Anomalie Pioneer

Vue d'artiste d'une sonde Pioneer hors du système solaire

L'anomalie Pioneer (ou effet Pioneer) désigne la différence entre la trajectoire observée et la trajectoire attendue d'un certain nombre de sondes spatiales non pilotées voyageant en dehors du système solaire ou sur ses marges, notamment les sondes Pioneer 10 et 11. En mars 2011, il n'y a pas encore d'explication universellement acceptée de ce phénomène ; il peut avoir une cause tout à fait banale (encore faut-il expliquer qu'elle soit la même sur les deux sondes), mais la possibilité qu'il s'agisse d'un phénomène physique entièrement nouveau est également envisagée.

Observations

L'anomalie est mesurée en utilisant l'effet Doppler. Il permet de mesurer une décélération minime, mais constante, de l'ordre de a_p = 8,74±1,33×10^-10 m⋅s^-2 vers le Soleil, comme un décalage vers le bleu pour les deux sondes.

Les données provenant de Galileo et d'Ulysses indiquent une anomalie similaire, mais pour diverses raisons (notamment la proximité du soleil), on ne peut pas tirer de conclusions fermes de ces mesures. En effet, ces sondes sont stabilisées grâce à un gyroscope embarqué, comme sur les sondes Voyager ; elles ont donc subi plusieurs corrections de trajectoire destinées à maintenir l'orientation du système de communication vers la Terre. En revanche, l'orientation des sondes Pioneer est stabilisée par effet gyroscopique, c'est-à-dire que c'est la rotation des sondes autour de leur axe longitudinal qui garantit la stabilisation de leur trajectoire. Leur vitesse actuelle peut donc être calculée en connaissant seulement leur vitesse initiale et l'accélération qu'elles ont subie au voisinage des planètes qu'elles ont visitées. C'est pour cette raison que la vitesse des sondes Pioneer est connue avec plus de précision.

Hypothèses

Les explications avancées ont été :

une décélération réelle 

• par des forces gravitationnelles, exercées par :
  • la ceinture de Kuiper, plus massive que prévu,
  • une naine brune (voir Némésis),
  • la matière noire.
• le vent solaire ou la pression des radiations (qui s'exercerait pourtant normalement dans l'autre sens),
• les frottements avec le milieu (drag en anglais),
• une fuite de gaz des sondes (dont l'hélium provenant de la fission dans les générateurs) (qui aurait donc tout autant pu les faire accélérer, ou bien pas décélérer toutes les deux),
• une pression thermique (provenant des générateurs ou d'ailleurs),

des erreurs, soit dans la mesure, soit dans le calcul ;

un phénomène physique qui n'avait pas encore été observé 

• une modification de la vitesse de la lumière qui induirait une perturbation de l'effet Doppler utilisé pour mesurer la vitesse de la sonde,
• des corrections à la métrique de Schwarzschild qui régit l'espace-temps engendré par une masse à symétrie sphérique (ici le Soleil),
• un phénomène équivalent à l'effet Casimir qui relierait la masse inertielle à l'énergie gravitationnelle du vide, celle-ci elle-même affectée par l'absence de rayonnement de Unruh de grandes longueurs d'onde.
• Le magazine russe C-news, en 2005 met en évidence deux candidats principaux^[1], la théorie MOND et le modèle Cosmos à expansion d'échelle (SEC) de C. Johan Masreliez comme les meilleures explications possibles de l'anomalie, où la «SEC» donne une formule exacte^[2]:

a_p = cH₀ ~ 7,5±1×10^-10 m⋅s^-2.

Scholz (2007) a commenté les résultats de Masreliez^[3]. Cette idée est aussi vérifiée dans deux articles de Fahr et Siewert (2008)^[4][5]

Toutes les causes matérielles ont été quantifiées et rejetées en 2006^[6].

Les sondes Pioneer n'envoient plus de données, et Galileo a été délibérément désintégrée dans l'atmosphère de Jupiter en 2003. En date de mars 2011, les données des autres missions, telles que Cassini, n'ont rien donné. On a également proposé une mission qui serait dédiée à l'étude de ce phénomène (notamment à l'Agence spatiale européenne) ; cette mission devrait avoir une orbite solaire hyperbolique d'un rayon supérieur à 20 UA.

Développements récents

En mars 2011, une équipe italo-portugaise avance une explication nouvelle pour l'anomalie Pionner. Il s'agirait d'un effet liée à la réflectivité de l'antenne de la sonde pointé vers la Terre et donc vers le Soleil étant donné la grande distance à laquelle se trouve la sonde. La chaleur produite par les générateurs thermoélectriques à radioisotope est émise de façon isotrope, mais une fraction significative de celle qui est rayonnée en direction du dos de l'antenne est réfléchie par celle-ci dans la direction opposée, c'est-à-dire vers l'opposé du Soleil, provoquant par réaction une accélération résiduelle vers le Soleil^[7].

Notes et références

Voir aussi

Bibliographie

• (en) John D. Anderson et al. ; Pioneer's anomaly, revue illustrée en anglais de John D. Anderson (Jet Propulsion Laboratory, NASA) et ses collaborateurs (fichier pdf).
• (en) Slava G. Turyshev, Michael Martin Nieto, John D. Anderson ; Study of the Pioneer Anomaly: A Problem Set, American Journal of Physics 73 (2005) 1033-1044. Étude simplifiée pour étudiants, présentée sous forme de questions/réponses. Texte complet disponible sur l'ArXiv : physics/0502123.
• (en) John D. Anderson, Philip A. Laing, Eunice L. Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto, Slava G. Turyshev ; Study of the anomalous acceleration of Pioneer 10 and 11, Physical Review D65 (2002) 082004. Étude technique approfondie. Texte complet disponible sur l'ArXiv : gr-qc/0104064.

Articles connexes

• Programme Pioneer

Lien externe

• [vidéo] Reportage sur l'anomalie Pioneer sur le site de Radio-Canada

• Portail de l’astronomie
• Portail de l’astronautique
• Portail de la physique