Ulysses (sonde spatiale) - astronomie.

Ulysses (sonde spatiale) - astronomie. 1 PRÉSENTATION Ulysses (sonde spatiale), nom donné à une sonde interplanétaire et à sa mission, dont le but est de mesurer le vent solaire et le champ magnétique au-dessus des pôles du Soleil pendant des périodes tant de haute que de faible activité solaire. La mission Ulysses est un projet commun de l'Agence spatiale européenne (ESA) et de la National Aeronautics and Space Administration (NASA). Lancée en octobre 1990 depuis la navette spatiale Discovery, Ulysses est d'abord envoyée vers Jupiter, utilisée comme tremplin gravitationnel pour infléchir la trajectoire de la sonde sur une route perpendiculaire au plan de l'écliptique (le plan dans lequel presque toutes les planètes ont leur orbite autour du Soleil). Ulysses est le premier vaisseau spatial à suivre une telle route. Au cours des premières étapes de la planification du projet, la mission Ulysses portait le nom de « mission internationale de recherche sur les pôles solaires «, mais en 1984 on la rebaptisa Ulysses en hommage au héros grec de même nom, qui s'interrogeait sur la présence de régions inconnues au-delà du Soleil. Ulysses est passé près de Jupiter en 1992 et près du Soleil en 1994-1995. Il est prévu qu'il repasse à proximité de Jupiter en 1998 et du Soleil en 2001. 2 LA SONDE ULYSSES L'élément central de la sonde Ulysses mesure 2,14 m de haut, 3,33 m de large et 3,24 m de long. À l'intérieur se trouvent les systèmes de contrôle, des instruments scientifiques et un réservoir de carburant de 33,5 kg plein d'hydrazine, utilisée par de petits moteurs-fusées pour corriger la trajectoire de la sonde. Montée sur l'élément central, une parabole de 1,65 m de diamètre sert pour les communications entre la sonde et le centre de contrôle sur Terre. Sur l'un des côtés d'Ulysses se trouve un petit réacteur nucléaire d'une puissance électrique de 280 watts servant à alimenter les instruments et les organes de contrôle. Les instruments sensibles aux radiations sont montés sur un bras radial de 5,5 m s'étendant du côté de l'élément central opposé au réacteur. Les instruments embarqués représentent 55 kg sur les 366 que pèse la sonde. Quatre instruments sont montés sur le bras opposé au réacteur. Deux magnétomètres sont utilisés pour mesurer les champs magnétiques du Soleil et de Jupiter lorsque la sonde passe à leur proximité. Le GRB, instrument de l'expérience « rayons X solaires et sursauts gamma «, recueille des données sur les rayons X et les rayons gamma cosmiques produits par les éruptions solaires et l'URAP, instrument de l'expérience « ondes plasma et radio «, détecte les ondes radio de grandes longueurs d'onde émises par des sources très éloignées et les fréquences d'ondes plasma courtes produites à proximité du Soleil par les éruptions solaires. L'URAP sert également à rechercher l'origine des ondes radio émises par Jupiter. Au cours du vol, une antenne filaire de 72 m et une antenne axiale de 7,5 m ont également été déployées. L'élément central contient cinq instruments. Le SWOOPS, instrument de l'expérience « plasma du vent solaire «, mesure le vent solaire, c'est-à-dire le nombre et l'énergie des particules émises par le Soleil. Le SWICS, spectromètre d'étude de la composition ionique du vent solaire, mesure la température et l'ionisation (la charge électrique) d'atomes lourds comme l'oxygène, le silicium et le fer dans le vent solaire. L'EPAC, instrument d'étude de la composition des particules énergétiques, détecte des ions d'énergie moyenne (des particules électriquement chargées) dans le vent solaire. L'EPAC détecte également les atomes d'hélium qui viennent d'au-delà du système solaire. Le HI-SCALE, instrument héliosphérique d'étude de la composition spectrale et de l'anisotropie des ions et électrons de faible énergie, mesure les ions interplanétaires de faible énergie et les électrons de haute énergie libérés par les éruptions solaires. Le COSPIN, instrument d'études des rayons cosmiques et des particules solaires, est conçu pour détecter et caractériser les rayons cosmiques, une large gamme de diverses particules émises par le Soleil, et les particules émises par Jupiter. 3 LA MISSION ULYSSES Les astronomes savent depuis de nombreuses années que le champ magnétique du Soleil est semblable à celui d'une énorme barre aimantée dont l'axe polaire serait perpendiculaire au plan de l'écliptique, le plan dans lequel se trouvent l'orbite de la Terre et celles de la plupart des autres planètes (voir Solaire, Système). Toutefois, les explorations spatiales précédentes ont été confinées à l'écliptique, ce qui fait que l'on n'a aucune mesure directe des champs magnétiques régnant au-dessus des pôles solaires ni des vents solaires émis depuis les régions polaires du Soleil. La mission Ulysses est conçue pour envoyer une sonde spatiale en orbite polaire autour du Soleil et mesurer directement le vent solaire et le champ magnétique de ses pôles. Les sondes précédentes ayant exploré le système solaire, comme les sondes américaines Galileo, Pioneer, Voyager et Mariner, ont atteint des vitesses suffisamment élevées pour atteindre l'orbite solaire étant lancées dans la même direction que celle de la Terre dans sa rotation autour du Soleil. Ces sondes ont donc principalement utilisé la Terre comme tremplin et il a suffi de leur ajouter une poussée supplémentaire relativement faible pour leur permettre d'échapper à la gravitation terrestre. Pour les ingénieurs planifiant le vol d'Ulysses, les choses n'étaient toutefois pas si simples, car la trajectoire envisagée -- presque perpendiculaire au plan de l'écliptique -- ne permet pas d'utiliser la vitesse orbitale de la Terre pour fournir à Ulysses la vitesse requise. Bien au contraire, il faut compenser cette vitesse orbitale pour mettre Ulysses dans la bonne direction. Parvenir à cet objectif avec des moyens classiques imposerait l'usage de fusées beaucoup plus puissantes qu'aucune de celles utilisées aujourd'hui. C'est pourquoi, les ingénieurs responsables du vol d'Ulysses ont mis au point un itinéraire amenant d'abord la sonde jusqu'à Jupiter. Le champ gravitationnel de Jupiter sert alors de tremplin pour infléchir la trajectoire de la sonde avec un angle et une vitesse suffisante pour l'amener à parcourir une orbite polaire autour du Soleil (voir Gravitation). Ulysses est lancée le 6 octobre 1990 depuis la navette spatiale Discovery sur une orbite terrestre élevée. Trois fusées lui fournissent l'accélération nécessaire pour atteindre la vitesse de libération de l'orbite terrestre (11,3 km/s) et rejoindre Jupiter. La trajectoire initiale de la sonde est orientée légèrement vers le nord de l'écliptique. Après 16 mois de trajet, en février 1992, Ulysses passe au-dessus du pôle Nord de Jupiter. La gravité de Jupiter infléchit alors sa trajectoire selon un arc dirigé vers le sud qui fait passer la sonde autour de Jupiter et au-dessus de son pôle Sud, puis sur une trajectoire presque perpendiculaire au plan de l'écliptique et dirigée vers le Soleil. En novembre 1994, Ulysses passe presque directement au-dessus du pôle Sud du Soleil à une distance équivalant à environ une fois et demie le rayon de l'orbite de la Terre autour du Soleil. La gravité solaire infléchit alors la trajectoire de la sonde vers son pôle Nord. En juillet 1995, la sonde passe au-dessus du pôle Nord du Soleil. Ensuite, elle repart vers l'orbite de Jupiter, qu'elle croise à nouveau en 1998. Le premier passage d'Ulysses à proximité du Soleil a lieu entièrement pendant une période de faible activité solaire, tandis que le second (en 2000-2001) se déroule pendant une période d'intense activité. Le vol d'Ulysses est coordonné avec celui de l'Observatoire solaire et héliosphérique (Solar and Heliospheric Observatory, SoHO), sonde lancée en 1995 par l'ESA afin d'observer la couronne et les vents solaires. Affaiblie par manque d'énergie après 18 ans de vol, la sonde Ulysses ne peut plus, en 2008, assurer toutes ses fonctions ; le mission est maintenue par la NASA et l'ESA, mais en « capacités réduites «. 4 RÉSULTATS Avant la mission Ulysses, on pensait que l'intensité des vents solaires était plus importante au niveau des pôles du Soleil qu'au niveau de l'écliptique. Mais les mesures renvoyées par Ulysses indiquent qu'ils ne varient pratiquement pas avec la latitude. De même, on croyait que les lignes de force du champ magnétique solaire à ses pôles étaient prolongées dans l'espace par les vents solaires, augmentant ainsi la force de ce champ magnétique au-dessus des pôles. Les mesures ont cependant montré que les forces de pression dues aux gaz ionisés des vents solaires ont tendance à compenser l'intensité du champ magnétique du Soleil. Les données recueillies par Ulysses ont également révélé la présence au-dessus des pôles d'ondes magnétiques de grande amplitude qui dispersent fortement les rayons cosmiques. Au cours de ses passages rapprochés au niveau de Jupiter, Ulysses a mesuré la magnétosphère et les ceintures de radiation qui entourent la planète ainsi que les particules ionisées qui émanent d'un de ses satellites, Io. Le SWICS a détecté une concentration d'hélium 3 dans l'espace interplanétaire plus faible que celle à laquelle les astronomes s'attendaient. Ce résultat pourrait indiquer que l'Univers contient plus de matière noire, c'est-à-dire de matière indétectable à l'observation des radiations électromagnétiques, qu'on ne le pensait jusqu'ici. Ulysses a également servi à étudier la comète d'Hale-Bopp, observée pour la première fois en 1995. Le plan de l'orbite d'Hale-Bopp forme un angle important avec celui de l'écliptique, et la trajectoire d'Ulysses lui a permis de prendre des images de la comète pendant qu'elle tournait autour du Soleil. Les astronomes se sont particulièrement intéressés à la queue de plasma d'Hale-Bopp, un panache de gaz ionisés (chargés électriquement) faisant partie de la queue qui s'éloigne de la comète quand elle s'approche à moins d'environ 1,5 UA (unité astronomique) du Soleil. Ils ont découvert que la queue de plasma se désolidarise de la comète quand celle-ci passe à travers une région dans laquelle le champ magnétique du Soleil s'inverse. En observant la réaction de Hale-Bopp aux vents solaires, les astronomes ont obtenu des informations précieuses tant sur la comète que sur le champ magnétique du Soleil. Microsoft ® Encarta ® 2009. © 1993-2008 Microsoft Corporation. Tous droits réservés.