Destruction de Cassini : une collecte de données hors normes, jusqu’au dernier instants

Conçue il y a près de trente ans, lancée il y a presque vingt ans jour pour jour, la sonde Cassini va aller s’écraser sur Saturne vendredi 15 septembre. Un choix fait par la NASA pour s’assurer de ne pas polluer les lunes de Saturne, qui pourraient être des endroits propices à l’émergence de vie extra-terrestre. La sonde transmettra des données inédites jusqu’à sa destruction. Une fin de mission émouvante pour une des sondes les plus célèbres.

Un objectif inédit

La connaissance des différents corps de notre système solaire est très disparate. Les agences spatiales n’ont pas des budgets illimités et doivent donc faire des choix sur les projets qu’elles développent. Il faut qu’elles assurent la présence humaine dans l’espace en contribuant à la station spatiale internationale ; elles ont aussi un rôle important lié à l’étude de notre planète. Cela laisse moins de budget pour étudier tout ce qu’il y a à étudier dans le système solaire. En plus de l’étude de la Terre, la Lune et Mars sont deux planètes particulièrement étudiées. Les planètes situées au-delà de la ceinture d’astéroïdes (Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus) sont beaucoup plus énigmatiques. Plus une planète est loin, et plus il est difficile d’y envoyer une sonde.

CassiniInsertion
Vue d’artiste de l’insertion de la sonde Cassini sur l’orbite de Saturne. Crédits : NASA/JPL

Néanmoins, ces planètes ne manquent pas d’intérêt, au contraire. Mais très peu de projets s’y sont intéressés. Là où plusieurs dizaines de sondes ont été envoyées en orbite de Mars, et où des rovers sont actuellement en train de parcourir la surface, on ne peut en dire de même des planètes gazeuses. C’est simple : seules neuf sondes ont franchis la ceinture d’astéroïdes. Il y a eu plus de missions qui avait pour but de faire atterrir un module ou un rover sur la surface de Mars que de sondes envoyées vers le système solaire externe. Et toutes ces sondes n’avaient pas pour objectif principal la mise en orbite autour d’une planète pour l’étudier. La sonde Ulysses, par exemple, avait pour objectif l’étude du Soleil depuis une orbite qui n’est pas dans le plan sur lequel orbite les planètes (appelé écliptique). Elle orbite autour du soleil selon une trajectoire très elliptique, et inclinée de 78° par rapport à l’écliptique.

Et certaines de ces sondes n’ont fait que survoler certaines planètes. Les sondes Pioneer par exemple, ont survolé Jupiter, et Saturne a été survolé par Pioneer 11. Les sondes Voyager aussi n’ont fait que survoler les géantes gazeuses : les sondes Voyager 1 et 2 ont toutes deux survolé Jupiter et Saturne, Voyager 2 a aussi survolé Uranus et Neptune et est la seule sonde à l’avoir fait. La sonde New Horizons a été envoyée pour étudier la planète naine Pluton. Deux sondes ont été envoyées en orbite autour de Jupiter : Galileo et Juno. La dernière sonde à avoir franchi la ceinture d’astéroïdes est Cassini, qui est allé orbiter autour de Saturne.

Earth
A la manière de la sonde Voyager 1 en 1990, Cassini a pris une photo de la planète Terre, petit point brillant que l’on aperçoit ici entre les anneaux de Saturne. La Lune est aussi visible sur cette photo. Crédits : NASA/JPL

Huygens : l’atterrisseur européen

Saturne est principalement connue pour ses anneaux, les plus impressionnants du système solaire. Mais elle possède aussi plusieurs lunes, dont Titan, sa plus grosse Lune. Elle a été découverte au milieu du 17e siècle par l’astronome Huygens. Au 20e siècle, elle est devenue un centre d’intérêt majeur des astronomes, notamment après la découverte de son atmosphère. Les premières images de cette lune sont prises par la sonde Pioneer 11 en 1979. C’est ensuite au tour de Voyager 1, en 1980. Cependant, l’atmosphère de Titan rend difficile la prise de clichés véritablement exploitables.

Huygens
Vue d’artiste de l’atterrisseur européen Huygens sur Titan. L’atterrisseur était envoyé en terra incognita : sol liquide ou solide, dur ou mou, tout était possible. Comme on le devine sur ce dessin. Crédits : ESA/D.Ducros

Mais la lune intrigue de plus en plus : ainsi, lorsqu’il est décidé d’envoyer une sonde étudier Saturne, on incorpore au projet un atterrisseur pour étudier l’atmosphère de Titan. Cet atterrisseur a été nommé Huygens, en hommage à l’astronome ayant découvert le satellite. La sonde Cassini se met en orbite autour de Saturne en 2004. Elle embarque avec elle Huygens, qu’elle largue sur Titan. Huygens se pose en janvier 2005, et devient le premier atterrisseur à se poser sur une lune d’une autre planète que la Terre. L’atterrissage est un succès, les clichés pris lors de cette phase sont remarquables et les données remontées par Huygens ont permis d’en apprendre énormément sur l’atmosphère de Titan.

Titan
Projection Mercato des photographies de Titan par Huygens lors de sa descente, à différentes altitudes. Crédits : ESA/NASA/JPL/University of Arizona

Plusieurs surprises, de nombreuses découvertes et encore plus à venir

La conception de Cassini commence à la fin des années 1980, et la sonde est lancée vers Saturne le 15 Octobre 1997. Après plusieurs années de voyage, et un survol de Jupiter, la sonde se met en orbite autour de Saturne en été 2004. Au bout de 13 ans d’étude de la géante gazeuse, les découvertes faites par Cassini sont extrêmement nombreuses. Mais là où certaines missions permettent de confirmer les différentes hypothèses des scientifiques, la mission Cassini a plutôt fait l’inverse : les observations de la sonde ont régulièrement surpris les scientifiques. Et tout, ou presque, reste encore à découvrir : les quantités de données renvoyée par la sonde sont astronomiques, et il faudra des années, probablement des dizaines d’années pour tout étudier.

Cassini
Photo de la sonde Cassini et de l’atterrisseur Huygens. Crédits : NASA

Cassini a survolé plus d’une centaine de fois Titan, et a ainsi pu faire de multiples observations de cette lune qui intrigue beaucoup les scientifiques. L’atterrisseur Huygens a permis d’en apprendre énormément sur son atmosphère, composée notamment d’azote et de méthane. Ce méthane est aussi présent sous forme liquide, en surface, tout comme il y a des lacs d’éthane. Il s’agit là de composés organiques, éléments essentiels à l’apparition de la vie telle qu’on la connait aujourd’hui. La présence d’eau liquide sous la surface de la lune, une autre découverte de la mission, ainsi que celle de sources d’énergie (des cryovolcans) permet de dire que Titan remplie les conditions d’habitabilité : cela ne veut absolument pas dire que la vie s’y est développée, mais elle fait partie des endroits que les scientifiques vont scruter de plus près pour en avoir le cœur net.

Enceladus
Photographiée à contre-jour, Encelade révèle au monde entier ses immenses geysers d’eau glacée, une énorme surprise. Crédits : NASA/JPL/Space Science Institute

Une autre lune qui intéresse les scientifiques au plus haut point est Encelade. Cette lune glacée de Saturne renferme probablement sous sa croûte un immense océan d’eau liquide. La sonde Cassini a observé sur Encelade d’immenses geysers d’eau glacés, auxquels personne ne s’attendait. Cet océan sous la surface de la lune est aussi un terrain qui pourrait être propice au développement de la vie extra-terrestre. Toujours à propos des lunes de Saturne, la mission Cassini a permis d’en découvrir de nouvelles, de petite taille, dont plusieurs sont situés parmi les anneaux de la planète. Et la sonde a permis d’étudier plus en détails plusieurs satellites de Saturne.

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Au-delà des anneaux habituellement observés, Cassini a mis en évidence l’existence d’anneaux inconnus jusqu’alors. Crédits : NASA/JPL-Caltech/SSI

Les anneaux, probablement une des caractéristiques les plus connues de Saturne, ont été longuement étudiés par Cassini. Les scientifiques ont pu observer des ondes se déplaçant sur les anneaux de la planète, qui s’avèrent être extrêmement dynamiques. L’origine de ces anneaux n’est toujours pas clairement établie; deux scénarios subsistent : il s’agit soit des restes du matériau ayant formé Saturne, soit d’une lune ayant été brisée par les forces de marées exercées par la géante. Les données de Cassini ne permettent pas de trancher avec certitude, mais font pencher la balance pour le second scénario. La sonde a en revanche mis en évidence que les lunes internes aux anneaux, bien qu’elles créent des perturbations locales des anneaux, en assurent en réalité la stabilité. La sonde a aussi mis en évidence l’existence d’anneaux externes, moins denses et donc moins facilement détectables. En bordure de certains anneaux, les scientifiques ont découvert avec surprise la présence de reliefs très accidentés, culminant parfois à plus d’un kilomètre d’altitude, là où les anneaux font rarement plus d’une centaine de mètres d’épaisseur.

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D’immenses reliefs verticaux peuvent border les anneaux de Saturne, structures bien plus dynamiques que ce qui était pensé jusqu’alors. Crédits : NASA/JPL/SSI

Cassini a aussi étudié la météo de Saturne et renvoyé des clichés époustouflants de l’immense nuage hexagonal qui balaye le pôle Nord de la planète, laissant les scientifiques perplexes quant à l’origine de cette forme, ainsi que sur sa stabilité. Lors de ses multiples plongeons entre les anneaux et la planète, durant la phase finale de la mission, la sonde n’a absolument rien rencontré, là où la NASA s’attendait à trouver de petits corps qui auraient pu endommager les instruments. La mission Cassini-Huygens a été une mission incroyablement riche. Prolongée plusieurs fois, elle se terminera le 15 septembre 2017, lors de la destruction de la sonde sur Saturne, laissant derrière elle des quantités phénoménales de données qui seront analysées, décortiquées et étudiées pour des décennies.

Hexagon
L’immense nuage hexagonal situé sur le pôle Nord de Saturne. Crédits : NASA/JPL-Caltech/SSI

Détruire pour mieux protéger

On peut néanmoins s’interroger sur les raisons qui poussent la NASA à envoyer sa sonde directement sur Saturne pour s’y faire pulvériser. Car c’est effectivement une manœuvre volontaire. Et surtout, réfléchie.

En raison de son éloignement du Soleil, la sonde n’est pas alimentée par des panneaux solaires, mais par batteries. Concernant la propulsion de la sonde, des réservoirs de carburant ont été embarqués. Mais ces réservoirs sont désormais pratiquement vides, après presque 20 ans de mission et 13 ans de révolutions autour de Saturne. Une fois le carburant épuisé, la sonde deviendra incontrôlable, soumise uniquement aux lois de la physique, sans possibilité d’intervenir, de modifier sa trajectoire.

Jusque-là, rien de réellement pénible : il aurait tout à fait été possible de laisser la sonde orbiter autour de Saturne, en continuant de collecter des données grâce aux instruments. Sauf que la sonde n’est pas entièrement stérile. Et, comme mentionné précédemment, deux lunes de Saturne sont potentiellement habitables. Si une forme de vie s’est développée dans le système Saturnien, il ne faut en aucun cas polluer cet environnement avec des bactéries terrestres. Or, sans carburant, impossible de dévier la sonde si elle venait à s’écraser sur Titan ou Encelade. Un scénario qu’il faut absolument éviter. A tout prix. Et ce prix sera Cassini.

Un autre scénario que celui de la destruction aurait pu être choisi, mais d’un point de vue scientifique, il s’agit d’un scénario particulièrement intéressant. Après plusieurs plongeons entre Saturne et ses anneaux, un exploit en soi qui aura permis la collecte de données précieuses, la sonde plongera au cœur de l’atmosphère de Saturne. Ces plongeons entre la planète et les anneaux ont débuté en avril, au rythme d’environ un par semaine. Le plongeon final, au sein même de Saturne, aura lieu le 15 septembre 2017. Un moyen de l’étudier au plus près. Car la sonde pointera son antenne vers la Terre, et transmettra des données jusqu’à sa destruction. Lorsque dernières bribes d’informations seront captées en Australie, la sonde sera déjà détruite depuis environ 83 minutes.

Saturn
Photographie de Saturne et de ses anneaux par Cassini. Crédits : NASA/JPL-Caltech/SSI

Ces données, reçues d’une sonde fantôme, marqueront la fin de la mission Cassini. Cela marquera la fin d’une mission de près de 30 ans, et, à un mois exactement de l’anniversaire des 20 ans depuis le lancement de la sonde, Cassini terminera son incroyable épopée. Cette mission permettra de paver la voie de futures découvertes cruciales pour notre connaissance du système solaire. Il est possible d’espérer que des missions vers Titan ou Encelade verra le jour, dans un futur plus ou moins lointain, grâce aux résultats de la mission Cassini. Néanmoins, vendredi 15 septembre 2017, à travers le monde, de nombreux astronomes, physiciens, exobiologistes, passionnés et curieux se sentiront comme orphelins, lorsque le signal avec la sonde sera perdu.

Crédits de l’image de couverture : NASA/JPL-Caltech

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