Une des deux sondes Voyager, lancées en 1977.

Les confins de notre «patatoïde»

SCIENCE AU QUOTIDIEN / «Je lisais un article récemment qui disait que les sondes Voyager 1 et 2 étaient sorties de l'«héliosphère». Le texte indiquait qu'elles reçoivent maintenant davantage de rayonnement cosmique [ndlr : qui est une sorte de «pluie» de particules] parce qu'elles ne sont plus protégées par les particules électriquement chargées de notre Soleil. Ce que je ne comprends pas, par contre, c’est quelle différence cela peut-il faire que les particules viennent du Soleil ou du rayonnement cosmique ? Si on compare ces rayonnements à de la pluie, qu’il pleuve à gauche ou à droite ne change rien, non ?», demande Marc Fortin, de Laval.

Les deux sondes Voyager ont été lancées par la NASA en 1977. Le but premier de la mission était d’étudier Jupiter et Saturne mais, une fois ces objectifs remplis, les deux sondes ont poursuivi leurs routes sans interruption à des vitesses d’environ 17 kilomètres par seconde, vers ce que les astronomes appellent l’«espace interstellaire» — donc l’espace entre les étoiles. Voyons ce que cela veut dire.

Le Soleil, comme toutes les autres étoiles, éjecte continuellement de la matière dans toutes les directions. Ce «vent solaire», de son vrai nom, est surtout constitué d’électrons, de protons (des noyaux d’hydrogène, qui composent presque toute la masse du Soleil) et de «particules alpha» (des noyaux d’hélium). À l’échelle humaine, les masses impliquées sont gargantuesques : entre 1 et 2 millions de tonnes par seconde, mais à l’échelle solaire, ce n’est presque rien.

Ce vent solaire, explique Olivier Hernandez, directeur du Planétarium Rio-Tinto-Alcan, à Montréal, «va souffler une sorte de bulle autour du Soleil. Si le Soleil ne bougeait pas, ce serait une belle sphère, pas tout à fait parfaite parce que la force du vent n’est pas constante dans toutes les directions, mais quand même assez ronde. Cependant, le Soleil se déplace dans la galaxie, alors la bulle a plutôt une forme de «patatoïde», si l’on veut».

Ce vent a beau souffler fort — entre 400 et 700 km/s —, il finit toutefois par rencontrer de la résistance dans l’espace : le rayonnement cosmique. Celui-ci est lui aussi un flux de particules (certaines électriquement chargées, mais pas toutes) qui provient d’un peu partout dans l’Univers. C’est un mélange des «vents» provenant des autres étoiles de notre galaxie, du rayonnement émanant des supernovæ (l’explosion d’une étoile en fin de vie) et d’autres sources.

À approximativement 20 milliards de km du Soleil, les deux flux de particules se rencontrent. D’un côté se trouve la zone d’influence du Soleil, l’«héliosphère», où c’est le vent solaire qui domine. De l’autre, à l’extérieur du «patatoïde», ce sont les rayons cosmiques qui dominent : c’est l’espace interstellaire.

La frontière entre les deux, nommée héliopause, n’est pas une ligne bien précise mais «a une épaisseur de plusieurs millions de kilomètres parce que les densités sont très faibles», dit M. Hernandez. Autour de la Terre, le vent solaire comprend en moyenne autour de 5 atomes par cm³, mais dans l’héliopause (plus de 100 fois plus loin du Soleil) et dans l’espace interstellaire, les densités se comptent plutôt en atomes par kilomètre cube. Une particule qui arrive dans cette zone a donc généralement besoin de parcourir une très grande distance avant d’être «repoussée» par une autre particule venant en sens inverse.

C’est dans cette zone-tampon que la sonde Voyager 1 est (finalement) entrée en 2012. Enfin, semble être entrée, puisque cela a fait l’objet d’un débat, en partie parce que «comme le volume de l’héliosphère varie avec l’activité solaire, c’est un peu embêtant de déterminer où la frontière commence et si les sondes en sont sorties», dit M. Hernandez. Mais toujours est-il qu’un article paru dans les Geophysical Research Letters (GRL) a annoncé au début de 2013 que certains des instruments scientifiques sur Voyager 1 avaient enregistré des changements relativement brusques et qui se sont maintenus par la suite. Les deux sondes jumelles sont équipées, chacune, d’un instrument conçu pour mesurer les flux de particules à faible énergie (dont la plupart viennent du Soleil, une source de «vent» pas particulièrement violente) et d’un autre spécialisé dans la détection des particules à haute énergie, qui est une caractéristique des rayons cosmiques — parce que plusieurs de leurs sources sont des événements extrêmement énergétiques.

À partir du 25 août 2012, ont rapporté deux chercheurs américains dans les GRL, l’intensité de la «pluie» de particules à faible énergie a chuté de 90 % en seulement quelques jours, et a éventuellement baissé jusqu’à un facteur de 300 à 500. En même temps, les particules à forte énergie (des centaines de fois plus fortes que ce que le Soleil émet généralement) ont subitement doublé. «Le caractère soudain de ces changements d’intensité indique que Voyager-1 a franchi une frontière bien définie (…) possiblement reliée à l’héliopause», écrivaient-ils.

À ce jour, ces changements d’intensité se sont maintenus, peut-on constater sur le site de du Jet Propulsion Laboratory de la NASA, qui affiche en direct différents paramètres de la mission. Voyager-2, cependant, n’a toujours pas connu cette baisse dramatique des particules de faible énergie, et l’on considère qu’elle est toujours à l’intérieur de l’héliosphère.

Si l’on dit que Voyager-1 n’est plus «protégée» par le vent solaire, c’est parce qu’elle se trouve désormais dans un endroit où ce sont les rayons cosmiques (à très forte énergie) qui dominent et que «tout rayonnement hautement énergétique peut causer des dommages», dit M. Hernandez, mais il ajoute ne pas trop s’en faire pour la sonde. «Au départ, on espérait que les sondes auraient une durée de vie qui les amènerait jusqu’aux années 2020. Maintenant, on s’aperçoit que ce sera plus longtemps. Sur les 10 instruments qui ont été installés sur les sondes, il n’y en a plus que 4 ou 5 qui fonctionnent encore. Donc le risque n’est pas si énorme que ça : les instruments les plus sensibles sont déjà hors service et les autres vont probablement pouvoir continuer jusqu’à ce qu’ils aient épuisé leurs réserves d’énergie. Et éventuellement, les sondes deviendront incapables d’envoyer des signaux.

«En fait, ce serait plus problématique si c’étaient des humains qui arrivaient à l’héliopause. Alors là, oui, les particules hautement énergétiques endommageraient les tissus. On serait en principe capable de construire une protection contre ça, mais à cause de l’épaisseur de matériaux que ça prendrait et de leur masse, on ne serait pas capable d’envoyer tout ça dans l’espace à l’heure actuelle», conclut M. Hernandez.

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