Le vaisseau spatial Voyager 1 de la NASA bat des records de distance depuis des décennies. Lancé il y a près de 50 ans, il est devenu l'objet construit par l'homme le plus éloigné de la Terre lorsqu'il a dépassé la sonde d'orientation Pioneer 10 en 1998. Il a été le premier vaisseau spatial à quitter la bulle protectrice du système solaire et il sera le premier émissaire de l'humanité vers les étoiles.
Les caméras de Voyager 1, ainsi que celles de son vaisseau spatial jumeau, Voyager 2, ont capturé de puissantes mégatempêtes dans le système solaire externe, les premières images de dizaines de lunes et des détails inédits des anneaux arachnéens autour de Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus. Les images et les données envoyées chez nous ont façonné les théories sur la formation et l’évolution du système solaire, inspiré les missions ultérieures et posé suffisamment de nouvelles questions pour occuper les scientifiques spatiaux pendant des décennies.
Et ce mois-ci, Voyager 1 établira un autre grand record. Le 18 novembre à 5 h 16 min 07 s, heure normale de l’Est, il deviendra le premier vaisseau spatial à atteindre un jour-lumière depuis la Terre : la distance parcourue par la lumière en 24 heures. Cela représente un voyage de 25,9 milliards de kilomètres, soit plus de quatre fois la distance entre le Soleil et Pluton. À ce stade, les signaux de la Terre mettront une journée complète pour atteindre Voyager 1 ; il faudra encore un jour pour recevoir une réponse.
« Je n'aurais tout simplement jamais imaginé [the mission] durerait aussi longtemps », explique Linda Spilker, planétologue au Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie, qui a commencé à travailler sur Voyager peu avant le lancement des sondes en 1977. Spilker était à Cap Canaveral, en Floride, pour le premier lancement. Elle a même planifié la naissance de ses enfants, aujourd'hui dans la quarantaine, autour des étapes de la mission. Après s'être éloignée pour diriger une autre mission, elle est maintenant de retour en tant que scientifique en chef du Voyager.
Deux autres scientifiques accompagnent le Voyager depuis le début. D’autres n’étaient pas encore nés au lancement du vaisseau spatial. « Voyager, à ce jour, est une mission multigénérationnelle », déclare Spilker. Mais ce n'est pas une mission de nostalgie. Il existe encore un monde à découvrir au-delà des limites du système solaire.
« Chaque élément de données, chaque jour qui passe et que nous obtenons des données des Voyagers, nous apprend quelque chose de nouveau », déclare la physicienne Jamie Rankin de l'Université de Princeton, qui a commencé son doctorat. en août 2012, le même mois où Voyager 1 a quitté le système solaire pour les mers froides et calmes de l'espace interstellaire. « Chaque jour, nous visitons des endroits que personne n'a jamais explorés auparavant. »
Explorer notre quartier
La mission initiale des sondes Voyager était d’explorer les parties extérieures de notre système solaire, jusqu’alors restées largement mystérieuses. Un alignement planétaire rare signifiait qu'un vaisseau spatial lancé à la fin des années 1970 pouvait survoler Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune, bénéficiant d'une impulsion gravitationnelle de chaque planète qu'il traversait. Grâce à ces assistances gravitationnelles, le vaisseau spatial pourrait terminer le tour en moins de 15 ans. Un tel alignement ne se reproduira pas avant les années 2150.
Le projet était une étape audacieuse pour l’époque. Lorsque les travaux ont commencé au début des années 1970, aucun vaisseau spatial n’était allé plus loin que Mars. La NASA a fixé un objectif conservateur pour la mission : des survols de Jupiter et de Saturne. En 1972 et 1973, la NASA a lancé deux sondes Pioneer, qui ont assuré que le voyage était possible et ont collecté des données tout au long du parcours. Comme pour Voyager, il y avait deux vaisseaux spatiaux au cas où l'un d'entre eux tomberait en panne.
Après des lancements difficiles et une attente de près de deux ans, les Voyagers ont commencé à découvrir de nombreux secrets longtemps gardés de Jupiter et de Saturne, notamment les volcans de la lune de Jupiter Io, les détails de la grande tache rouge de Jupiter et des indices d'activité géologique sur la lune de Saturne, Encelade.
Mission accomplie, Voyager 2 a ensuite dépassé Uranus et Neptune. Il a pris les premières images des anneaux des planètes et découvert plus d’une douzaine de lunes en cours de route. Le vaisseau spatial a également repéré une tempête perpétuelle sur Neptune et des geysers en éruption sur la lune Triton de Neptune.
« Les points forts du Voyager ont clairement été les rencontres planétaires », a déclaré Ed Stone, le scientifique en chef de la mission, dans une interview accordée à la NASA avant sa mort en 2024. « Nous avons eu toute une vie de découvertes dans chacune d'entre elles. »
Les stars incontestées de ces rencontres étaient les images partagées dans les reportages et les émissions télévisées lorsque les planètes et leurs lunes apparaissaient. La lune Io de Jupiter s'est avérée être d'une couleur orange tachetée choquante qui ressemblait à une pizza.
Une humble image de navigation de cette lune a conduit à l’une des découvertes les plus surprenantes de toute la mission. Quatre jours après l'approche la plus proche de Jupiter par Voyager 1, après que l'excitation se soit calmée, l'astronome du projet Linda Morabito du Jet Propulsion Laboratory a commencé à traiter des images supplémentaires d'Io. Ces images avaient été prises après le survol, alors que le Voyager regardait par-dessus son épaule.
Alors que Morabito améliorait la luminosité d'une image, elle repéra une étrange formation bulbeuse dépassant du bord d'Io. « Qu'est ce que c'est? » se demanda-t-elle. Son superviseur a eu la même réaction : « Bon Dieu, qu'est-ce que c'est ? elle s'est souvenue plus tard de ce qu'il avait dit.
L’ampoule s’est avérée être un panache volcanique – une fontaine de feu en éruption s’étendant à 250 kilomètres au-dessus de la surface d’Io. Il s’agissait de la première découverte d’un volcanisme actif ailleurs que sur Terre, et elle a transformé notre vision du système solaire externe. Au lieu d’une glacière froide et inerte, c’était une région bouillonnante et dynamique.
Les résultats ont inspiré de nombreuses missions futures. Lors de sa visite sur Jupiter de 1995 à 2003, la sonde Galileo a découvert qu'Europe pourrait posséder un océan souterrain susceptible d'être hospitalier à la vie. Lorsque la sonde Cassini a orbité autour de Saturne de 2004 à 2017, elle a découvert que la lune Encelade possède également un océan potentiellement habitable qui crache des geysers glacés dans l’espace.
En 1990, alors que Voyager 1 se trouvait à environ 6 milliards de kilomètres du soleil, l'astronome Carl Sagan a convaincu les chefs de mission de faire reculer le vaisseau spatial pour un dernier aperçu des planètes. Voyager 1 a pris un portrait de famille dans lequel la Terre apparaissait faiblement comme un « point bleu pâle », a déclaré Sagan. « Tous ceux que vous aimez, tous ceux que vous connaissez, tous ceux dont vous avez entendu parler, tous les êtres humains qui ont jamais existé ont vécu leur vie… sur un grain de poussière suspendu dans un rayon de soleil », écrit-il dans le livre de 1994. Point bleu pâle.
Pour économiser de l'énergie, les caméras de Voyager 2 ont été éteintes en 1989. Après le portrait de famille, les caméras de Voyager 1 ont également été éteintes. Là où se dirigeait le vaisseau spatial, il n’y aurait pas grand-chose à voir.
Le bord de nulle part
Les sondes étaient maintenant en route hors du système solaire par des chemins séparés, toutes deux se dirigeant vers une frontière mystérieuse qu'aucun émissaire humain n'avait jamais franchie. Dans cette prochaine phase de leur voyage, personne ne savait à quoi s’attendre. Combien de temps le vaisseau spatial continuerait-il à communiquer ? Jusqu’où iraient les puissantes forces qui animent le soleil ? Et qu’est-ce que ça ferait de goûter à l’espace interstellaire ?
Pendant ses 35 premières années dans l’espace, Voyager 1 a été emmailloté dans le vent solaire. Ce flux de particules chaudes et chargées s’écoule constamment du soleil, formant une vaste bulle appelée héliosphère. La bulle entoure le système solaire, le protégeant du rayonnement cosmique ; il s'étend sur des milliards de kilomètres au-delà des planètes jusqu'à une limite appelée héliopause. Les héliophysiciens considèrent cette frontière, où le vent solaire heurte l'espace interstellaire, comme la limite du système solaire, bien que l'influence gravitationnelle du soleil s'étende beaucoup plus loin.
Les scientifiques s'attendaient à ce que les Voyagers traversent l'héliopause, mais ils ne savaient pas quand ni ce que le vaisseau spatial trouverait lorsqu'ils le feraient. Rankin venait de commencer son doctorat. à Caltech lorsqu'en août 2012, Voyager 1 a détecté une augmentation abrupte du nombre de rayons cosmiques de haute énergie ainsi qu'une baisse des particules solaires, laissant entendre que le vaisseau spatial avait franchi la frontière. Mais les mesures du champ magnétique suggèrent le contraire. Au lieu de cela, ces mesures indiquaient que le soleil exerçait encore une certaine influence. Le champ magnétique interstellaire s'est détourné autour de l'héliosphère comme une rivière autour d'un rocher.
Un instrument Voyager qui aurait pu régler la question de savoir si la sonde avait passé l'héliopause ne fonctionnait plus. Mais les scientifiques ont eu un coup de chance en avril 2013 lorsqu’une éruption solaire a envoyé une onde de pression se propager vers l’extérieur. Il a fait vibrer les électrons autour de Voyager 1, ce qui a permis aux scientifiques d'estimer la densité des particules chargées à proximité.
Les résultats ont montré que Voyager 1 avait effectivement franchi l'héliopause le 25 août 2012, alors qu'elle se trouvait à environ 18 milliards de kilomètres, soit 120 fois la distance de la Terre au Soleil. Les données de Voyager 2 ont ensuite confirmé cette découverte. « C'est le début d'une nouvelle ère d'exploration pour nous », a déclaré Stone à Science News en 2013.
L'espace au-delà
Mais la frontière entre notre système solaire et l’espace interstellaire n’est pas solide. La portée du soleil s'étend plus loin que prévu, et « cette limite n'est ni très nette ni très fine », explique le physicien Jeewoo Park du Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland.
Avec Voyager de l’autre côté de l’héliopause, la vitesse des particules et la température des gaz ont chuté. Le champ magnétique est plus faible. Même les particules de poussière sont environ deux fois moins abondantes qu’à l’intérieur de l’héliosphère. « Pour l'essentiel, tout s'est déroulé très calmement et de manière très constante », explique Rankin.
Mais ce n'est pas entièrement silencieux. Dans quatre cas, les scientifiques ont constaté des pics dans les mesures de l’intensité du champ magnétique et de la densité des particules autour de la sonde. Après le quatrième, mi-2020, ces chiffres sont restés élevés. Personne ne sait pourquoi. Peut-être que Voyager 1 continue de surfer sur les répliques des éruptions solaires, dit Park, qui a rendu compte des événements de juin dans le Journal d'astrophysique.
La question de savoir où commence l’espace interstellaire pur reste encore ouverte. Il en va de même pour la forme de l’héliosphère. La plupart des scientifiques pensent qu’il s’agit d’une forme allongée, comme une comète, mais d’autres pensent qu’il s’agit d’une sphère, voire d’un croissant.
Les télescopes spatiaux lancés en 2008 et 2025, l’Interstellar Boundary Explorer et l’Interstellar Mapping and Acceleration Probe, pourraient aider à répondre à cette question.
Pendant ce temps, les sondes Voyager avancent silencieusement. Les scientifiques estiment que les sources d'énergie embarquées qui font fonctionner les instruments de l'engin se tariront d'ici 10 à 15 ans, les empêchant de renvoyer des données vers la Terre. Notre conversation prendra fin. Mais le voyage continue.
Voyager 2 s'approchera d'une étoile naine rouge connue sous le nom de Ross 248 dans environ 42 000 ans, à moins de 700 jours-lumière. Il faudra 44 000 ans avant que Voyager 1 ne rencontre une autre étoile, Gliese 445, à une distance similaire. « Les Voyagers deviennent nos ambassadeurs silencieux, une petite partie de nous qui continue dans l'espace », explique Spilker.
Ils portent un message, si quelqu'un le trouve, contenu dans le Golden Record. Une copie du disque phonographique, plaquée or, est placée sur chacune des sondes. Les expéditions longue distance présentent des images et des sons de la Terre, notamment une carte du système solaire ; des images de monuments de la Terre ; salutations dans des dizaines de langues ; et les sons du chant des baleines, des rires, des compositeurs classiques et des chants Navajo.
Cette capsule temporelle capture l'optimisme et la promesse de la mission, dit Spilker. « Cela pourrait bien survivre à l’humanité. »