Voyager : la mission de la NASA jusqu’aux quatre planètes géantes externes

Les sondes Voyager de la NASA sont parties en 1977 pour étudier Jupiter et Saturne de près, notamment les anneaux de Saturne et les plus grandes lunes des deux planètes. Le programme s’est élargi lorsqu’il est devenu possible de prolonger l’itinéraire de Voyager 2 jusqu’à Uranus et Neptune. Ensemble, les deux engins ont exploré les quatre planètes géantes externes, 48 de leurs lunes, ainsi que les systèmes d’anneaux et les champs magnétiques de ces mondes, selon le récit de la mission Voyager publié par la NASA.

La géométrie des planètes et l’assistance gravitationnelle

La conception de la mission a tiré parti d’une configuration peu fréquente des planètes externes, qui se produit environ tous les 175 ans. Sur une trajectoire appropriée, un engin spatial peut passer d’une planète à l’autre sans avoir besoin de grands systèmes de propulsion embarqués. Lors de chaque rencontre, la gravité de la planète infléchit la trajectoire de l’engin et augmente sa vitesse, l’aidant à poursuivre vers la destination suivante. Cette technique est appelée assistance gravitationnelle.

La NASA indique que, grâce à cette configuration, la durée de vol prévue jusqu’à Neptune a été ramenée de 30 à 12 ans. Bien qu’un parcours passant par quatre planètes ait été jugé possible, la construction d’un engin capable de parcourir cette distance, d’emporter les instruments nécessaires et de fonctionner pendant la durée requise était considérée comme trop coûteuse. Le programme financé s’est donc concentré sur des survols de Jupiter et de Saturne. Plus de 10 000 trajectoires ont été étudiées avant le choix des itinéraires. Ceux qui ont été retenus permettaient des rencontres rapprochées avec Jupiter et sa lune Io, ainsi qu’avec Saturne et sa lune Titan ; la trajectoire de Voyager 2 conservait la possibilité de poursuivre vers Uranus et Neptune.

Deux lancements et un itinéraire prolongé

Voyager 2 a décollé la première, le 20 août 1977, depuis Cap Canaveral, en Floride. Voyager 1 a été lancée le 5 septembre sur une trajectoire plus rapide et plus courte. Les deux sondes ont voyagé à bord de lanceurs Titan-Centaur et ont été conçues pour une mission de cinq ans. Au fur et à mesure de l’avancée du voyage, les équipes au sol les ont également reprogrammées afin de leur ajouter des capacités.

Voyager 1 est arrivée à Jupiter le 5 mars 1979 et à Saturne le 12 novembre 1980. Voyager 2 est passée près de Jupiter le 9 juillet 1979 et de Saturne le 25 août 1981. Sa trajectoire après Saturne lui a permis de poursuivre jusqu’à Uranus, qu’elle a atteint en janvier 1986, puis jusqu’à Neptune, atteint en août 1989. La NASA a autorisé les étapes supplémentaires au fur et à mesure de l’avancement de la mission. À l’inverse, l’itinéraire de Voyager 1, conçu pour passer près de Titan et derrière les anneaux de Saturne, l’a conduite au nord du plan dans lequel orbitent la plupart des planètes.

Jupiter et Io : activité volcanique et magnétosphère

Les caméras des deux sondes ont pris plus de 33 000 images de Jupiter et de ses cinq principaux satellites, tout en enregistrant d’autres mesures. Selon la NASA, les survols ont révélé des processus physiques, géologiques et atmosphériques qui n’étaient pas connus grâce aux observations précédentes. Parmi les découvertes marquantes figurait l’activité volcanique d’Io : c’était la première fois que des volcans actifs étaient observés sur un autre corps du système solaire.

Les observations ont également relié l’activité d’Io à l’environnement de Jupiter. Du soufre, de l’oxygène et du sodium ont été détectés à la limite extérieure de la magnétosphère de la planète. Selon l’explication de la NASA, ces éléments auraient été expulsés par les volcans d’Io ou arrachés à sa surface sous l’impact de particules de haute énergie. La magnétosphère est la région de l’espace qui entoure une planète et qui est principalement influencée par son champ magnétique. Les matériaux observés ont ainsi replacé l’activité de la lune dans le contexte plus large du système jovien.

Saturne : vents, atmosphère et explication possible

Les survols de Saturne ont fourni des observations rapprochées et des données à haute résolution. Près de l’équateur, les sondes ont mesuré des vents d’environ 500 mètres par seconde. Elles ont également enregistré des structures atmosphériques, des émissions ultraviolettes de l’hydrogène et des aurores dans les régions polaires. Les deux engins ont mesuré la période de rotation de Saturne à 10 heures, 39 minutes et 24 secondes.

Voyager 1 a établi que l’hélium représentait environ 7 % du volume de la haute atmosphère de Saturne ; la page de la NASA compare cette proportion aux 11 % de l’atmosphère de Jupiter. La source avance que la proportion plus faible d’hélium dans les couches supérieures de Saturne pourrait indiquer que l’hélium, plus lourd, s’enfonce lentement dans l’hydrogène. Elle ajoute que cette possibilité pourrait contribuer à expliquer l’excès de chaleur que Saturne émet par rapport à l’énergie qu’elle reçoit du Soleil. Cette explication est présentée comme une possibilité, et non comme une conclusion définitive.

Uranus, Neptune et la portée de la mission

En janvier 1986, Voyager 2 est passée près d’Uranus et a transmis des images ainsi que de nombreuses données sur la planète, ses lunes, ses anneaux, son atmosphère, son intérieur et son environnement magnétique. Les images de ses cinq plus grandes lunes ont révélé des surfaces aux histoires géologiques diverses. Les caméras ont également détecté 11 lunes qui n’avaient pas été observées auparavant, et les instruments ont identifié deux nouveaux anneaux. En août 1989, la sonde a achevé sa rencontre avec Neptune.

La succession des visites a transformé la mission, d’abord axée sur Jupiter et Saturne, en un parcours des quatre planètes géantes externes. La NASA évalue à 48 le nombre de lunes explorées par Voyager 1 et Voyager 2, en plus des systèmes d’anneaux et des champs magnétiques de ces planètes. Les observations d’Io, les mesures des vents de Saturne et les données transmises depuis Uranus illustrent la variété des résultats obtenus lors des survols. Dans le cas de Saturne, la source continue de présenter comme une explication possible le lien proposé entre l’hélium et la chaleur émise par la planète.