Initialement conçus pour une mission de quatre ans visant à explorer Jupiter et Saturne, les vaisseaux spatiaux jumeaux Voyager de la NASA ont largement dépassé leurs objectifs initiaux. Près d’un demi-siècle et 15 milliards de kilomètres plus tard, ils ont non seulement survolé les planètes extérieures mais ont également quitté notre héliosphère, pénétrant dans l’espace interstellaire. Actuellement, ils voyagent plus loin que tout autre objet fabriqué par l’homme.
Au cours de leur extraordinaire périple, les sondes Voyager ont réalisé des observations inédites sur les quatre planètes géantes extérieures et leurs lunes, grâce à une poignée d’instruments, dont les Plasma Science Experiments (PLS) du MIT. Ces capteurs à plasma, identiques, ont été conçus et construits dans les années 1970 par des scientifiques et ingénieurs du MIT au bâtiment 37.
Le Plasma Science Experiment (également connu sous le nom de spectromètre à plasma, ou PLS) a mesuré les particules chargées dans les magnétosphères planétaires, le vent solaire et le milieu interstellaire. Depuis son lancement sur Voyager 2 en 1977, le PLS a révélé de nouveaux phénomènes à proximité de toutes les planètes extérieures et dans le vent solaire à travers le système solaire. L’expérience a été cruciale pour confirmer le moment où Voyager 2 a quitté l’héliosphère pour entrer dans l’espace interstellaire.
Pour conserver l’énergie restante de Voyager 2 et prolonger la durée de vie de la mission, les scientifiques et ingénieurs ont décidé de désactiver l’expérience scientifique sur le plasma du MIT. Il s’agit du premier d’une série d’instruments scientifiques qui seront progressivement arrêtés dans les années à venir. Le 26 septembre, le PLS de Voyager 2 a envoyé sa dernière communication à 12,7 milliards de kilomètres de distance avant de recevoir l’ordre de s’arrêter.
Actualités du MIT s’est entretenu avec John Belcher, professeur de physique au MIT, et John Richardson, chercheur principal à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT, pour recueillir leurs réflexions sur cette étape marquante de l’histoire du MIT.
Question : Quels sont les plus grands succès du spectromètre à plasma du MIT en termes de découvertes sur le système solaire et l’espace interstellaire ?
Richardson : Une découverte clé du PLS sur Jupiter a été le tore d’Io, un anneau de plasma entourant Jupiter, formé à partir de soufre et d’oxygène provenant des volcans d’Io. Sur Saturne, le PLS a découvert une magnétosphère pleine d’eau et d’oxygène provenant des lunes glacées de Saturne. Sur Uranus et Neptune, l’inclinaison des champs magnétiques a permis au PLS de détecter des caractéristiques de densité plus petites, avec le plasma d’Uranus disparaissant près de la planète. Une autre observation clé concernait le choc terminal, la première observation du plasma lors du choc le plus important du système solaire, où le vent solaire cessait d’être supersonique. Enfin, le PLS a documenté le passage de l’héliopause par Voyager 2, marquant la fin du vent solaire et le début du milieu interstellaire local (LISM). Bien qu’il n’ait pas été conçu pour mesurer le LISM, le PLS a continué à mesurer les courants de plasma interstellaire au-delà de l’héliosphère. C’est très triste de perdre cet instrument et ces données !
Belcher: Il est important de souligner que le PLS est le résultat de décennies de développement par le professeur Herbert Bridge et Alan Lazarus du MIT. La première version de l’instrument a été embarquée sur Explorer 10 en 1961. La version la plus récente vole sur la sonde solaire, collectant des mesures très près du soleil pour comprendre les origines du vent solaire. Bridge était le chercheur principal des sondes à plasma embarquées sur des vaisseaux spatiaux explorant le soleil et tous les corps planétaires majeurs du système solaire.
Question : Comment les capteurs à plasma ont-ils fonctionné au cours des 47 dernières années ?
Richardson : Il y avait quatre détecteurs à coupelle de Faraday conçus par Herb Bridge qui mesuraient les courants des ions et des électrons entrant dans les détecteurs. En mesurant ces particules à différentes énergies, nous avons pu déterminer la vitesse, la densité et la température du plasma dans le vent solaire et dans les quatre magnétosphères planétaires rencontrées par Voyager. Les données du Voyager étaient envoyées sur Terre chaque jour et reçues par le réseau d’antennes de l’espace lointain de la NASA. Maintenir en activité deux vaisseaux spatiaux des années 1970 pendant 47 ans et plus a été un exploit incroyable de prouesses techniques du JPL. Par exemple, en novembre 2023, lorsque Voyager 1 a perdu de la mémoire et a cessé d’envoyer des données, JPL a pu reprogrammer le système de données de vol à 15 milliards de kilomètres de distance, et tout est revenu à la normale. L’arrêt du PLS implique l’envoi d’une commande qui parviendra à Voyager 2 environ 19 heures plus tard, fournissant au reste du vaisseau spatial suffisamment de puissance pour continuer.
Question : Une fois les capteurs à plasma arrêtés, que pourrait encore faire Voyager et jusqu’où pourrait-il aller ?
Richardson : Voyager continuera de mesurer les rayons cosmiques galactiques, les champs magnétiques et les ondes de plasma. La puissance disponible diminue d’environ 4 watts par an à mesure que le plutonium qui les alimente se désintègre. Nous espérons maintenir certains instruments en fonctionnement jusqu’au milieu des années 2030, mais cela constituera un défi à mesure que les niveaux de puissance diminuent.
Belcher: Nick Oberg de l’Institut astronomique Kapteyn aux Pays-Bas a réalisé une étude exhaustive de l’avenir du vaisseau spatial, en utilisant les données du vaisseau spatial de l’Agence spatiale européenne Gaïa. Dans environ 30 000 ans, le vaisseau spatial atteindra la distance des étoiles les plus proches. L’espace étant si vaste, il n’y a aucune chance que le vaisseau spatial entre en collision directe avec une étoile au cours de la vie de l’univers. Cependant, la surface du vaisseau spatial s’érodera par microcollisions avec de vastes nuages de poussière interstellaire, mais cela se produira très lentement.
Selon l’estimation d’Oberg, les Golden Records [disques identiques placés à bord de chaque sonde, contenant des sons et des images représentant la vie sur Terre] sont susceptibles de survivre pendant plus de 5 milliards d’années. Après ces 5 milliards d’années, les choses sont difficiles à prévoir, car à ce moment-là, la Voie Lactée entrera en collision avec la galaxie d’Andromède. Lors de cette collision, il y a une chance sur cinq que le vaisseau spatial soit projeté dans le milieu intergalactique, où il y a peu de poussière et peu d’altérations. Dans ce cas, il est possible que le vaisseau spatial survive pendant des milliards d’années. Un billion d’années représente environ 100 fois l’âge actuel de l’univers. La Terre cessera d’exister dans environ 6 milliards d’années, lorsque le Soleil entrera dans sa phase de géante rouge et l’engloutira.
Dans une version « du pauvre » du Golden Record, Robert Butler, l’ingénieur en chef de l’instrument à plasma, a inscrit les noms des ingénieurs et des scientifiques du MIT qui avaient travaillé sur le vaisseau spatial sur la plaque collectrice de la coupelle latérale. L’État d’origine de Butler était le New Hampshire, et il a mis la devise de l’État « Vivre libre ou mourir » en tête de la liste des noms. Grâce à Butler, même si le New Hampshire ne survivra pas avant mille milliards d’années, sa devise d’État pourrait bien le faire. La pièce de rechange de vol de l’instrument PLS est désormais exposée au MIT Museum, où vous pouvez voir le texte du message de Butler en regardant dans le capteur latéral.
