Articles de dimitri1977
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Actualité de l'astronomie du 13.01.2021 / Un nouveau type d'étoile découvert dans notre galaxie.
- Par dimitri1977
- Le 13/01/2021
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Un nouveau type d'étoile découvert dans notre galaxie
Nathalie Mayer
Journaliste
Publié le 12/01/2021
Modifié le 13/01/2021
[EN VIDÉO] Comment évoluent les étoiles ? Les étoiles naissent, vivent et meurent. Leur histoire est déterminée par leur masse initiale, laquelle décide des réactions thermonucléaires qui s'y produiront et des types de noyaux qu'elles synthétiseront avant de finir leur vie sous forme de naines blanches, d'étoiles à neutrons ou de trous noirs.
En 2019, des chercheurs ont repéré, dans la constellation de Cassiopée, à quelque 10.000 années-lumière de notre Terre, une étoile aux propriétés inhabituelles. En y regardant de plus près, ils pensent aujourd'hui avoir découvert un nouveau type d'étoile.
Les nébuleuses sont des nuages de gaz et de poussière. Parfois, elles sont associées à une ou plusieurs étoiles. C'est le cas de IRAS 00500+6713, justement. Une nébuleuse circulaire qui entoure une étoile que les astronomes ont appelée J005311. Cette étoile a attiré leur attention en 2019, notamment parce qu'elle est riche en oxygène et parce que ses vents stellaires se déplacent à une vitesse inhabituellement élevée de 16.093 km/s. Ils ont alors pensé avoir débusqué les restes d'un événement rare : une fusion de deux naines blanches qui aurait donné naissance à une nouvelle naine blanche.
Mais J005311 restait trop brillante - 40.000 fois plus que notre Soleil - pour être une naine blanche. Elle émettait aussi dans le domaine des rayons X. Et elle se composait essentiellement d'oxygène et de néon. De quoi suggérer qu'elle corresponde plutôt à un sous-produit d'une collision entre naines blanches qui n'aurait pas donné naissance à une naine blanche.
J005311 se dévoile ici dans le domaine des rayons X sur une image en fausses couleurs. © L. Oskinova, XMM-Newton, ESA, Université de Potsdam
Une nouvelle étoile et une nouvelle supernova en prime
Pour en avoir le cœur net, des astronomes ont utilisé le télescope XMM-Newton de l'ESA, l'Agence spatiale européenne pour observer le système dans les rayons X. Ils ont révélé, dans la nébuleuse et l'étoile, des quantités importantes de néon, de silicium et de soufre. Elles ont aussi montré que les gaz qui forment la nébuleuse sont extrêmement chauds.
Pour expliquer ces caractéristiques, les chercheurs racontent désormais l'histoire suivante. Au début, il devait y avoir deux naines blanches. La plus grosse a peu à peu aspiré la matière de sa compagne. Menant à une explosion en supernova. Très classique, jusque-là. Mais si cette explosion a été suffisamment puissante pour éjecter de grandes quantités de matière et former une nébuleuse, elle ne l'a pas été assez pour détruire le système. Quelque chose a survécu. L'étoile d'un genre jamais encore observé : J005311.
Pour le confirmer, il faudra d'autres observations. D'autres modélisations. Mais en attendant, les chercheurs croient aussi avoir découvert un nouveau type de supernova. Et ils l'imaginent plutôt commun dans notre galaxie. Ayant seulement échappé aux observations à cause de leur durée de vie très courte, ne dépassant pas les 10.000 ans.
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Actualité de l'astronomie du 12.01.2021 / Cette galaxie lointaine en collision est en train de mourir.
- Par dimitri1977
- Le 12/01/2021
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Cette galaxie lointaine en collision est en train de mourir
Laurent Sacco
Journaliste
Publié le 11/01/2021
Modifié le 12/01/2021
[EN VIDÉO] Les collisions de galaxies dans l’univers Les collisions de galaxies ne sont pas rares dans l’univers. C’est même l’un des processus de croissance des galaxies. Ainsi, dans quelques milliards d’années, la Voie lactée entrera en collision avec celle d’Andromède. Cette vidéo provient du projet Du Big Bang au vivant, qui regroupe une dizaine de scientifiques. © Groupe ECP, www.dubigbangauvivant.com
L'Univers observable contient des galaxies « mortes » car ne contenant plus de gaz pouvant assurer le renouvellement de la formation de jeunes étoiles. Alma a débusqué une fusion de galaxies en cours il y a 9 milliards d'années montrant l'agonie de ces astres.
Il y a 60 ans, juste avant la découverte des quasars, le modèle cosmologique standard était celui d'un Univers sans commencement ni fin dans le temps et spatialement infini bien qu'en expansion éternelle. Pour un observateur, peu importait donc son lieu de naissance et sa date sur la grande horloge cosmique, le cosmos autour de lui, et aussi loin que ses télescopes pouvaient porter, aurait toujours eu le même aspect. Un temps cosmique existait également pourvu que la distribution de matière à suffisamment grande échelle soit homogène, tout comme le montrent aujourd'hui les observations des quasars et des grandes structures cosmiques formant des filaments d'amas de galaxies.
Pour maintenir une densité constante et uniforme, des processus de création de matière étaient postulés, pas si éloignés finalement de ce qui sera proposé pour faire naître les particules de matière via la théorie de l'inflation.
Mais ce modèle cosmologique, déjà en difficulté avec l'observation des quasars uniquement à plusieurs milliards d'années-lumière et donc dans un lointain passé, ce qui n'était pas en accord avec un cosmos identique et partout et tout le temps, volera en éclat avec la découverte du rayonnement fossile en 1965. Des pionniers, comme le prix Nobel James Peebles, en prendront acte tout de suite et commenceront à construire des théories concernant la naissance des galaxies et la formation des grandes structures les rassemblant. Les observations suivront ou devanceront ces théories grâce à des télescopes comme Hubble ou ceux du W. M. Keck Observatory.
Depuis 13,7 milliards d’années, l’Univers n’a cessé d’évoluer. Contrairement à ce que nous disent nos yeux lorsque l’on contemple le ciel, ce qui le compose est loin d’être statique. Les physiciens disposent des observations à différents âges de l’Univers et réalisent des simulations dans lesquelles ils rejouent sa formation et son évolution. Il semblerait que la matière noire ait joué un grand rôle depuis le début de l’Univers jusqu’à la formation des grandes structures observées aujourd’hui. © CEA Recherche
Une galaxie éjectant 10.000 fois la masse du Soleil sous forme de gaz chaque année
Des myriades de galaxies vont ainsi être scrutées à toutes les longueurs d'onde par les yeux de la noosphère qui va prendre conscience qu'elles évoluent irréversiblement comme les étoiles, et qu'à plusieurs reprises certaines sont mortes en perdant tellement de gaz que la formation stellaire y est devenue quasi impossible.
On sait pourtant qu'à l'occasion de collisions, des flambées d'étoiles se produisent dans les galaxies qui contiennent encore du gaz. Toutefois, ces grandes collisions sont moins importantes qu'on ne le pensait il y a encore 15 ans et un autre paradigme explique mieux la croissance des galaxies et l'apparition fiévreuse de nouvelles étoiles, celui des courants froids, comme l'a expliqué à Futura le cosmologiste et astrophysicien Romain Teyssier.
Mais, aujourd'hui, des observations menées avec l'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma), le réseau de radiotélescopes de l'Observatoire européen austral (ESO), révèlent une galaxie perturbée par une collision géante qui se termine et qui est à l'agonie.
Distante d'environ 9 milliards d'années de la Voie lactée, la lumière trahissant l'occurrence de cette catastrophe cosmique nous montre la galaxie ID2299 telle qu'elle était alors que l'Univers observable n'avait que 4,5 milliards d'années. Comme l'explique un article publié dans Nature Astronomy, ID2299 perdait alors l'équivalent de 10.000 fois la masse du Soleil sous forme de gaz chaque année. Sur une période d'un million d'années, c'est donc la matière nécessaire à la formation de 10 milliards de Soleil qui pourrait ainsi être éjectée dans l'espace intergalactique. Rappelons que notre propre Galaxie ne contient que quelques centaines de milliards d'étoiles. On mesure donc combien quelques dizaines de millions d'années de ce régime seraient plus que suffisantes pour épuiser un réservoir de gaz pouvant faire naître une galaxie par effondrement gravitationnel.
L'Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (Alma) est un télescope à la pointe de la technologie pour étudier la lumière de certains des objets les plus froids de l'Univers. © European Southern Observatory (ESO)
ID2299, un laboratoire pour percer les secrets de l'agonie des galaxies
Cette constatation prend du relief lorsque l'on sait que les galaxies elliptiques sont très majoritairement dépourvues de gaz, de sorte qu'on les considère comme mortes puisque la formation stellaire ne s'y produit plus. Minoritaires dans le cosmos observable, on pense qu'elles sont générées par des collisions suivies de fusions entre des grandes galaxies spirales.
On a des raisons de penser que l'éjection du gaz lors des collisions est au moins en partie due à une alimentation copieuse des trous noirs supermassifs dans ces galaxies. Le rayonnement produit par l'accrétion de matière constituerait alors un souffle puissant, comme dans le cas du vent solaire pour les comètes, éjectant le gaz intragalactique. Mais, tout ceci reste à étudier et à confirmer en détail car le souffle des explosions en supernovae de jeunes étoiles massives est aussi à prendre en considération.
On comprend donc l'intérêt des observations concernant ID2299 qui pourrait donc servir d'un excellent laboratoire pour comprendre la mort des galaxies car, comme l'explique dans un communiqué de l'ESO Annagrazia Puglisi, chercheuse de l'université de Durham, au Royaume-Uni et du Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives de Saclay (CEA-Saclay), en France, auteure principale de l'article de Nature : « C'est la première fois que nous observons une galaxie massive à formation d'étoiles typique dans l'Univers lointain sur le point de « mourir » à cause d'une éjection massive de gaz froid... J'ai été ravie de découvrir une galaxie aussi exceptionnelle ! J'étais impatiente d'en savoir plus sur cet objet étrange car j'étais convaincue qu'il y avait là d'importants enseignements à tirer sur l'évolution des galaxies lointaines ».
Sa collègue Chiara Circosta, chercheuse à l'University College London (Royaume-Uni) précise, quant à elle, dans le même communiqué qu'« Alma a apporté un nouvel éclairage sur les mécanismes qui peuvent mettre fin à la formation d'étoiles dans les galaxies lointaines. Le fait d'être témoin d'une perturbation aussi importante constitue une nouvelle pièce importante du puzzle complexe de l'évolution des galaxies ».
La découverte avec ID2299 s'est faite par sérendipité car l'équipe d'astronomes, dont Chiara Circosta et Annagrazia Puglisi faisaient partie, analysait un sondage de galaxies destiné à étudier les propriétés du gaz froid dans plus de 100 galaxies lointaines. C'est avec l'observation de ce gaz éjecté avec une « queue de marée », une traînée allongée d'étoiles et de gaz s'étendant dans l'espace interstellaire qui résulte de la fusion de deux galaxies, que les chercheurs ont compris ce qui se déroulait sous leurs yeux.
L'étude de ce scénario va se poursuivre avec Alma mais aussi dans les années qui viennent avec la mise en service de l'Extremely Large Telescope de l'ESO. Plus largement, comme l'explique Emanuele Daddi, coauteur de l'étude au CEA-Saclay, cette découverte « suggère que les éjections de gaz peuvent être produites par des fusions et que les vents et les queues de marée peuvent apparaître très similaires. Cela pourrait nous amener à revoir notre compréhension de la façon dont les galaxies meurent ».
De fait, dans un communiqué du CEA, les chercheurs avancent que la perte de gaz constatée dans le cas de ID2299 ne cadre pas avec les prédictions issues des simulations numériques faisant intervenir, par rétroaction lors d'une collision galactique et l'apport de gaz associé, l'effet du souffle des trous noirs supermassifs et des supernovae. La perte de gaz est bien trop importante selon les astrophysiciens.
Cette image montre la distribution calculée par des simulations numériques du gaz dans une galaxie en fusion. Comme l'explique le communiqué du CEA, ces simulations montrent le système à un moment où la fusion des deux galaxies s'achève. Les zones en jaune indiquent les régions où le gaz est le plus dense alors que la majorité de ce gaz alimente la formation des nouvelles étoiles à un rythme rapide. Une partie du gaz est éjectée est bien visible dans une queue de marée dans une configuration similaire à l’état de ID2299. © Fensch et al. 2017
Par contre, les simulations montrent bien que l'effet d'arrachement des étoiles et du gaz d'une des galaxies par les forces de marée de l'autre, et donnant donc des queues de marée, est bel et bien en mesure d'éjecter la quantité de gaz observée. En bonus, la moitié restante du gaz froid dans ID2299 apparaît bien comme ayant été comprimée dans un noyau dense situé à son centre, ce qui conduit à une flambée de nouvelles étoiles (starburst) à un rythme 500 fois plus rapide que dans notre Voie lactée où seules quelques étoiles naissent chaque année tout au plus.
Comme des queues de marée sont souvent observées dans le cas de galaxies lointaines, comme les Galaxies des Antennes, on peut penser que ce sont en fait les queues de marée qui jouent un rôle central dans la mort des galaxies tôt dans l'histoire du cosmos observable.
Mais, comme on l'a dit, il faudra encore des observations pour faire la part des influences des trous noirs supermassifs, des supernovae et des queues de marée.
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Actualité de l'astronomie du 07.01.2021 / Inédit : deux satellites en un pour arriver autour de Mars et revenir sur Terre.
- Par dimitri1977
- Le 07/01/2021
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Inédit : deux satellites en un pour arriver autour de Mars et revenir sur Terre
Rémy Decourt
Journaliste
Publié le 06/01/2021
La complexité de la tâche et la spécificité de la mission de retour d'échantillons martiens ont contraint l'ESA, Airbus et Thales Alenia Space à élaborer le satellite ERO, qui rapportera les échantillons sur Terre, dans une architecture inhabituelle. Plutôt que de construire un satellite qui emportera tout le carburant indispensable à sa mission, il a été nécessaire d'en concevoir un qui sera composé de deux modules, dont un servira uniquement à mettre en orbite le satellite ERO autour de Mars. Voici les explications de Mauro Patroncini, responsable du programme ERO-IOM chez Thales Alenia Space.
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[EN VIDÉO] Voyage vers Mars : l'Homme y survivrait-il ? Un vol habité vers Mars comporte évidemment des enjeux techniques, mais aussi des enjeux sociaux et psychologiques auxquels on ne pense pas forcément au premier abord. Futura-Sciences a interviewé Charles Frankel, planétologue, pour qu’il nous parle des relations entre astronautes durant un vol habité de ce type.
On l'a vu dans un article précédent, ERO, le satellite de capture et de retour, dédié à la mission de retour d'échantillons martiens sera conçu de façon différente par rapport aux satellites utilisés lors des missions précédentes. En effet, il sera composé de deux modules. Un module de retour vers la Terre et un module d'insertion en orbite.
Ce module d'insertion, Orbit Insertion Module (OIM) sera réalisé par Thales Alenia Space sous la maîtrise d'œuvre d'Airbus. Pour comprendre la nécessité d'un module d'insertion alors que jusqu'à présent les satellites se placent en orbite autour de Mars à l'aide de leur propre système de propulsion, il faut savoir qu'Ariane 64, qui sera utilisée pour lancer le satellite ERO, n'est pas capable de lancer directement vers Mars un satellite embarquant avec lui tout le carburant nécessaire à sa mission !
ERO emportera ce module d'insertion en orbite (OIM) conçu pour freiner le satellite après le long voyage de la Terre à Mars. Cette architecture étagée avec propulsion combinée est le meilleur compromis trouvé par l'ESA et Airbus pour optimiser le ratio masse structurelle / carburant afin de limiter l'emport d'ergols liquides sur ERO, et donc de masse. Une fois cette manœuvre réalisée avec succès, le module d'insertion en orbite sera séparé du module de retour afin de réduire la masse du vaisseau en vue de son retour sur Terre.
Massimo Claudio Comparini, directeur des Activités Observation, Exploration et Navigation de Thales Alenia Space résume pour Futura la mission et le rôle de ce module d'insertion en orbite. Celui-ci « est un étage à propulsion chimique supplémentaire, destiné à introduire le vaisseau spatial en orbite autour de Mars. Ce module joue un rôle clef car il permettra de réduire la vitesse du vaisseau spatial ERO afin qu'il soit capturé par la gravité martienne sur une orbite stable ».
ERO (Earth Return Orbiter), le satellite de capture et de retour de la mission MSR utilisera un système de propulsion dédié pour freiner et se mettre en orbite autour de Mars. Ce module d'insertion en orbite (IOM) sera réalisé par Thales Alenia Space. © ESA, ATG-Medialab
VOIR AUSSIRetour d'échantillons martiens : découvrez le satellite qui les rapportera sur Terre
La parole à Mauro Patroncini, responsable du programme ERO-IOM chez Thales Alenia Space
Futura : Tirez-vous parti d'un héritage antérieur pour concevoir le module OIM ?
Mauro Patroncini : L'OIM est un élément unique, conçu pour contrôler l'orbiteur MSR-ERO en le freinant après le long voyage de la Terre à Mars. Dans les deux missions Exomars, Thales Alenia Space avait acquis une expérience spécifique pour cette fonction. Sur la mission TGO (Trace Gas Orbiter, 2016), le système de propulsion faisait partie du module d'insertion en orbite martienne et la même technologie bi-propulseur a été utilisée. Pour la mission Exomars 2022, le module Carrier remplit une fonction similaire mais sans héberger le carburant nécessaire à l'insertion car il sera libéré avant le module d'insertion. Sur la mission MSR-ERO, l'OIM devra être libéré après l'insertion en l'orbite de Mars afin d'économiser de la masse pour le retour sur Terre.
Même s'il est conçu sur mesure pour cette mission spécifique et particulière, l'OIM s'appuie sur des technologies bien connues et sur la longue expérience de Thales Alenia Space dans le domaine des systèmes de propulsion, de l'électronique de commande, de la structure, du contrôle thermique, et de la conception et la fabrication d'éléments de câblage.
Quelles sont les contraintes imposées par l'ESA et la Nasa concernant les caractéristiques et les performances ? Sont-elles difficiles à mettre en œuvre ?
Mauro Patroncini : La masse de l'orbiteur MSR-ERO est plus élevée que lors des précédentes missions sur Mars. L'OIM doit donc fournir plus de deux fois la force de poussée que pour la mission Exomars 2016 TGO par exemple, et pour une durée plus longue. Pour cette raison, l'OIM sera équipé d'un certain nombre de propulseurs qui expulseront plus d'une tonne et demie de carburant.
De plus, la structure de l'OIM supportera l'ensemble de la structure de l'engin spatial et aidera à supporter les grands panneaux solaires pendant le lancement. Une contrainte non technique est le calendrier serré et les délais de livraison difficiles compte tenu de la complexité du système de propulsion complet, ce qui entraîne la sélection de technologies bien connues et déjà qualifiées.
L'OIM complique-t-il la mission ?
Mauro Patroncini : Au contraire, la présence de l'OIM permet de réduire la complexité de la mission. Comme pour un lanceur, une approche par étape permet une économie notable de carburant après la séparation d'un étage. L'OIM fournit des fonctions similaires à un étage de lanceur, mais avec une double interface de séparation (avec le lanceur et avec le module de retour), supportant une partie des panneaux solaires lors du lancement et assurant le contrôle de la propulsion. À la différence d'un lanceur, il devra fonctionner après un long voyage de la Terre à Mars et survivre aux différents types d'environnement spatial.
Quels sont les risques opérationnels propres à l’OIM ?
Mauro Patroncini : L'insertion en orbite de Mars est l'une des opérations critiques nécessaires au succès de la mission, elle doit être effectuée au bon moment, de la bonne manière et c'est celle qui utilise une énergie incroyablement élevée.
L'OIM est nécessaire pour permettre à ERO d'être capturé par la gravité martienne pour continuer sa mission. ERO seul arriverait trop vite pour être capturé ainsi et sans le frein puissant garanti par l'OIM, l'ERO ne pourrait pas entrer dans l'orbite martienne. La réduction de vitesse effectuée par l'OIM est un facteur clé pour le succès de la mission globale.
L'OIM n'est-il qu'un simple module propulsif qui sera abandonné après avoir réalisé sa mission ?
Mauro Patroncini : À première vue, l'OIM peut sembler être un système simple, mais ce n'est pas le cas. Il comprendra de nombreuses fonctionnalités et contribuera au contrôle d'attitude du vaisseau spatial. Mais, en effet, il sera séparé une fois sa mission terminée, afin de permettre un module de retour plus léger.
Quels types de moteur utilisera l’OIM ? Chimique, électrique ou un mixte des deux ?
Mauro Patroncini : L'OIM est uniquement basé sur un système de propulsion chimique bi-ergol commandé par une unité électronique en charge de contrôler les sous-systèmes thermiques de l'OIM et de commander les soupapes de propulseur. Le module de retour ERO lui aussi utilisera également la propulsion électrique en complément d'un système de propulsion chimique plus petit (en matière de forces).
De quel type de moteur chimique s’agit-il ?
Mauro Patroncini : Une impulsion spécifique élevée est nécessaire pour réduire la masse globale, et donc un système bi-ergol (MON : Mixed Oxides of Nitrogen et MMH : monométhylhydrazine) est le choix le plus évident.
La propulsion de l'OIM fournira non seulement près de 1 kN de poussée pendant la phase d'insertion en orbite de Mars mais, à travers le propulseur 22N, elle contribuera au contrôle d'attitude de l'orbiteur ERO pendant les manœuvres de croisière et d'insertion en orbite de Mars.
Si l’OIM rate sa mission, par exemple s’il ne parvient pas à allumer son moteur pour freiner ERO, la mission MSR est-elle perdue ?
Mauro Patroncini : Si la fonction OIM est totalement perdue, la mission échoue car la génération de poussée est un élément critique de la mission. Par conséquent, l'OIM est conçu de manière à pallier les points de panne unique. L'OIM comprendra donc toutes les redondances nécessaires pour permettre une reconfiguration du système de propulsion et assurer les performances nécessaires au bon moment.
Quelles sont les difficultés technologiques recensées et quelles sont les solutions à envisager ?
Mauro Patroncini : L'OIM utilise des technologies bien connues, mais dans une configuration très spécifique, avec des performances de pointe exigées pour ce type de module martien et avec un calendrier extrêmement tendu. L'engagement principal de Thales Alenia Space est de maîtriser la complexité du module afin de pouvoir le livrer dans les temps pour intégration dans ERO.
Une difficulté particulière dans la construction de l’OIM ?
Mauro Patroncini : L'architecture mécanique de OIM doit pouvoir supporter le poids de tout le composite MSR-ERO pendant le lancement, dont la masse sera de plusieurs tonnes, et également loger le grand système de propulsion. En ce qui concerne le contrôle thermique, l'architecture associée devra assurer le maintien des températures appropriées, y compris pendant les très longues périodes de combustion et cela, dans le froid de l'environnement orbital martien.
Dans ce contexte, les aspects thermiques et mécaniques doivent fonctionner ensemble car la complexité mécanique (poids, surfaces exposées, tubes, etc.) pilote la conception du contrôle thermique d'une part, et d'autre part, les performances thermiques minimisant la distorsion thermique et la masse des éléments thermiques, aident à la conception mécanique. Cette forte relation entre les deux disciplines est généralement reconnue sous la dénomination d'architecture thermomécanique.
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Actualité de l'astronomie du 05.01.2021 / Découverte d'autoroutes interplanétaires pour les sondes spatiales.
- Par dimitri1977
- Le 05/01/2021
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Découverte d'autoroutes interplanétaires pour les sondes spatiales
Laurent Sacco
Journaliste
Publié le 01/01/2021
Les chercheurs ont découvert un nouveau réseau d'autoroutes interplanétaires permettant de traverser le Système solaire avec peu de carburant et plus rapidement qu'auparavant.
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« Il n'y a pas de problèmes résolus, il y a seulement des problèmes plus ou moins résolus », c'est une des célèbres citations du mathématicien et physicien français Henri Poincaré. Lui-même avait considérablement fait avancer les questions portant sur ce que l'on appelle le problème des trois corps en mécanique céleste. Sous ce nom un peu ésotérique se trouve simplement le problème consistant à trouver le comportement et les trajectoires de trois corps s'attirant gravitationnellement et effectuant des mouvements en réponse selon les lois de la mécanique de Newton. Nous n'en avons que des solutions partielles.
La résolution de ce problème donne par exemple les clés pour comprendre et prédire les mouvements de la Lune autour de la Terre sous l'effet de son attraction combinée avec le Soleil, ou encore les mouvements des satellites autour de la Terre ; elle permet d'appréhender également les trajectoires des sondes interplanétaires quittant la Terre pour explorer les comètes et les astéroïdes ou lorsqu'elles sont, par exemple, en orbite autour d'une planète géante afin d'explorer ses lunes.
Bien des corps célestes nous restent à explorer dans le Système solaire, pour mieux comprendre sa cosmogonie mais aussi, un jour, en explorer les ressources minières ou bien l'eau pour alimenter des colonies. Les mécaniciens célestes cherchent donc les trajectoires qui seraient les plus économiques en temps et en carburant. Au cours de cette quête, ils ont notamment découvert l'existence de ce qu'ils appellent l'Interplanetary Transport Network (ITN) ou, en français, « le réseau de transport interplanétaire ».
Une présentation technique de l’Interplanetary Transport Network (ITN). Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © RossDynamicsLab
Futura avait déjà rendu compte de l'existence de ce réseau dans le précédent article ci-dessous. Il repose sur l'existence des points de Lagrange associés aux planètes en orbite autour du Soleil ou aux lunes en orbite autour de ces planètes. On peut décrire ces trajectoires en constatant qu'elles se rassemblent pour former des surfaces formant des sortes de tubes. Mathématiquement, l'étude et la formulation rigoureuse de ces surfaces font intervenir la notion abstraite de « variété » (manifold en anglais) dont une théorie générale pour des hypersurfaces en dimensions « n » arbitraires a été développée depuis plus d'un siècle.
La découverte de l'ITN repose aussi sur de puissantes nouvelles méthodes en mécanique céleste qui ont été découvertes par Henri Poincaré au-delà des travaux dans ce domaine de Lagrange, Laplace et Gauss. Elles portent en elles la fameuse théorie du chaos pour des systèmes dynamiques décrits par des équations différentielles et faisaient déjà intervenir des notions subtiles de topologie et de ce que l'on a appelé par la suite la géométrie symplectique. Mais ces sujets ne seront pas abordés car cela nous entraînerait beaucoup plus loin qu'il n'est nécessaire pour signaler la publication par Nataša Todorović, Di Wu, et Aaron J. Rosengren dans Science Advances d'un nouvel article faisant état de progrès récents dans l'exploration de ce qu'il est possible de faire avec les autoroutes du réseau de transport interplanétaire.
Cette vidéo montre, en abscisse les valeurs de demi-grand axe d'orbites elliptiques en unité astronomique et en ordonnée, l'excentricité de ces orbites. La carte montre la région entre le bord extérieur de la ceinture principale d'astéroïdes à 3 UA et juste au-delà du demi-grand axe d'Uranus à 20 UA. Les orbites situées sur des surfaces stables apparaissent dans une couleur plus claire. © University of California San Diego
Les mécaniciens célestes y annoncent en effet avoir découvert de nouvelles structures géométriques en rapport avec les trajectoires de l'ITN et faisant intervenir ce qu'ils appellent des arches de chaos en rapport avec les ensembles de trajectoires stables ou instables formant les surfaces, les variétés déjà identifiées lorsque l'on explore les solutions du « planar, circular, and restricted three-body problem (PCR3BP) » comme l'appelle en anglais (le problème à trois corps réduit, circulaire et dans un plan).
Ces arches permettent de comprendre le comportement et les trajectoires de petits corps célestes comme ceux de la famille des comètes de Jupiter (en anglais JFC, pour Jupiter Family Comets), qui se composent de comètes périodiques de courte période, ou encore ceux de la famille des centaures, des petits corps glacés qui gravitent autour du Soleil entre Jupiter et Neptune.
Surtout, les nouvelles routes peuvent conduire des comètes et des astéroïdes près de Jupiter à la distance de Neptune en moins d'une décennie et à 100 unités astronomiques en moins d'un siècle ; elles pourraient en conséquence être utilisées pour envoyer des engins spatiaux aux confins de notre Système solaire relativement rapidement, ainsi que pour surveiller et comprendre les objets proches de la Terre qui pourraient entrer en collision avec notre planète.
Source: https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/astronautique-decouverte-autoroutes-interplanetaires-sondes-spatiales-20503/?fbclid=IwAR2Xgl_fmUJixm6X6zZFLWHk1YBlI3hUZYPQoiou7ol4QMGgRYklUhSkjyw&utm_content=buffera80cf&utm_medium=social&utm_source=facebook.com&utm_campaign=futura
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Actualité de l'astronomie du 05.01.2021 / Retour d'échantillons martiens : découvrez le satellite qui les rapportera sur Terre.
- Par dimitri1977
- Le 05/01/2021
- Dans Actualité de la météo,de l'astronomie et de la sciences à la une du jour
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Retour d'échantillons martiens : découvrez le satellite qui les rapportera sur Terre
Rémy Decourt
Journaliste
Publié le 04/01/2021
Alors que le rover Perserverance de la Nasa atterrira sur Mars dans 50 jours, Airbus développe le satellite ERO qui récupérera en orbite les échantillons collectés par Perseverance et les rapportera sur Terre. Christian Lebranchu, chef de projet chez Airbus d'ERO, nous explique la mission de ce satellite et ses particularités techniques.
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[EN VIDÉO] L'atterrissage du rover Perseverance sur Mars Animation montrant la séquence EDL, l'entrée, la descente et l'atterrissage de Perseverance à la surface de Mars.
Cet été, le lancement du rover Perseverance de la Nasa, à destination de la planète Mars, a donné le coup d'envoi de l'ambitieuse mission de retour d'échantillons martiens que préparent la Nasa et l'Agence spatiale européenne. Cette mission se déroulera en plusieurs étapes et s'étalera sur une dizaine d'années. Elle comprendra plusieurs éléments réalisés par la Nasa et l'ESA. L'Europe réalisera le satellite de capture et de retour vers la Terre, le fetch rover, le bras de récupération et de transfert des échantillons dans le conteneur.
Baptisé ERO (Earth Return Orbiter), le satellite de capture et de retour sera le tout « premier satellite à ramener des échantillons sur Terre depuis Mars », explique Christian Lebranchu, chef de projet chez Airbus. Il sera « développé et construit par Airbus dans l'usine de Toulouse tandis que le site de Stevenage, au Royaume-Uni, réalisera l'analyse de la mission ». Au cours de sa mission de cinq ans qui devrait débuter en 2026, ERO rejoindra Mars, fera office de relais de communication pour les missions de surface et procèdera au rendez-vous avec les échantillons en orbite qu'il rapportera en sécurité sur la Terre.
“C'est l'Agence spatiale européenne qui rapportera sur Terre les premiers échantillons martiens“
Dans le détail, ERO devra être capable de « détecter, arrimer et capturer un objet de la taille d'un ballon de basketball, appelé Orbiting Sample (OS) développé par le Centre Goddard de la Nasa, qui abritera les tubes contenant les échantillons ». La manœuvre, qui sera réalisée à 400 kilomètres de la planète sur un fond étoilé, ne sera pas simple. Un ensemble de « capteurs, de senseurs et d'algorithmes de détection et de capture seront mis en œuvre ». Une fois récupéré, l'OS sera scellé hermétiquement dans un système de confinement secondaire et placé dans l'EEV (Earth Entry Vehicle), « qui fait office de troisième système de confinement ».
La partie orbitale de la mission de retour d'échantillons martiens de la Nasa et de l'ESA résumée en une image. De gauche à droite, l'étage de remontée avec les échantillons, le satellite ERO avec le module OIM, le petit conteneur à récupérer en orbite martienne et la capsule de retour sur Terre avec, à son bord, le conteneur qui abrite les échantillons martiens. © ESA, ATG-Medialab
Récupérer un petit objet en orbite et dans le noir le plus complet
Le but étant que rien de ce qui a touché la surface ou l’atmosphère martienne ne soit en contact directement avec l'atmosphère terrestre. Les échantillons arriveront ainsi sur Terre intacts afin de fournir un maximum de données scientifiques. Après l'atterrissage, les échantillons seront transférés dans des installations spéciales où ils seront placés en quarantaine. Il faudra un an à l'ERO pour effectuer son voyage de retour vers la Terre. L'EEV sera envoyé vers un site d'atterrissage prédéfini, dans le désert de l'Utah aux États-Unis, puis l'ERO se positionnera « pour se conformer aux règles de la protection planétaire », sur une orbite héliocentrique stable autour du Soleil, « sans risque de collision avec la Terre au cours des 150 prochaines années ».
Pour le réaliser, Airbus s'appuiera sur de nombreux acquis en matière de « rendez-vous et d'arrimage autonome ainsi que sur son expérience de plusieurs décennies dans le domaine de la navigation optique ». Il s'appuiera également sur les technologies déployées avec succès pour « l'ATV (Véhicule de transfert automatique) et les récents développements de la sonde Juice, première mission européenne à destination de Jupiter, concernant les phases de détection de l'OS, de navigation et de contrôle dynamique lors de la manœuvre d'insertion en orbite martienne ». ERO n'embarquera pas de nouvelles technologies mais s'appuiera sur d'autres déjà existantes « avec un niveau de qualification très poussé ».
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D'une masse au lancement de 6,5 tonnes, ERO utilisera un système de propulsion hybride optimisé qui « associe propulsion électrique pour les phases de croisière et de changement d'altitude orbitale, et propulsion chimique de forte poussée pour l'insertion dans l'orbite martienne ». Ce choix d'une propulsion hybride s'explique par plusieurs contraintes liées au lanceur Ariane 6 et à la nature même de la mission. La propulsion électrique sera utilisée pour les « phases de croisière et de changement d'altitude orbitale requérant une poussée modeste mais très efficace » tandis que la propulsion chimique pour « l'insertion en orbite martienne nécessitera une forte poussée au moment clé de l'arrivée de ERO au proche voisinage de Mars ».
Un satellite à l'architecture inédite pour réaliser la mission
Les propulseurs électriques seront fournis par ArianeGroup. Il s'agit du modèle RIT (Radiofrequency Ionization Thrusters) qui dispose d'un mode de forte poussée pour les manœuvres de transfert d'orbite. Ce type de moteur à grille plasmique est le seul à « fournir une poussée relativement forte » et capable d'un « régime moteur jamais vu ». Le satellite sera équipé de quatre propulseurs mais trois seront nécessaires à la mission. Au niveau performance, chaque moteur devra être « capable de fournir des poussées de 250 milli-newtons et des impulsions spécifiques de 4.000 secondes » ! 20.000 heures de test sont prévues pour qualifier ce moteur.
Pour alimenter les moteurs électriques et obtenir le surplus d'accélération nécessaire pour atteindre Mars, ERO utilisera des panneaux solaires. D'une envergure de 40 mètres et d'une surface de 144 m2, ils seront « les plus grands jamais construits pour un satellite » ! Seuls, ceux de la Station spatiale internationale sont plus grands. Autre particularité, ces panneaux auront besoin de « résister à des charges mécaniques assez importantes, d'où un certain nombre de renforcement pour garantir leur bonne tenue mécanique ».
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Pour cette mission, il faut savoir qu'Ariane 64 n'aurait pas été capable de lancer directement vers Mars un satellite embarquant avec lui tout le carburant nécessaire à sa mission ! ERO emportera un module d'insertion en orbite (OIM) qui fera l'objet d'un article distinct. Cet étage propulsif sera réalisé par Thales Alenia Space. Il est conçu pour « freiner ERO après le long voyage de la Terre à Mars ». Cette architecture étagée avec propulsion combinée est le meilleur compromis trouvé par l'ESA et Airbus pour optimiser le ratio masse structurelle/carburant afin de limiter l'emport d'ergols liquides sur ERO, et donc de masse.
OIM sera « utilisé pour amener ERO sur une orbite elliptique de 1.000 km x 400 km ». Depuis cette position, ERO servira de « relais de communication entre la Terre et les rovers de la mission de retour d'échantillons : Perserverance de la Nasa, et le Fetch Rover de l'ESA ». En fin de mission, l'OIM sera détaché d'ERO et placé sur une « orbite relativement stable autour de Mars afin d'éviter qu'il ne tombe sur la Planète d'ici 20 à 50 ans ».
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