Le Livre d'Argent

Le souci avec l'espace, c'est qu'il n'y a pas d'air. Du coup personne ne vous entend crier, certes, mais surtout, ça complique quand même pas mal les déplacements. Alors vu qu'on vient d'enchaîner deux #Vulgadredi à parler d'aller visiter l'espace, il faut peut-être aussi qu'on pare un peu de ça.

Donc, pour ce nouveau #VendrediVulga, on va partir explorer un peu ça, ça nous fera bien les seize pouets habituels. Et commençons donc par dire que l'air, qui transporte donc le son, permet aussi de manœuvrer beaucoup plus facilement.

2/16 En effet, il exerce une pression tout autour de nous, comme on en a parlé le week-end des JdLL⁽*⁾, mais plus généralement, tout ce qui bouge à la surface de la Terre se déplace dans l'air, et doit donc déplacer de l'air autour de soi, ce qui génère des frottements.

C'est pour ça qu'il n'est pas possible d'avoir un mouvement perpétuel ici sur Terre : ces frottements nous ralentissent et font que, si on laisse juste l'objet continuer sur la trajectoire sur laquelle on l'a lancé, il va finir par s'immobiliser. Bon, c'est mal dit, mais vous avez l'idée.

(∗) C'était ce thread-là si vous l'avez manqué : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B6nKDHGGGfbyQmQLgG

3/16 D'ailleurs, quand je vous disais, dans le thread d'il y a deux semaines, que ce qu'on considère habituellement comme la limite de l'espace est totalement arbitraire : l'ISS, la station spatiale internationale, est en orbite autour de la Terre à environ 400 kilomètres d'altitude, soit à quatre fois la hauteur de la ligne de Kármán.

Or, notre atmosphère n'a pas de limite franche : plus on s'éloigne de la Terre, moins il y en a, et il en reste très peu à cette altitude, mais quand même suffisamment pour qu'il y ait besoin, de temps en temps, de redonner un peu d'élan à l'ISS, car le peu d'air qui reste suffit à la freiner, et si on ne faisait rien, elle finirait par tomber.

Mais bon, il fallait bien une limite, et donc si vous aviez manqué ce thread, c'était là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B71sUrUUwAVsNA4vQm

4/16 L'air nous freine, donc, mais peut également nous entraîner : il suffit d'incliner un peu un avion, et l'air autour de lui poussera dessus suffisamment pour le faire tourner. C'est ce qui est impossible dans l'espace : un engin lancé dans une direction continuera dans cette direction jusqu'à rencontrer un obstacle, peu importe s'il tourne sur lui-même ou non.

Pour changer délibérément de trajectoire au milieu de nulle part, il faut donc avoir recourt à un autre principe : celui de l'action-réaction. Si on éjecte de la matière d'un côté, on est entraîné de l'autre. C'est le mouvement de recul qu'on subit en tirant un projectile, et c'est là-dessus que reposent les moteurs à réaction.

5/16 Mais notre environnement proche, y compris dans l'espace, n'est pas exactement au milieu de nulle part : nous sommes à l'intérieur d'un système stellaire, et nous avons donc à une distance environ raisonnable de nous une étoile et un certain nombre de planètes qui pèsent plutôt lourd. Et ça, ça peut jouer.

Bon, on n'a pas encore consacré de thread à la relativité générale, je vous parlerai de ça plus en détail à une autre occasion, mais globalement, l'idée qu'on peut en retenir ici est que c'est comme si les objets lourds, comme ceux dont on vient de parler, déformaient l'espace autour de nous par leur gravité.

Et c'est en calculant bien ces déformations qu'on a pu envoyer toutes les sondes dont on a parlé la semaine dernière : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B7GRh0gWnSRoyGfl8S

6/16 Quand un objet avance dans l'espace, il avance donc « tout droit » devant lui sans qu'on ait besoin de le pousser. Mais, quand il passe suffisamment près d'un objet lourd, ce « tout droit » est en fait légèrement courbe, en raison de cette déformation, ce qui le fait dévier de sa trajectoire initiale.

C'est typiquement ce qu'a fait Artémis Ⅱ lors de son voyage en avril dernier : le module est allé jusqu'à la Lune et en est revenu sans avoir à rallumer ses moteurs, le passage à proximité de notre satellite naturel déviant suffisamment sa trajectoire pour qu'il se retrouve directement sur la route du retour vers la Terre.

Après un petit tour en orbite de la Terre au départ, ça donnait donc une magnifique clef de sol : https://aus.social/@dgar/116372935527447101

7/16 C'était déjà la trajectoire qu'avait suivi la mission Apollo 13, que j'ai mentionnée dans le thread d'il y a deux semaines, parce que c'était à l'époque, après l'explosion ayant endommagé le module de contrôle, le seul moyen encore possible pour ramener l'équipage sain et sauf sur Terre.

Cependant, ça demande que l'engin céleste ne soit pas trop rapide, et que le corps céleste soit suffisamment lourd, faute de quoi la trajectoire ne sera pas suffisamment modifiée. Typiquement, lorsque New Horizons est arrivée à proximité de Pluton, sa trajectoire a été légèrement déviée, mais pas assez pour lui faire faire le tour de la planète naine.

Allez, ça faisait longtemps que je vous avais spammé une de mes vidéos : https://skeptikon.fr/w/9T2t6pUNCztxzXxhP4BmmB

8/16 D'ailleurs, je mentionne dans la vidéo que cette sonde est passée à proximité de Jupiter, ce qui l'a fait accélérer. Quelques précisions là-dessus s'imposent donc elles aussi. En fait, la trajectoire et la vitesse sont assez liées.

On sait ainsi depuis Kepler, c'était la première de ses trois lois, que les orbites des planètes ne sont pas des cercles parfaits, mais des ellipses, dont le Soleil est un des foyers. Elles vont donc se rapprocher et s'éloigner de notre étoile au fil du temps (on a déjà mentionné ça pour la Terre dans le thread sur les saisons).

Si vous voulez des détails sur les circonstances dans lesquelles Kepler a travaillé, voyez ce thread-là : https://fadrienn.irlnc.org/notice/Azm7oxzbjuzK2vMu8G

9/16 Mais les deux autres lois de Kepler sont aussi importantes. La seconde nous indique que, quelle que soit la distance effectivement parcourue, la planète mettra le même temps à parcourir deux portions de son orbite dont l'aire est égale.

En d'autres termes : plus la planète se rapproche de son étoile, plus elle accélère ; plus elle s'en éloigne, plus elle ralentit. Notez évidemment que je parle ici des planètes autour du Soleil, vu que c'est ce qu'étudiait Kepler, mais que c'est vrai pour tout objet tournant autour d'un autre par gravité.

10/16 Quant à la troisième loi, elle nous donne carrément le rapport entre la vitesse globale de la planète et la taille de son orbite : de nouveau, plus l'orbite est petite, donc plus la planète est proche de son étoile, plus cette planète va vite. Nous doublons régulièrement Mars et les planètes géantes, tandis que Mercure et Vénus nous doublent allègrement.

Au passage, ça fait qu'il existe une orbite (en l'occurrence à ≃36000km au dessus de nos têtes) pour laquelle nos satellites tournent précisément à la vitesse à laquelle la Terre tourne sur elle-même, ce qui fait qu'ils restent toujours au dessus des mêmes endroits… à condition aussi de tourner selon le bon angle, évidemment.

C'est ce qui fait qu'on a placé certains satellites de telle sorte qu'on a fabriqué un anneau artificiel à notre planète : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B6KMHnRV7rZ1ip7s3s

11/16 Une conséquence de ça est qu'en allumant les moteurs pour changer légèrement de direction, on va modifier la taille de notre orbite ; mais tant qu'on garde la vitesse imposée par celle-ci, on chemine tranquillement dans l'espace sans avoir besoin d'énergie, et selon une trajectoire relativement simple à calculer.

Un voyage d'une planète à l'autre consiste donc en le fait d'utiliser les moteurs juste ce qu'il faut pour se placer sur une orbite particulière autour du Soleil, orbite qui nous fera passer suffisamment près de celle de la planète visée lorsque celle-ci s'y présentera. C'est ce qu'on appelle une trajectoire de Hohmann, du nom du type qui a eu l'idée.

12/16 Au passage, je précise bien qu'on vise l'orbite de l'objet visé au moment où il s'y présentera : vu le temps que prennent les déplacement spatiaux, il faut toujours énormément anticiper et ne surtout pas partir tout droit vers l'objet visé, sinon il ne sera plus là le temps qu'on arrive.

Mais donc, bien maîtrisées, ces trajectoires de Hohmann sont l'un des moyens les plus économes en énergie, puisqu'on a juste à allumer légèrement les moteurs au moment de passer d'une orbite à l'autre, et que, le reste du temps, ce sont l'inertie et la gravité qui font tout le travail à notre place.

13/16 Mais quand on vise bien, on peut aussi se servir du passage à proximité des planètes pour accélérer ou ralentir, selon un principe assez proche : quand la sonde passe devant la planète et continue son chemin dans la direction opposée, la gravité de cette planète va la retenir et gêner son éloignement : notre sonde va donc ralentir.

À l'inverse, une sonde qui passe derrière la planète et continue dans une direction proche va être tirée par la gravité environ dans la direction dans laquelle elle avance, et cela va la faire accélérer, sans qu'elle ait besoin de rallumer ses moteurs pour cela.

14/16 On dit donc dans ce cas qu'on utilise l'assistance gravitationnelle de la planète, et c'est ce à quoi New Horizons à eu droit au voisinage de Jupiter. On parle également de « fronde gravitationnelle », car la planète transfère une partie de son propre mouvement à la sonde comme une fronde le transfère à son projectile.

On peut d'ailleurs noter que, l'énergie se conservant, si la sonde accélère… alors la planète ralentit ! Toutefois, pour un objet aussi lourd qu'une planète lancée sur son orbite, ce ralentissement est infime, négligeable, tandis que pour la sonde, ça représente une accélération énorme.

Pour plus de détails, vous pouvez aller lire là-bas : https://fr.wikipedia.org/wiki/Assistance_gravitationnelle

15/16 En l'occurrence, l'accélération était telle que New Horizons, arrivée à proximité de Pluton, n'avait pas assez de carburant dans ses moteurs pour ralentir suffisamment, et n'a donc pas pu se mettre en orbite de la planète naine : après neuf ans de voyage dans l'espace, elle n'a eu qu'une quarantaine de minutes pour prendre des images en étant suffisamment près !

Ces difficultés à freiner dues au fait d'être dans le vide, sans air autour de nous pour nous ralentir, compliquent évidemment beaucoup l'exploration spatiale car nous devons choisir entre mettre beaucoup trop longtemps à aller sur place, et y aller trop vite pour que ça ait un intérêt immense.

Alors même que « trop vite » peut déjà être sacrément lent : https://fadrienn.irlnc.org/notice/B5rJPaHc0C2xmKgUmu

16/16 Si les télescopes nous permettent, en collectant de la lumière partie il y a plus ou moins longtemps, de remonter d'une certaine façon dans le passé, imaginer aller voir sur place nous demande donc de nous projeter vraiment loin dans le futur.

Bon, je comptais enchaîner en vous parlant d'une planète sur laquelle on a envoyé pas mal de robots ; mais on m'a entretemps posé une question assez intéressante sur les saisons des autres planètes, qui mérite bien un thread à elle, donc je m'occupe de ça la semaine prochaine et on verra la suite plus tard. D'ici-là, comme d'hab, merci pour vos retours et partages ! :-)

17/16 Et allez, vu que j'ai mis pas mal de liens dans ce thread-ci, j'en profite pour ajouter un petit sondage, histoire de savoir si ça sert à quelque chose ou pas.

Quand je renvoie vers un thread précédent, cliquez-vous ?