaginer à la veille des années 80. Io est tout aussi surprenant avec la découverte d’une surface dépourvue de cratères et recouvertes de certaines taches qui laissent échapper des jets de gaz et de matière. Io est le second astre volcanique après la Terre. Voyager 2 suivra quatre mois plus tard à 645 000 km de distance de la planète.
Le billard cosmique continue avec le survol de Saturne par Voyager 1 en novembre 1980 (124 000 km de distance de la planète) et Voyager 2 en août 1981 (101 000 km de distance de la planète). Tout comme pour Jupiter, la surprise viendra non pas de la planète elle-même mais essentiellement de ses lunes. Les scientifiques découvrent Titan, un satellite naturel recouvert d’une épaisse couche atmosphérique plus dense que celle qui enveloppe la Terre. C’est la première fois que l’on découvre une lune recouverte d’une atmosphère. Japet a aussi laissé les scientifiques pantois. L’une de ses faces est d’une couleur très foncée alors que la face opposée est d’un blanc quasi immaculé. Du côté de Saturne, les anneaux tiennent la vedette. Longtemps, on a pensé qu’ils étaient relativement larges en raison de
l’image diffuse qu’on peut en avoir depuis la Terre. Mais les images fournies par Voyager montreront le contraire. Les anneaux que l’on voit depuis la Terre sont composés d’un nombre incalculable d’anneaux très fins. Saturne était la dernière planète visitée par Voyager 1. Le rebond gravitationnel qu’elle a subi en survolant Saturne l’a conduit sur une route qui la mène en dehors du système solaire.
Alors que Voyager 1 fonce vers les limites du système solaire, Voyager 2 continue son petit bonhomme de chemin. Le 24 janvier 1986, Voyager 2 survole Uranus à 71 000 km de distance. Si jusqu’ici, les responsables de la mission ont été émerveillés par les découvertes faites autour de Jupiter et Saturne, Uranus déçoit. La planète est recouverte d’une épaisse couche de brouillard qui ne laisse entrevoir aucune structure dans l’atmosphère. Ils se consoleront avec l’observation de certaines lunes comme Miranda qui semble s’être construites à partir de gros blocs. Les spécialistes pensent qu’à une époque, un astéroïde serait entré en collision avec Miranda, la cassant en plusieurs gros blocs. L’attraction a permis de « relier » à nouveau ces blocs, offrant des reliefs particulièrement vertigineux pour un astre aussi petit. Ce survol quelque peu décevant pour la Nasa a été toutefois un lot de consolation après l’accident
de la navette Challenger survenu quelques jours plus tard. Après la déception vécue pendant le survol d’Uranus, les planétologues espéraient renouer avec les heures passionnantes du début des années 80. Avec Neptune, ils n’ont pas été déçus. En s’approchant de sa dernière cible en août 1989 (1 300 km), Voyager 2 a commencé à envoyer des images de la dernière géante gazeuse. Les premiers clichés montraient l’existence de système cyclonique à l’instar de la Grande Tache Rouge de Jupiter. Deux taches très sombres entourées de nuages blancs parcourent l’atmosphère bleuie par le méthane. Tout comme pour les
Saturne et quelques-unes de ses lunes – Photo Nasa
La verte planète Uranus – Photo Nasa
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précédentes lunes des géantes gazeuses, la sonde Voyager 2 s’est également penchée sur celles de Neptune.
La plus connue est Triton. Elle a particulièrement surpris en raison de l’existence d’un cryovolcanisme. Ce nouveau type de volcan est différent de ceux que nous connaissons sur Terre. Au lieu d’émettre des gaz et du magma chauffé à plusieurs centaines de degrés, les cryovolcans ne crachent que de la matière particulièrement froide. Leur existence a été révélée par les panaches noires qui assombrissent par endroit la surface de Triton. Avec Neptune, toutes les planètes du système solaire ont été visitées au moins une fois. Les enseignements tirés lors du Grand Tour réalisé par les sondes Voyager ont permis de déffricher le terrain pour les missions telles que Galileo qui a étudié le monde de Jupiter de décembre 1994 à septembre 2003 ou encore Cassini en orbite autour de Saturne depuis juillet 2004.
Voyager 1 et 2 ont permis de découvrir trois nouvelles lunes autour de Jupiter (Thebe, Adrastea et Metis), quatre autour de Saturne (Atlas, Prometheus, Pandora et Pan), onze autour d’Uranus (Cordelia, Ophelia, Bianca, Cressida, Desdemona, Juliet, Portia, Rosalind, Belinda , Perdita et Puck) et six autour de Neptune (Naiad, Thalassa, Despina, Galatea, Larissa et Proteus). Depuis 1980 pour l’une et 1989 pour l’autre, le voyage continue. Il les conduira en dehors du système solaire un jour ou l’autre. Mais avant le grand départ vers l’inconnu, Voyager 1 s’est retournée une dernière fois et nous a offert un cliché de la Terre vue à 5,5 milliards de km.
Le 16 décembre 2004, Voyager 1 a dépassé officiellement le « Choc Thermal », là où les particules de vent solaire supersoniques sont ralenties à des vitesses subsoniques par le milieu interstellaire. Quant à Voyager 2, le « Choc Thermal » a été atteint le 30 août 2007. Approximativement d’ici 2020, elles devraient atteindre la limite de l’héliosphère, appelée l’héliopause. A partir de ce moment là, les sondes entreront dans le milieu interstellaire. Les responsables de la mission espèrent pouvoir garder contact avec les sondes jusqu’à ce moment là.
Neptune la bleue et sa Tache Sombre – Photo Nasa
L’héliosphère et le mission interstellaire – Photo Nasa
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Voyager 1 passera près de l'étoile AC+79 3888 dans la constellation de la Girafe dans 40 000 ans et Voyager 2 rendra visite à Sirius située à 8,6 années lumière de la Terre dans 296 000 ans.
LE VOYAGE DES SONDES VOYAGER
CIBLE VOYAGER 1 VOYAGER 2 Lancement
Jupiter
Saturne
Uranus
Neptune
Choc thermal
Prochaine cible
05/09/1977
05/03/1979
12/11/1980
-
-
16/12/2004
Dans 40 000 ans
20/08/1977
10/07/1979
26/08/1981
24/01/1986
24/08/1989
30/08/2007
Dans 296 000 ans
Les sondes ont aussi emporté avec elles un petit bout de l’Humanité. En effet, la Nasa a fait graver spécialement deux disques de cuivre plaqué or contenant 116 images (animaux, humains, végétaux, bâtiments entre autres) ainsi qu’une série d’enregistrements sonores allant de Mozart à la chanson Johnny B. Goode de Chuck Berry en passant par un message de salutation en 55 langues ainsi que divers bruits et messages enregistrés par le Président américain Jimmy Carter ou le secrétaire général des Nations unies, Kurt Waldheim.
Le couvercle du disque – Photo Nasa
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LA FICHE TECHNIQUE
es sondes Voyager ont été construites dans les locaux du Jet Propulsion Laboratory (Nasa) à Pasadena en Californie en se basant sur des technologies éprouvées lors des missions Mariner des années 70.
DIMENSIONS Hauteur: 3,8 m Diamètre antenne: 3,7 m MASSE Au lancement: 2 080 kg En orbite: 815 kg STABILISATION Triaxiale DUREE DE VIE Optimale: 5 ans PUISSANCE Trois Radioisotope Thermoelectric Generator fournissant 470 W STATIONS DE POURSUITE Deep Space Network constitué d’une station de poursuite située en Californie, à Madrid (Espagne) et Canberra (Australie) CONTROLE Jet Propulsion Laboratory (Californie) COUT Coût de la mission: 895 millions $ depuis la construction des deux sondes jusqu’à aujourd’hui
VOYAGER EN CHIFFRES
PHOTOS VOYAGER 1 VOYAGER 2
Jupiter et ses lunes 19 000 15 000
Saturne et ses lunes 17 000 17 500
Uranus et ses lunes - 6 000
Neptune et ses lunes -
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Préparation Voyager – Photo Nasa
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L’INSTRUMENTATION
ISS (Imaging Science) Objectifs: Système de comprenant deux caméras fonctionnant à travers 8 filtres différents. L’une fonctionne en plan large et l’autre en plan étroit UVS (Ultraviolet Spectrometer) Objectifs: Spectromètre ultraviolet destiné à détecter la présence de certains atomes ou ions MAG (Triaxial Fluxgate Magnetometer) Objectifs: Magnétomètre servant à mesurer le champ magnétique d’une planète (forme, intensité) ainsi que l’interaction qu’il peut avoir avec les satellites naturels et les anneaux LECP (Low-Energy Charged Particles) Objectifs: L’instrument est un détecteur de particules à faible énergie destiné à l'étude des rayons cosmiques, du vent solaire CRS (Cosmic Ray System) Objectifs: L’instrument est un détecteur de particules destiné à l'étude des rayons cosmiques PRA (Planetary Radio Astronomy) Objectifs: Récepteur d’ondes radio fonctionnant dans la gamme des fréquences allant de 20,4 kHz à 1300 kHz et de 2,3 MHz à 40,5 MHz afin d’écouter les signaux émis par le Soleil, les planètes ainsi que leur magnétosphère PPS (Photopolarimeter System) Objectifs: Instrument servant à mesurer l'intensité et la polarisation de la lumière de huit longueurs d'onde entre 235 nm et 750 nm. Il a servi pour l’étude de l’atmosphère des planètes, les anneaux ainsi que la composition et texture de la surface des satellites naturels. Il a été mis à contribution pour la recherche d’aurores polaires et d’éclairs PWS (Plasma Wave System) Objectifs: Il joue le même rôle que le PRA mais dans la gamme des fréquences allant de 10 Hz à 56 kHz. IRIS (Infrared Interferometer Spectrometer) Objectifs: Spectromètre infrarouge qui a pour objectif de déterminer la température d’un corps mais aussi repérer les différents composants d’une atmosphère ainsi que mesurer la proportion de la lumière solaire reçue par un corps qui est réfléchie par ce dernier PLS (Plasma Spectrometer) Objectifs: L’instrument est un détecteur de particules destiné à l'étude des rayons cosmiques, du vent solaire ainsi que la magnétosphère des planètes survolées
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CARTE D’IDENTITE DE JUPITER
Découvert par: - Découverte le: - Position Distance moyenne du Soleil: 778 412 020 km (5,20336 A.U.) Distance maximale du Soleil: 816 081 400 km (5,455 A.U.) Distance minimale du Soleil: 740 742 600 km (4,952 A.U.) Orbite Période de rotation sidérale (jour): 09:50:00 Période de révolution sidérale (année): 11 ans 314,84 jours Vitesse moyenne orbitale: 47 051 km/h Excentricité de l'orbite: 0,04839 Inclinaison sur l'écliptique: 1° 305’ Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 3° 12’ Circonférence orbitale: 4 774 000 000 km Mesures Diamètre équatorial: 142 984 km Circonférence équatoriale: 449 197 km Volume: 1 425 500 000 000 000 km³ Masse: 1,8987 x 1027 kg Densité: 1,33 g/cm³ Surface: 62 179 600 000 km² Gravité Gravité à la surface à l'équateur: 20,87 m/s² Vitesse d'évasion: 214 300 km/h Composition Composition: rocheux (+/- 17 %), hydrogène métallique (+/- 52 %), atmosphère (+/- 31 %) Atmosphère Températures: -148 °C Pression atmosphérique: + million de bars Composition: H2 (82 %), reste en He, méthane, éthane, … Vitesse des vents: 640 km/h Informations supplémentaires Champ magnétique: 10 000 x Terre Satellites: 62 Anneaux: 1 Aplatissement: 0,0649 Albédo: 0,52 Flux d'énergie provenant du Soleil: 51 W/m²
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CARTE D’IDENTITE DE SATURNE
Découvert par: - Découverte le: - Position Distance moyenne du Soleil: 1 426 725 400 km (9,53707 A.U.) Distance maximale du Soleil: 1 503 983 000 km (10,054 A.U.) Distance minimale du Soleil: 1 349 467 000 km (9,021 A.U.) Orbite Période de rotation sidérale (jour): 10:39:00 Période de révolution sidérale (année): 29 ans 167 jours Vitesse moyenne orbitale: 34 821 km/h Excentricité de l'orbite: 0,0541506 Inclinaison sur l'écliptique 2° 484’ Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 26° 73’ Circonférence orbitale : 8 725 000 000 km Mesures Diamètre équatorial: 120 536 km Circonférence équatoriale: 378 675 km Volume: 827 130 000 000 000 km³ Masse: 5,6851 x 1026 kg Densité: 0,7 g/cm³ Surface: 43 466 000 000 km2 Gravité Gravité à la surface à l'équateur: 7,207 m/s² Vitesse d'évasion: 127 760 km/h Composition Composition: noyau rocheux (+/- 5,5 %), hydrogène métallique (+/- 47 %), atmosphère (+/- 47,5 %) Atmosphère Températures: -178 °C Pression atmosphérique: + million de bars Composition: H2 (80 %), He (11 %), méthane, éthane, … Vitesse des vents: 1 800 km/h Informations supplémentaires Champ magnétique: 2,2 x 10-5 x Terre Satellites: 61 Anneaux: 8 principaux Aplatissement : 0,098 Albédo: 0,47 Flux d'énergie provenant du Soleil: 15 W/m²
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CARTE D’IDENTITE D’URANUS
Découvert par: William Herschel Découverte le: 13/03/1781 Position Distance moyenne du Soleil: 2 870 972 200 km (19,191 A.U.) Distance maximale du Soleil: 3 006 390 000 km (20,096 A.U.) Distance minimale du Soleil: 2 735 560 000 km (18,286 A.U.) Orbite Période de rotation sidérale (jour): 17:14:00 (rétrograde) Période de révolution sidérale (année): 84 ans 7 jours Vitesse moyenne orbitale: 24 607 km/h Excentricité de l'orbite: 0,047168 Inclinaison sur l'écliptique: 0° 77’ Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 97° 86’ Circonférence orbitale: 17 620 000 000 km Mesures Diamètre équatorial: 51 118 km Circonférence équatoriale: 160 592 km Volume: 69 142 000 000 000 km³ Masse: 8,6849 x 1025 kg Densité: 1,3 g/cm³ Surface: 8 115 600 000 km² Gravité Gravité à la surface à l'équateur: 8,43 m/s² Vitesse d'évasion: 76 640 km/h Composition Composition: noyau rocheux (+/- 25 %), couche de glace (+/- 38 %), atmosphère (+/- 37 %) Atmosphère Pression atmosphérique: < 100 000 bars Composition: H2 (85 %), reste en He, méthane, éthane, … Informations supplémentaires Champ magnétique: Champ magnétique dipolaire Satellites: 27 Anneaux: 11 Aplatissement: 0,023 Albédo: 0,51 Flux d'énergie provenant du Soleil: 3,71 W/m²
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CARTE D’IDENTITE DE NEPTUNE
Découvert par: Johann Galle Découverte le: 23/09/1846 Position Distance moyenne du Soleil: 4 498 252 900 km (30,069 A.U.) Distance maximale du Soleil: 4 536 870 000 km (30,327 A.U.) Distance minimale du Soleil: 4 459 630 000 km (29,811 A.U.) Orbite Période de rotation sidérale (jour): 16:03:00 Période de révolution sidérale (année): 164 ans 280,3 jours Vitesse moyenne orbitale: 19 720 km/h Excentricité de l'orbite: 0,0859 Inclinaison sur l'écliptique: 1° 769’ Inclinaison de l'équateur sur l'orbite: 29° 58’ Circonférence orbitale: 28 142 000 000 km Mesures Diamètre équatorial: 49 528 km Circonférence équatoriale: 155 597 km Volume: 62 526 000 000 000 km3
Masse: 1,0244 x 1026 kg Densité: 1,76 g/cm3
Surface: 7 640 800 000 km2
Gravité Gravité à la surface à l'équateur: 10,71 m/s2
Vitesse d'évasion: 85 356 km/h Composition Composition: noyau rocheux (+/- 25 %), couche de glace (+/- 47 %), atmosphère (+/- 28 %) Atmosphère Températures: -214 °C Pression atmosphérique : < 100 000 bars Composition : H2 (75 %) et le reste en He, méthane, éthane, … Vitesse des vents: 2 200 km/h Informations supplémentaires Champ magnétique: 1,4 x 10-5 x Terre. Satellites: 13 Anneaux: 4 Aplatissement: 0,0171 Albédo: 0,41 Flux d'énergie provenant du Soleil: 1,47 W/m2
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LES SOURCES
http://voyager.jpl.nasa.gov/http://www.destination-orbite.net/planetologie/index.phphttp://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Jupiterhttp://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Saturnhttp://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/Uranushttp://photojournal.jpl.nasa.gov/targetFamily/NeptuneSpace Connection 3 Dictionnaire de l’Astronomie et de l’Espace Deep Space Chronicle - A Chronology of Deep Space and Planetary Probes 1958–2000 Wikipedia Atlas de Géographie de l’Espace
