La NASA va envoyer un hélicoptère sur Mars

Le nouvel administrateur de la NASA, Jim Bridenstine, l’a décidé, la mission « Mars-2020 » de la NASA, qui quittera la Terre en juillet 2020, emportera un mini-hélicoptère avec elle. Cela ouvre des perspectives très intéressantes.

Une difficulté majeure que les missions martiennes en surface doivent affronter est le caractère souvent extrêmement agressif du sol pour les roues puisqu’il n’y a évidemment pas de route et que par ailleurs l’érosion a été faible donc que les roches sont coupantes. On le voit bien sur les photos que Curiosity prend périodiquement de son train de roues. Elles nous inquiètent car on y voit depuis longtemps des déchirures sur la bande de roulement en aluminium alors qu’elles étaient prévues pour parcourir un terrain difficile pendant aussi longtemps que durerait l’approvisionnement en énergie de l’appareil. La conséquence est que l’on doit ménager ces roues au détriment de la visite de sites qu’on voudrait examiner de plus près. Que de fois le rover est passé hors d’atteinte de reliefs dont on ne pouvait que rêver de s’approcher ou près desquels on était passé et qu’on regrettait de ne pas avoir étudiés (par exemple les supposés tapis microbiens fossiles que la paléo-biogéologue Nora Noffke a cru voir sur le site Gillespie Lake Member fin 2014) ! Par ailleurs, la visibilité est limitée. On se demande toujours ce qu’il peut y avoir « derrière » ou « plus loin ». Enfin certains endroits peuvent être dangereux et contraindre à des détours. Rappelons-nous que Spirit s’est ensablé, que sa mission s’est de ce fait terminée prématurément et que les pentes fortes sont intéressantes à explorer (examen de leurs strates) mais qu’au-delà d’un certain degré de déclivité, on ne peut s’y risquer.

Il y a donc un besoin, celui de s’élever au-dessus du sol pour voir un peu plus loin ou pour aller « quelque part » et y aller vite (car le temps est toujours compté puisqu’on souhaite faire le maximum d’observations dans le cadre d’une mission et que le rover peut subir une défaillance fatale prématurée). Pour cela deux solutions, le plus lourd ou le plus léger que l’air. Dans les deux cas, le problème est la faible densité de l’atmosphère, en ordre de grandeur environ 100 fois moins élevée que sur Terre (610 Pascal en moyenne, au « datum », 1100 Pascal maximum, au fond du bassin d’Hellas et quelque 30 Pascal minimum, au sommet d’Olympus Mons). C’est très peu pour la portance ou la traînée (lift and drag) d’un observateur « volant ». Compte tenu de la composition de l’atmosphère (CO2), meilleure de ce point de vue que notre mélange oxygène et azote, ces facteurs donnent, pour les pressions de 600 à 1100 Pascal, l’équivalent des conditions que l’on a, sur Terre, vers 30 à 35 km d’altitude au-dessus du niveau de la mer. A ces altitudes, la stabilité est précaire et les phénomènes chaotiques possibles (nombre de Reynolds élevé). Et plus on s’élève plus cette instabilité s’aggrave. Nous ne discuterons pas ici des avantages ou des inconvénients du plus léger que l’air puisque le sujet est l’hélicoptère. Disons seulement en ce qui concerne le premier, qu’il présente l’avantage d’être peu consommateur d’énergie une fois gonflé (principalement pour la propulsion) et qu’il pourrait donc mener des missions longues. Ses inconvénients sont (1) le poids de l’enveloppe et de la structure, accessoirement du gaz – hydrogène de préférence puisque le plus léger – et (2) le volume puisque le différentiel entre pressions intérieure et extérieure est faible, et en conséquence la prise au vent.

Ce premier hélicoptère de la NASA (« Mars Helicopter Scout ») est naturellement prévu comme un essai ou une démonstration de faisabilité en situation réelle plus que comme un instrument d’observation. L’étude a commencé en 2013, avec GeorgiaTech, une des meilleures écoles d’ingénieurs des Etats-Unis, et le résultat que l’on voit sur la vidéo de la NASA est impressionnant car celle-ci montre qu’il a bel et bien volé de façon satisfaisante dans une atmosphère raréfiée équivalente à l’atmosphère martienne (composition et densité). La raison du succès est sans doute (1) la giration en sens contraire des deux rotors coaxiaux (configuration éliminant le bseoin d’un « rotor de queue »), et (2) le fait que la rotation se fait à très grande vitesse (3000 tours par minute donc 10 fois la vitesse de rotation des rotors d’hélicoptère traditionnel). La configuration assure la stabilité directionnelle (un hélicoptère « classique » se met à tourner sur lui-même si son rotor de queue est défaillant) car la rotation en sens contraire des deux rotors assurent un “couple en lacet” nul. La grande vitesse de rotation permet de générer un flux d’air vers le bas suffisamment rapide pour créer par réaction, malgré la faible densité de l’atmosphère, la sustentation requise pour soulever la masse de l’appareil soumise à la gravité martienne.

Bien sûr la masse de l’hélicoptère est faible (1,8 kg) et l’énergie embarquée étant limitée (batterie Lithium-ion rechargée par panneaux solaires sur le corps de l’hélicoptère) l’appareil ne pourra faire que de petits vols (maximum prévu de 2 à 3 minutes, par jour) d’autant que la vitesse de rotation rapide des pales doit en être très consommatrice. Ces petits vols lui permettront cependant de parcourir jusqu’à 600 mètres en distance (aller et retour!) et de monter jusqu’à 40 mètres du sol mais l’appareil pourra aussi faire du « sur-place » et cela est très important pour l’observation. Notons la taille impressionnante de ces pales : 120* centimètres (pour un corps cubique de 14 cm de côté) !  On imagine difficilement de plus gros hélicoptères martiens avec ces proportions mais ce n’est pas nécessaire si l’appareil doit simplement reconnaître le terrain sur la trajectoire d’un rover ou s’il doit prendre des photos ou analyser la composition par spectrométrie d’une roche inaccessible au rover.

*dimension pour le “diamètre” balayé (en fait deux longueurs de pales).

Entre les vols, l’hélicoptère une fois déposé au sol (détaché du « ventre » du rover) n’aura plus de connexion fixe au rover et communiquera avec lui par ondes (envoi de l’ordre de mission, retour d’images ou de données observées et renseignements sur l’état de l’appareil).

Espérons que cette démonstration technologique soit un succès. Cela faciliterait énormément les missions robotiques. Mais attention ! Sans homme en prise directe avec l’appareil (impossible compte tenu du « time-lag » entre Mars et la Terre), tout doit être programmé. L’appareil ne pourra donc servir que pour les repérages puis ensuite les observations à distance, plus que pour les collectes d’échantillons qui supposent toutes sortes de capteurs (et d’intelligence artificielle, comme on dit) qui sont probablement encore difficile à mettre au point (identification de l’objet « intéressant », descente jusqu’au sol ou en sustentation immobile à proximité, prélèvement) et qui représentent une masse complémentaire aux instruments d’observation qu’il serait de plus en plus difficile de soulever.

Image à la Une: vue d’artiste de l’hélicoptère en opération sur Mars. Crédit NASA.

Source :

NASA : note de presse 18-035 du 11 mai 2018:

https://www.nasa.gov/press-release/mars-helicopter-to-fly-on-nasa-s-next-red-planet-rover-mission

Naître et mourir sur Mars

Si l’homme veut un jour s’établir durablement sur Mars, il est évident qu’il doit anticiper sa naissance, sa vieillesse et sa mort sur cette planète. Pour les personnes hostiles au projet cela constitue un obstacle de plus, pour nous autres, « Martiens de cœur », c’est un de nos sujets de réflexion avant d’être le défi à relever par les « Martiens de chair » qui vivront effectivement sur Mars.

Transportons nous par la pensée après les premières missions d’exploration habitées, après qu’on aura bien vérifié que le voyage est faisable, qu’on dispose du support-vie suffisant pour satisfaire à nos besoins vitaux pour la totalité d’une période de révolution autour du Soleil et donc qu’on peut attendre 18 mois sur place sans réapprovisionnement d’aucune sorte. Dans ce contexte, beaucoup de voyageurs vont souhaiter rentrer sur Terre après 24 mois d’absence (18 + 6 pour le voyage aller) mais certains préféreront rester, parmi eux des hommes et des femmes encore jeunes, attirés par l’autre sexe et désirant avoir des enfants. Que va-t-il se passer ? Le sujet a été traité récemment dans une étude scientifique* (publiée le 23 avril 2018) qui présente un intérêt mais qui à mon avis, ignore certaines particularités martiennes ou met en avant de faux problèmes concernant « la valeur de la vie humaine », « la politique d’avortement », « Mars comme lieu en dehors des valeurs morales », « la sélection sexuelle et l’engineering génétique ».

Je parlerai peu de la conception car je crois que l’homme est assez imaginatif pour passer cette étape. Je suppose que l’attirance naturelle entre homme et femme existera toujours. Certains mettent en avant les difficultés pour l’intimité posées par la promiscuité. Il est vrai que pendant le voyage, l’exiguïté relative du vaisseau spatial pourrait poser problème mais de toute façon, pour d’autres raisons développées plus tard, un début de grossesse dans ce contexte ne serait pas souhaitable. Il faudra donc que les partenaires prennent leurs précautions pour que la femme ne tombe pas enceinte avant l’arrivée. Sur Mars le problème ne se posera pas car grâce aux habitats gonflables puis aux excavations faites dans la roche (sols ou falaises), les hommes disposeront très vite de volumes de vie suffisants. Un problème connexe, celui du caractère des colons sera forcément traité. On ne laissera pas partir sur Mars des personnes présentant des signes manifestes de difficultés relationnelles. Pour les générations nées sur Mars, cette précaution n’aura évidemment aucun effet mais une sanction possible pour les personnes asociales pourrait être l’exil sur Terre (tant que la Terre existera !). Par ailleurs il me semble prudent de ne sélectionner pour le départ que des couples notoirement stables.

Les auteurs de l’étude mettent en avant le risque des radiations. L’on sait bien que l’espace est un milieu très hostile pour cette raison. Le flux régulier de radiations solaires (« SeP » pour « Solar energetic Particles »), composé quasi exclusivement de rayonnements électromagnétiques et de radiations particulaires constituées de protons, ne peut être supporté pour une durée indéfinie. Et de temps en temps le soleil émet des bouffées de radiations particulaires beaucoup plus denses (tempêtes solaires, « SPE », « Solar Particle Events », certains correspondant à des « CME », « Coronal Mass Ejections ») tandis que constamment la Galaxie nous envoie à faibles doses, des radiations que l’on appelle  « GCR », « Galactic Cosmic Rays »). Parmi ces radiations un petit pourcentage (2% de 98%) est composé de noyaux atomiques lourds, HZE (pour High, atomic number -Z, Energy)  jusqu’au fer, extrêmement énergétiques et évidemment dommageables pour nos organismes compte tenu de leur masse et de leur vitesse. Ces HZE de GCR traversent toutes les protections, en produisant des rayons gamma lors du contact.

Pour une durée de voyage jusqu’à Mars (supposons 4 à 6 mois et non 7 à 9 comme dans l’étude précitée car pour le transport de passagers on dépensera plus d’énergie et on emportera moins de masse), la dose « normale » de radiations serait cependant supportable (même si l’on dit officiellement qu’elle doit être « ALARA » c’est à dire « as low as reasonably achievable ») d’autant que l’on peut prévoir des protections contre les rayonnements solaires comme les vestes de type astrorad (de la société israélo-américaine Stemrad) riches en protons et des caissons entourés des réserves d’eau et de nourriture de la mission, en cas de SPE (l’eau comprenant beaucoup de protons – dans l’élément H – freine efficacement les protons solaires ou galactiques). Les femmes sont certes plus sensibles que les hommes (moindre masse corporelle) et leur appareil reproductif plus fragile mais, protégées comme mentionné ci-dessus, elles pourraient passer l’épreuve au moins une fois aller et retour.

NB : on ne peut envisager qu’une jeune femme devienne « pilote de ligne » sur la boucle Terre-Mars-Terre mais je ne pense pas que cela pose un problème rédhibitoire à l’établissement de l’homme sur Mars.

Une fois sur Mars, le problème des radiations ne se poserait plus ou plutôt il pourrait être géré. En effet la surface de Mars bénéficie d’une certaine protection par l’atmosphère (et ce d’autant plus que l’altitude est basse, donc le manteau plus épais). Au fond du cratère Gale (4,3 km en dessous du « datum », niveau zéro d’altitude), la protection est telle que le niveau des radiations n’excède pas celui prévalant au niveau de l’orbite de l’ISS et l’on sait que les astronautes, femmes et hommes, qui ont séjourné de longues périodes dans cet habitat, ne sont pas pour autant plus souvent morts de cancer que leurs contemporains. On peut prévoir de toute façon, parce que le séjour des résidents martiens sur Mars sera très long, que les jeunes femmes et les enfants restent la plupart du temps à l’abri d’une protection quelconque (dôme de glace – 40 cm – ou couche de régolite – 2 mètres – ou roche au-dessus de cavernes naturelles ou creusées). Sur Terre, les hommes vivent de plus en plus « à l’intérieur » (bureaux, habitats) et sur Mars on vivra aussi largement « à l’intérieur », en commandant en direct toutes sortes de robots affrontant les conditions extérieures martiennes hostiles. Bien entendu cela n’exclut pas les « sorties » en scaphandre. Simplement on aura droit à d’autant moins de sorties que l’on est plus jeune (ou femme en âge de procréer) et il faudra prévoir à distances régulières des refuges à utiliser en cas de tempêtes solaires.

Un problème cependant subsiste, c’est celui de la gravité réduite. Là aussi comme pour les radiations, inutile de fantasmer sur les dangers, en l’occurrence ceux de la microgravité (comme le font les auteurs de l’étude précitée) car elle ne durera que le temps du voyage et encore si l’on ne prend pas de disposition pour créer une gravité artificielle dans le vaisseau, ce qui semble possible, d’une manière ou d’une autre (force centrifuge dans tout ou partie du vaisseau recréant par rotation une gravité artificielle*). Mais il serait souhaitable de constater le plus tôt possible les effets d’une gravité martienne de 0,38g sur le développement d’un fétus. A priori je ne vois pas de contre-indication étant donné que le fétus se développe en suspension dans le liquide amniotique de sa mère mais il serait préférable de ne pas se refuser l’expérimentation sur de petits mammifères avant l’expérience humaine. La gestation devrait être moins fatigante pour la femme; l’accouchement un peu plus problématique (phase expulsion) mais en Europe les femmes accouchent le plus souvent couchées. Ensuite, on peut penser que, pour l’enfant et l’adolescent non formés sur Terre, le squelette développé en gravité réduite puisse être plus fragile que sur Terre et donc non facilement adaptable à la vie terrestre. Ce risque est probablement réel même si on peut imaginer des remèdes (calcification médicamenteuse, musculation). Un risque annexe est celui de l’infection car la microgravité crée un terrain favorable à la prolifération bactérienne alors que les femmes enceintes connaissent un état transitoire immunodépressif. On ne connait pas les risques dans ce domaine résultant non de la microgravité mais d’une gravité partielle. Sont-ils proportionnels ? Il faudrait l’étudier. Il faudra évidemment protéger particulièrement les femmes enceintes de ce risque accru d’infection mais je pense que les premières femmes enceintes sur Mars seront de toute façon particulièrement suivies.

*On en parlera à notre Congrès EMC18, notamment dans le cadre d’une présentation de Claude Nicollier.

A supposer toutefois que l’adaptation aux conditions terrestres d’un corps humain développé sur Mars, s’avère très difficile, il faudrait donc envisager que les jeunes Martiens restent sur Mars. Je ne pense pas cependant que ce soit un châtiment épouvantable qui justifierait qu’on renonce à l’établissement de colonies sur Mars. Cette contrainte accélérerait d’ailleurs la création de telles colonies et permettrait d’atteindre assez vite la population viable minimum d’un isolat (évaluée à 6000* personnes par Chris Impey en 2015). Pour ce qui est du risque de consanguinité il n’y a sans doute rien à craindre car l’enrichissement de « sang neuf » sera constant ( à chaque rotation tous les 26 mois) et le seuil de risque de 500 personnes distinctes génétiquement sera très vite dépassé.

*chiffres à bien considérer en fonction des besoins d’une telle société et de nos capacités technologiques (notamment télécommunications et impression 3D). Richard Heidmann, fondateur de l’Association Planète Mars et polytechnicien, l’évalue plus proche de 1000 personnes seulement.

Les vieillards seront comme pour toute société, une charge sur le plan sanitaire mais il n’y a aucune raison de ne pas y faire face car la société martienne sera bien médicalisée (présence nécessaire de médecins aux compétences couvrant l’éventail des pathologies possibles avec tous les appareils – facilité par l’impression 3D – et tous les médicaments nécessaires) et en forte croissance (donc avec une pyramide des âges « en sapin », à très large base à partir des jeunes adultes). Les jeunes pourront sans problèmes « supporter » les vieux d’autant que les vieux seront sans doute nécessaires pour les jeunes (pourquoi ne pas confier leur éducation à ceux dont les forces physiques sont déclinantes mais les connaissances et l’expérience considérables ?).

Dans l’étude, les auteurs se posent des problèmes d’éthiques, plus précisèment ceux de laisser accéder à la vie ou de garder en vie des êtres qui a priori seront à charge. En ce qui concerne l’euthanasie je ne vois pas sa nécessité en particulier pour ce qui résulte du grand âge. On peut cependant envisager que de grands malades touchés par une pathologie incurable et avec une espérance de vie pourtant encore longue, soient rapatriés sur Terre lors de la première fenêtre de retour (s’ils sont transportables mais au risque de mourir pendant le voyage). Pour ce qui est de l’avortement c’est un autre problème. Il est certain qu’il vaudrait mieux éviter de mettre au monde des enfants handicapés qui, par l’attention qui leur serait due, incapaciteraient pendant une longue durée leurs parents, membres difficilement remplaçables d’une petite communauté isolée. Ceci dit on sait prévoir de plus en plus les grossesses à risques et les interrompre. On le fait déjà assez généralement sur Terre et on le fera certainement sur Mars (à moins que des parents disposant des moyens financiers suffisants décident de les assumer ainsi que leur moindre productivité personnelle qui en résulterait). Pour être clair il n’y aura pas d’acharnement thérapeutique dans une communauté qui ne pourrait pas se le permettre.

Mais rassurez-vous, la vie sur Mars ne sera pas plus inhumaine que sur Terre.

*« Biological and social challenges of human reproduction in a long-term base » par Konrad Szocik, (dept of Philosophy and cognitive science, Uni. Of Information & technology & management) de Rzeszów, Pologne, et al. in Futures (publication d’Elsevier). 

Image à la Une : Luciana Vega sur Mars (crédit American girl / Mattel)

CHEOPS un observatoire spatial pour affiner notre connaissance des exoplanètes proches

CHEOPS ( CHaracterizing ExOPlanet Satellite) sera la première mission dédiée à la caractérisation des exoplanètes proches déjà repérées. C’est une entreprise dirigée par l’Université de Berne dans le cadre de l’ESA au travers du Swiss Space Office. La réalisation de la charge scientifique, le télescope et ses annexes, a été terminée en avril ; elle est maintenant en Espagne pour montage sur la plateforme du satellite ; le lancement doit avoir lieu début 2019 en Guyane.

Avec CHEOPS il ne s’agit pas de découvrir de nouvelles exoplanètes mais, connaissant leur masse par la méthode dite de la « vitesse radiale » de leur étoile (déplacement de l’étoile du fait de sa relation gravitationnelle avec sa ou ses planètes), de déterminer leur volume (via leur diamètre) par mesure aussi précise que possible de leur « profondeur de transit » en utilisant la méthode dite « des transits » (c’est-à-dire l’intensité d’obscuration de la lumière de l’étoile causée par leur passage devant l’étoile). Connaissant le volume et la masse d’une planète, on peut en déduire sa densité et donc dans une certaine mesure sa composition en prenant en compte sa proximité à l’étoile (donc sa température). La différenciation entre roche et atmosphère peut-être renforcée par l’observation de la « modulation » de la lumière lorsque la planète est éclairée par son étoile avant de passer derrière elle ou encore la disparition de la planète derrière l’étoile peut permettre de déduire l’émission thermique propre à la planète, donc son spectre d’émission.

CHEOPS doit étudier les planètes identifiées comprises entre un et six diamètres terrestres dans des systèmes dont l’étoile a une magnitude visuelle (« V ») allant de 6 à 12 (pour comparaison l’œil peut discerner les objets jusqu’à la magnitude 6 et l’observatoire spatial Hipparcos a établi la carte des étoiles allant jusqu’à la magnitude 11). Cela représente une population de 500 à 700 étoiles. CHEOPS est une mission « de suivi » par rapport aux planètes déjà repérées et comme les petites planètes à grande distance de leur étoile ne sont pas encore connues, on ne pourra pratiquement observer que des planètes à périodes orbitales courtes et relativement proches de notre système solaire (jusqu’à quelques centaines de parsec). CHEOPS pourrait mesurer une planète de la taille de la Terre et on en connait quelques-unes mais elles orbitent des étoiles plus petites que notre Soleil (des « naines rouges »). On attend la mission PLATO qui sera lancé en 2026 pour trouver ce type de planète orbitant des étoiles de type solaire.

Tout a commencé en 2012 lorsque l’ESA a lancé un appel d’offres pour les missions « S » (pour Small, à côté de « M » – comme « PLATO » – et « L ») dans le cadre de son programme « Cosmic Vision ». L’idée était de mener des missions peu chères (50 millions d’euros maximum, pour l’ESA) et réalisables en quatre ans maximum (l’équivalent en moins cher des missions « scouts » de la NASA). L’Université de Berne a remporté l’appel d’offre pour la première mission S avec ce concept CHEOPS, devant 25 autres projets. La charge utile, le télescope et ses annexes (qui représente 40 millions d’euros – dont 25 pour la Suisse – sur un total de 100 en prenant en compte les participations non-ESA venant du « Consortium CHEOPS réunissant 11 pays membres de l’ESA sous la direction de la Suisse) a été étudiée et réalisée par le Center of Space and Habitability (CSH) sous la direction de Christopher Broeg (chef de projet), le Professeur Willy Benz, directeur de l’Institut de Physique, étant le responsable de la mission dans son ensemble (« Principal Investigator »). La plateforme, réalisée par Airbus Defense & Space en Espagne, sur laquelle sera monté le télescope, est inspirée de celle de leur satellite SEOSAT (satellite d’observation de la Terre qui doit être lancé également en 2019). Le lancement de CHEOPS était originellement prévu à partir de Kourou en 2017 mais il a été quelque peu retardé (comme la quasi-totalité des projets spatiaux qui posent, pour leur réalisation, des problèmes complexes que l’on ne peut totalement anticiper). Finalement, CHEOPS va être lancé comme un passager secondaire avec un satellite italien d’observation de la terre sur une fusée Soyouz, très vraisemblablement durant la première moitié de 2019.

Comme tous les télescopes spatiaux, CHEOPS est une merveille technologique. Il est le résultat de tout un ensemble d’idées originales et souvent « géniales » car on doit toujours envoyer la charge utile la moins massive, la plus adaptée à l’objectif, la plus performante et la plus fiable. Sans tout mentionner on peut par exemple évoquer le positionnement du satellite porteur du télescope. Il sera en rotation autour de la Terre à 700 km d’altitude (environ deux fois l’altitude de l’ISS) sur une orbite héliosynchrone, dans un plan orthogonal à l’éclairage solaire (le plan de l’orbite suivra celui du terminateur terrestre) et tournant toujours l’objectif du télescope dans la direction opposée à la source des rayons solaires, tandis que les panneaux solaires (réalisés en Belgique) fixés sur sa coque extérieure, feront écran et fourniront l’énergie (puissance de 60 W seulement !). Le télescope lui-même est petit, doté d’un miroir (réalisé en Italie) de 32 cm dans un tube de 150 cm (ouverture 30 cm) et il fonctionne en visuel et proche infrarouge (détecteur CCD, longueurs d’ondes entre 0,4 et 1,1 microns). Un dispositif de lentilles défocalise le rayonnement et l’étale sur 765 pixels ce qui permet une analyse plus facile, en définissant un périmètre et une surface soigneusement calibrée à l’Université de Berne. De la même manière l’intensité des signaux reçus par la plaque CCD, des photons convertis en électrons, a fait l’objet d’un calibrage pour pouvoir être proprement interprétée une fois le télescope en fonction. Après le montage en Espagne, il y aura encore des tests thermiques en France, vibratoires à Zurich, acoustiques en Hollande. Pendant le fonctionnement du satellite (la mission doit durer 3,5 ans) le Science Operation Center de la mission sera localisé à l’Université de Genève. NB ce « segment sol » représente 10 millions d’euros (à l’intérieur du total des 100 déjà mentionnés) et la Suisse en prend 5 à sa charge (portant ainsi la dépense totale pour la Confédération, à 30 millions d’euros).

La profondeur des transits des planètes de taille terrestre possibles sera de l’ordre de 100 ppm et la sensibilité des CCD sera de l’ordre de 20 ppm en six heures. Pour les planètes de la taille de Saturne la profondeur des transits attendue sera évidemment beaucoup plus grande (2500 ppm), la sensibilité requise de 85 ppm en 3 heures et la luminosité de l’étoile pourra aller beaucoup plus bas (V de 9 à 12). On a donc là un éventail assez largement ouvert mais il faut noter qu’on ne recherchera pas les mêmes informations venant d’une Saturne ou d’une super-Terre (une super-Terre de la taille de Saturne serait impossible du fait de sa masse et réciproquement), cet éventail est donc bien nécessaire pour couvrir une gamme étendue de planètes proches de leur étoile. D’autant que si on recherche des super-Terres, on cherche aussi à comprendre comment « fonctionnent » les planètes plus grosses dans leur système c’est-à-dire quelle a pu être leur histoire dynamique étant donnée leur présence très près de leur étoile (sur des orbites de courte période) contrairement à ce que l’on constate dans le système solaire.

CHEOPS est une étape. En étudiant les étoiles les plus brillantes on aura des signaux beaucoup plus nets pour une population relativement importante d’étoiles proches, que ceux recueillis par Kepler. On veut aussi grâce à cette mission sélectionner les meilleurs cibles pour les caractérisations futures des exoplanètes de la catégorie concernée. Il faut bien voir en effet l’intégration de tous ces projets d’exploration. Un instrument collecte des données qui après analyse sont utilisées par les autres. Dans le cas de CHEOPS, E-ELT et JWST avec leur outils spectrométriques reprendront les cibles semblant les plus intéressantes.

Lien vers le site CHEOPS de l’Université de Berne :

http://cheops.unibe.ch/fr/

Le texte de cet article a été soumis pour contrôle au Professeur Willy Benz. Il y a apporté quelques corrections.

Image à la Une : CHEOPS dans son contexte. Crédit Airbus DS.

Image ci-dessous : CHEOPS avec ses panneaux solaires déployés (vue d’artiste), crédit Swiss Space Center, EPFL

Image ci-dessous, CHEOPS, dans sa configuration de lancement avec détails de la localisation des équipements (par rapport à l’illustration ci-dessus, les panneaux solaires sont repliés). Crédit ESA.

La mission Kepler va s’achever après avoir découvert des milliers d’exoplanètes

Tout le monde connaît la mission Kepler de la NASA qui a fait des découvertes sensationnelles d’exoplanètes, par ailleurs parfaitement médiatisées. Comme elle va s’arrêter par la force des choses en 2018 ou début 2019, après dix ans de collecte de données, il est temps de faire le point. Il est de toute façon remarquable de constater les résultats au regard des difficultés surmontées.

La mission a été lancée le 7 mars 2009 et le télescope est devenu opérationnel le 12 mai 2009. C’est la dixième des douze du programme « Discovery » dont le concept fut lancé en 1992 par l’Administrateur de la NASA Daniel S. Goldin, la dernière étant InSIGHT, lancée le 5 mai 2018 vers Mars. La motivation de la création de Discovery était de réaliser de petits projets « plus vite, mieux et moins cher » (« faster, better, cheaper »). Comme pour toutes les missions d’exploration spatiales, le « faster » s’est avéré difficile à appliquer car les ingénieurs et les scientifiques conçoivent des projets dès que les progrès de la connaissance le permettent mais ils ne peuvent ensuite que les faire entrer dans une file d’attente (financement, aménagements techniques et agenda des lancement). Pour Kepler le concept a été présenté dès 1994 sous le nom de « FRESIP » (FRequency of Earth Sized Inner planets). Il est devenu « Képler » en 1996 après plusieurs modifications pour le rendre moins cher (dont la localisation dans l’espace). Il ne fut sélectionné (l’élément « better ») qu’en 2001. A noter que c’est sans doute la découverte en 1995 de la première planète extrasolaire par les astronomes suisses Michel Mayor et Didier Queloz qui renforça l’intérêt du projet aux yeux des décideurs. Pour ce qui est du « cheaper », le budget était de 600 millions de dollars. Comme souvent on a dépassé les 450 millions unitaires théoriques du programme Discovery mais à moins de 1 milliard on reste dans des montants acceptables par rapport au cadre.

Képler a été réalisée et mise en service par le JPL de la NASA avec Ball-Aerospace pour la construction du satellite et Ames Research Center pour les installations au sol et la gestion. Sa durée primaire était de 3ans ½ (donc jusqu’en novembre 2012) ce qui était parfaitement adapté à sa méthode d’observation. Elle a connu pas mal de mésaventures techniques par la suite mais a pu continuer son travail.

L’objet étant essentiellement d’identifier des planètes habitables, il s’agissait (1) de déterminer combien de planètes, de taille équivalente ou supérieure à la Terre, se trouvent à l’intérieur ou à proximité de la zone habitable des étoiles situées dans la profondeur de la zone observée (donc de masses et de types spectraux très variés); (2) de mener cette recherche dans la zone habitable de la Galaxie (GHZ), un anneau autour de son centre, qui contient notre système solaire et dans lequel on estime que la métallicité est suffisamment forte et l’occurrence des supernovæ suffisamment faible, ceci implique que les observations se fassent dans la direction du déplacement du Soleil autour du Centre galactique ; (3) de déterminer les propriétés des étoiles qui abritent des systèmes planétaires.

La méthode d’observation utilisée est celle dite « des transits » qui se fonde sur les baisses de luminosité des étoiles du fait du passage d’une planète du système stellaire visé, entre l’étoile de ce système et nous-même (baisse de luminosité de 0,01% pour une étoile de type solaire lors du passage devant elle d’une planète de la taille de la Terre et de 1% lors du passage d’une planète de type Jupiter). La distance de la zone favorable au point de vue de la température compatible avec une eau liquide (« habitable ») est évaluée en fonction des modèles de radiation stellaire (irradiance).

principe de détection par la méthode du transit

Le champ d’observation de Képler est de 105 degrés carré soit 0,28% de la surface apparente du ciel, soit 12 degrés en diamètre (la taille du poing observé bras tendu), à l’origine (dans la première partie de la mission) perpendiculairement au plan de l’écliptique (vers le Nord) de telle sorte que le soleil ne pénètre jamais dans l’ouverture du télescope. La surface du champ est très supérieure à celui de Hubble (10 minutes d’arc, soit 1/5 de degré) et Hubble n’observe que rarement un champ stellaire en continu alors que c’est le principe même de Kepler pour appliquer la méthode des transits. Sur 500.000 étoiles dans ce champ, 150.000 ont été sélectionnées, pour être observées simultanément en permanence pendant les 3 ½ ans, avec variation de luminosité contrôlée toutes les 30 minutes. Cette « persistance » et cette « continuité » sont nécessaires pour vérifier que les fluctuations de luminosité expriment bien le passage d’une planète, pour ne pas « rater » son retour devant l’étoile et pour vérifier le rayon de son orbite en supposant que la planète est de type terrestre autour d’une étoile de type solaire et orbite dans sa zone habitable. Pour assurer le moins de perturbations possibles et lui offrir un maximum de visibilité, on a placé Képler sur l’orbite de la Terre, dans son sillage, avec une vitesse un peu inférieure (parcours de l’orbite en 372,5 jours). On avait envisagé auparavant une localisation au point de Lagrange L2 dans l’ombre de la Terre et l’observatoire aurait pu donc fonctionner sans pare-soleil mais cela aurait impliqué une consommation supérieure d’énergie (panneaux solaires inutilisables). Ce choix s’est effectivement avéré important (positivement et négativement) après la mission primaire.  La distance des étoiles étudiées se situe entre 600 années-lumière (dans cette zone du ciel moins de 1% se trouve à moins de 600 al) et 3000 al car au-delà l’observation d’une planète de la taille de la Terre n’aurait pas été possible. Képler se comporte en quelque sorte comme un phare inversé, collectant plutôt qu’émettant la lumière dans une sorte de très long pinceau. A noter que cette approche est très différente de celle de TESS (lancé le 18 avril 2018) qui recherche les planètes à moins de 300 a.l. et sur la totalité de la surface du ciel mais qui aussi peut voir des fluctuations dans la lumière d’étoiles 30 à 100 fois plus brillantes que celles vues par Képler (donc beaucoup plus d’étoiles proches de type solaire).

Orientation de Kepler pendant la mission primaire, lorsque ses trois roues de réaction fonctionnaient (crédit NASA/ Lab for Atmospheric and Space Physics, Colorado). Vous remarquerez que l’objectif est tourné vers le Nord de l’écliptique (qui est inclinée par rapport au plan galactique vers la direction de déplacement du soleil)

Techniquement le miroir primaire de Képler est de 1,4 mètre de diamètre et l’ouverture de l’objectif de 95 cm. La précision de ses caméras à capteurs utilisant des CCD était théoriquement d’une sensibilité de 20 ppm mais elle s’avéra être de 29 ppm or le signal d’une planète de type terrestre passant devant une étoile de type solaire de magnitude 12 est de 80 ppm. Cette sensibilité moins bonne que prévu nécessite davantage de transits (pour confirmer l’observation) et a fait dès le début envisager une prolongation de mission au-delà des 3½ ans prévus. Le télescope est refroidi à l’azote liquide pour limiter le « bruit thermique ». L’énergie du télescope est fournie par des panneaux solaire de 10,2 m2 délivrant une puissance de 1100 watts et l’observatoire disposait au départ de 11,7 kg d’hydrazine pour son contrôle d’attitude. Son orientation fixe était stabilisée sur 3 axes avec quatre roues de réaction (dont une de « secours »).

Tout s’est bien passé pendant la mission primaire mais l’observatoire a souffert de la panne d’une première roue de réaction en juillet 2012 et d’une deuxième en mai 2013. En août on dut conclure qu’on ne pouvait le réparer ; le pointage fin et stable d’origine n’était plus possible. En novembre 2013 une solution fut trouvée et on entra dans la phase « K2 » (« second light »). On avait constaté que les photons du Soleil pouvaient maintenir la stabilité du télescope pourvu qu’il soit parallèle / horizontal et non plus vertical par rapport au plan orbital (et en utilisant les deux roues de réaction restantes) mais, pour éviter que la lumière solaire pénètre dans l’ouverture du télescope resté pointé sur une cible fixe (toujours pour le transit !), l’orientation devait être modifiée tous les 83,5 jours. La lumière d’une même cible ne pouvait donc être recueillie aussi longtemps que pendant la période primaire.

Schéma d’explication de K2 (Kepler second light), crédit NASA Ames/W Stenzel. Vous voyez l’équilibrage de l’observatoire par les photons du soleil et le changement de position périodique sur l’orbite héliocentrique. L’observatoire est désormais couché sur son orbite.

Depuis janvier 2014 le télescope spatial fonctionne donc en mode dégradé. L’observation de 3 transits consécutifs dans ce contexte ne permet d’identifier que les planètes ayant une période orbitale très courte (moins de trente jours !) ou de confirmer des observations précédentes. En mars 2018 les responsables de la mission ont estimé que l’hydrazine utilisée par de petits propulseurs et nécessaire pour stabiliser le télescope était en voie d’épuisement. Toutefois faute d’une jauge dans les réservoirs il est difficile d’évaluer la date de fin de la mission. Celle-ci pourrait intervenir courant 2018 ou au plus tard en 2019.

Képler a cependant bien « travaillé ». En Mai 2018, il avait identifiée plus de 2619 exoplanètes (soit 2327 dans le cadre de la mission Képler et 292 dans le cadre de la mission K2) dont 30 planètes de moins de deux fois la taille de la Terre et en zone habitable, sur un total de 3726 exoplanètes identifiées par toutes les méthodes d’observation (dont 2935 identifiées par la méthode des transits). 2244 + 480 autres signaux sont à l’étude (« candidats » pour être reconnus comme émanant de planètes). Ce beau résultat doit cependant être affecté de “bémols”. La méthode des transits n’a permis pendant la période K2 que d’ajouter des planètes très proches de leur étoile, donc en ce qui concerne les planètes « habitables », que celles qui orbitent autour de naines rouges, par nature hostiles à la vie. Par ailleurs pendant les deux missions la sensibilité a exclu les forts contrastes et privilégié encore les naines rouges. Enfin la profondeur du champ n’a été vraiment favorable pour l’observation des planètes de type terrestre que pour les étoiles proches et non jusqu’au 3000 années-lumière théoriques (plus on s’éloigne, plus les différentiels de lumière sont difficiles à observer).

Képler a été un précurseur, ce premier travail doit être poursuivi par TESS, par CHEOPS et, espérons-le, par WFIRST. Il convient à cette occasion de noter l’importance de l’interaction des instruments en astronomie. Pour confirmer que l’effet d’atténuation de la luminosité de l’étoile est bien dû à une planète, l’observation est répétée en utilisant les autres moyens (télescopes) existants : imagerie (avec coronographe, pour les planètes proches du Soleil et éloignées de leur étoile) astrométrie (pour les planètes massives, Gaïa), vitesse radiale (planètes massives proches de leur étoile, HARPS, spectromètre ELODIE sur télescope Alpes de Hte Provence, utilisé par Queloz et Mayor ), lentille gravitationnelle (WFIRST). Notre époque informatisée et mondialisée, avec télécommunications ultra-rapides facilite ces coopérations qui sont accélératrices de progrès.

image à la Une: les découvertes de Kepler (points jaunes). Les autres sources sont en bleu, clair ou foncé. Crédit NASA. Vous remarquerez que les planètes Kepler ont des périodes orbitales (“années”) très courtes (>90% moins de 100 jours) ce qui est dû au biais observationnel de la méthode de transit (il faut par définition un multiple de cent jours pour confirmer une planète dont l’année dure cent jours). Les grosses planètes (taille de Jupiter) ont été observée par d’autres méthodes (surtout “vitesse radiale”).

NB: le texte a été soumis pour contrôle à Claire Saravia, responsable de la communication pour Kepler, au Goddard Space Flight Center de la NASA.

Gaia nous fait faire un bon fantastique dans la cartographie du ciel

Le 25 avril, l’ESA a publié son deuxième catalogue d’objets célestes repérés par l’observatoire spatial Gaia (« DR2 »*). Pour un secteur significatif de notre galaxie c’est un peu comme si nous passions d’une carte du début du 18ème siècle à une carte Google. Il faut bien voir que dans les années 1960** les astronomes ne pouvaient donner les distances à moins de 10% d’erreur que pour quelques 350 étoiles. Aujourd’hui, grâce à Gaia, on a cette précision pour 70 millions d’étoiles et ce n’est qu’un des progrès apportés par ce merveilleux observatoire spatial.

*Data Release 2; **General Catalogue of Trigonometric Stellar Parallaxes, Jenkins 1963.

Tout a commencé en 1993 quand Lennart Lindegren (Université de Lund, Suède) et Michael Perryman (ESA/University College Dublin) ont voulu donner une suite à l’observatoire spatial Hipparcos en orbite depuis 1989 et qui arrivait cette année-là en fin de mission. Il avait relevé par astrométrie la position de 118.000 étoiles proches avec une précision de 0,001 secondes d’arc (cent fois mieux que précédemment) et de 2,54 millions d’étoiles jusqu’à la magnitude-apparente 11* avec une précision de 20 millisecondes d’arc. Leur projet, la mission GAIA (à l’origine « Global Astrometric Interferometer for Astrophysics ») était beaucoup plus ambitieux. Il s’agissait de dresser une carte en trois dimensions de notre environnement sur une population d’étoiles appartenant à une gamme de luminosité beaucoup plus étendue, allant jusqu’à la magnitude-apparente 20 donc couvrant une population stellaire de la Galaxie beaucoup plus importante (1% de ses quelques 200 milliards d’étoiles).

*L’échelle des magnitudes va de -26,7 pour le Soleil à 6,5 pour les astres discernables à l’œil nu et 30 pour les astres les plus éloignés. Hipparcos a identifié 99% des étoiles allant jusqu’à 11.

Gaia comme tout projet d’exploration spatiale a connu des vicissitudes. Il a été modifié en cours de conception pour des raisons budgétaire et d’évolution technologique (notamment abandon de l’interférométrie…sans que son beau nom soit changé). Sur recommandation du « SSAC » (Comité du conseil scientifique spatial) de l’ESA, il a finalement été sélectionné en 2000 par le « SPC » (Science Program Committee) composé des représentants des Etats membres (qui financent !) comme « pierre angulaire » n°6 de son programme « Horizon 2000+ ». Il a été ensuite construit par EADS Astrium* (aujourd’hui une composante d’Airbus Defense and Space) pour un budget de 740 millions d’euros, lancé en décembre 2013 et est devenu opérationnel en mai 2014. Juillet 2014 est la date de départ de sa mission scientifique de 5 ans, prolongée déjà d’une année, jusqu’en 2020, mais avec suffisamment de consommables pour fonctionner 9 ans. Deux publications de données ont été faites (en 2016, DR1 et en 2018, DR2) ; deux autres doivent avoir lieu (en 2020 et 2022). Ces données sont mises à la disposition des chercheurs du monde entier qui les exploitent pour en tirer une meilleure compréhension de notre environnement et de notre Galaxie.

*avec Mersen Boostec (France) pour la structure du télescope et E2v (Grande Bretagne) pour la fourniture des CCD (« Charge Coupled Devices », dispositifs à transfert de charges, utilisés pour lire les signaux lumineux, comme dans les appareils photos digitaux).

En tant que satellite, Gaia a plusieurs particularités qui lui permettent d’être le moins perturbé possible par son environnement, il le faut pour la précision recherchée des mesures. Il est d’abord extrêmement rigide et léger et cela a déterminé le choix de la matière qui constitue sa structure ou ses miroirs (carbure de silicium). Il évolue dans un environnement à l’écart de tout trouble qui résulterait du voisinage de la Terre (lumineux, thermique, radiatif), autour du point de Lagrange « L2 », en opposition au Soleil par rapport à nous, à 1,5 million de km. Son orbite de 380.000 km autour de L2, parcourue en 6 mois, est exposée au Soleil en permanence, selon un éclairage constant. Son bouclier thermique de 10 mètres de diamètre constitue son pare-soleil.  Il est partiellement revêtu de panneaux solaires fournissant une puissance de 2 kW. L’objectif de ses télescopes est donc en permanence protégé de la lumière solaire et sa température est stable.

Gaia a embarqué plusieurs instruments qui lui donnent toutes les capacités nécessaires pour la détermination de la position, de la distance, du mouvement et autres caractéristiques (spectre lumineux) de tous les objets célestes dont il reçoit la lumière. Ces objets sont essentiellement des étoiles mais pas uniquement ; dans le système solaire, des astéroïdes ou des comètes ; en dehors de notre système, de grosses planètes de la taille de Jupiter (distinguables directement par astrométrie) et dans l’espace profond, bien au-delà de la Voie Lactée, d’autres objets très lumineux (quasars).

La lumière est collectée par deux télescopes rectangulaires de 1,45 m sur 0,50 m avec un écart entre leur ligne de visée de 106,5 degrés. La mesure précise des positions relatives d’objets observés simultanément dans deux directions séparées par un angle obtus, permet d’éviter les erreurs qui pourraient résulter de références trop proches. Les mouvements de l’observatoire sont complexes : Il effectue une rotation sur lui-même en 6 heures (1 degré d’angle par minute de temps) ce qui permet qu’une observation effectuée par le premier télescope soit répétée par le second 106 minutes et 30 secondes plus tard. De plus l’axe de rotation de l’observatoire est incliné de 45° par rapport à la direction du Soleil et il décrit un cercle de précession en 63,12 jours autour de cette direction. La combinaison des mouvements du satellite avec la rotation du point L2 autour du Soleil permet de couvrir la totalité de la voûte céleste. Finalement chaque objet sera vu au minimum 60 fois sur les 5 ans.

Les signaux lumineux reçus par chacun des télescopes forment des images se superposant sur un plan focal commun de 100 cm composé de 106 capteurs CCD de 4500 X 1966 pixels, soit un total de 1 giga-pixels, organisés en 16 colonnes. Trois traitements sont donnés à ces signaux grâce à un jeu de 6 miroirs, un réseau de diffraction, deux prismes et différents types de CCD.

Le traitement par un instrument astrométrique (« Astrometric Field ») comme celui d’Hipparcos mais beaucoup plus performant (capacité de discernement encore 100 fois supérieure) donne la localisation de l’objet. Il s’agit de sa position sur la sphère céleste c’est-à-dire de son « ascension droite » (équivalent de la longitude) et de sa « déclinaison » (équivalent de la latitude). A cela s’ajoute la distance donnée par la parallaxe (angle entre deux visées à partir des points extrêmes de l’orbite d’observation) et le « mouvement propre » (déplacement apparent) des astres les plus proches. La localisation de l’observatoire dans l’espace, sans aucune perturbation, et la puissance des télescopes ainsi que la capacité des capteurs CCD donne en fin de mission une précision de 24 micro-arcs-seconde (µas) pour des sources de magnitude-apparente 15 (et jusqu’à 7 µas pour les étoiles proches).

Le traitement par les instruments spectrophotométriques couplant un prisme pour la lumière bleue, « BP » (pour « Blue Photometer ») dans les longueurs d’onde allant de 330 à 680 nm et un prisme pour la lumière rouge (RP) allant de 640 à 1050 nm, donne pour chaque objet un spectre qui permet de mesurer l’intensité lumineuse, la température, la gravité, l’âge et la composition chimique.

La dispersion de la lumière par un spectromètre, « RVS » (pour « Radial Velocity Spectrometer »), utilisant l’effet Doppler-Fizeau, permet de mesurer la vitesse radiale (éloignement ou rapprochement en profondeur, dans l’axe de visée) des 150 millions d’objets les plus lumineux et donc, conjuguée avec l’astrométrie, permet de connaître la dynamique de la galaxie.

Les résultats sont spectaculaires. La DR1 (observations de 14 mois allant du 25 juillet 2014 jusqu’en Septembre 2015) donnait la position de 1,1 milliards d’objets, la DR2 publiée le 25 avril 2018 pour des observations allant du 25 juillet 2014 au 23 mai 2016, de 1,7 milliards d’objets. Cela représente des dizaines de milliards de données et encore les deux premières colonnes de CCD constituent pour chaque télescope un « Sky Mapper » (« SM »), sélecteur qui permet d’effectuer une détection des sources lumineuses avant transmission aux autres cellules CCD. Ces chiffres espérés mais énormes impliquent une difficulté évidente, celle du traitement des données. Quelques 100 téraoctets sont attendus. Un consortium de laboratoires, le « DPAC » (« Data Processing and Analysis Consortium »), véritable « quatrième instrument » (comme dit François Mignard, responsable Gaia pour la France), a développé des programmes très complexes pour les traiter avec des moyens informatiques très importants. Avec la publication de la DR1 puis de la DR2 on peut constater qu’il a pu faire face.

J’entends des esprits chagrins me dirent « A quoi ça sert ? ». Je réponds « A savoir où nous sommes et où nous allons par rapport à ces étoiles qui nous entourent ». La connaissance du cadre sur un plan dynamique nous permettra forcément de mieux comprendre les relations que nous soupçonnons entre les éléments qui composent notre Univers proche et à en faire apparaître de nouvelles. Certains continueront à s’en moquer mais pour moi, le progrès dans la connaissance de l’Univers est littéralement essentiel et l’ingéniosité des solutions comme Gaia trouvées pour l’obtenir, source d’une grande satisfaction esthétique, égale à la contemplation de nos plus belles œuvres d’art.

Image à la Une: champ d’exploration de Gaia, crédit Lund Observatory.

NB : Ce texte a été revu et corrigé par le Professeur François Mignard, responsable du SNO (Service National d’Observation) au sein de l’OSU (Observatoire des Sciences de l’Univers) du CNRS pour la participation française au DPAC.

lien: https://gaia-mission.cnes.fr/fr

lmage ci-dessous: estimation des sources lumineuses repérées dans le catalogue DR2 publié le 25 avril 2018

La NASA confirme le caractère saisonnier du cycle du méthane dans l’atmosphère de Mars

La NASA a tenu ce 7 juin une conférence de presse pour faire le point de ses recherches martiennes à l’aide du laboratoire SAM (Sample At Mars) du rover Curiosity et en introduction à deux articles scientifiques qui doivent paraître dans la revue Science du 8 juin.

Disons tout de suite que rien de sensationnel n’a été annoncé mais qu’on progresse quand même, comme le disent les représentants de la NASA, en confirmant des pistes déjà ouvertes et en solidifiant ainsi les bases de nos futures missions. L’essentiel est que l’existence d’un cycle saisonnier du méthane (voir mon article sur ce blog le 17 avril) ainsi que la relative abondance des molécules organiques ont été confirmées.

Le cycle du méthane c’est l’augmentation très nette de la teneur en méthane de l’atmosphère, jusqu’à 0,6 / 0,7 ppbv  (parties par milliard en volume) quand la température moyenne remonte à la fin de l’été boréal, et sa diminution jusqu’à de très bas niveaux (0,2 ppbv) à la fin de l’automne*. La cause de cette présence et de ce cycle n’est toujours pas connue mais on exclut l’effet des intrusions météoritiques dans l’atmosphère ou les impacts de glace cométaire au sol de la planète, ou encore l’effet des radiations UV solaires, du fait que les pourcentages qu’ils représenteraient ne pourraient expliquer les volumes du phénomène et surtout sa saisonnalité. Par ailleurs l’effet de la baisse de pression atmosphérique due au grand froid de l’hiver austral qui solidifie une partie du gaz carbonique de l’atmosphère globale ne serait pas non plus suffisant. Les clathrates dans le sous-sol immédiat (sensible aux variations de température) restent une forte possibilité (la vie, on verra plus tard mais si elle existe sur Mars, elle est extrêmement discrète!). Le fait nouveau c’est que les cycles ont bien été confirmés après trois ans (martiens) d’observations de Curiosity (SAM, laser TLS). On attend maintenant les observations de l’orbiter TGO (de l’ESA) devenu opérationnel en avril. Il devrait pouvoir identifier les sources de méthane (par constatation de la concentration géographique du gaz dans l’atmosphère) ce qui permettrait ensuite d’étudier plus finement l’endroit et donc de rechercher avec moins de difficultés la cause des émissions.

*En dehors de ce cycle de “fond” on a enregistré quelques “pics” spectaculaires, pour Mars, par exemple 7 ppbv dans le cratère Gale peu après l’arrivée de Curiosity (mais ils surviennent également pendant la saison chaude). Ce n’est évidemment rien par rapport aux 1800 ppbv enregistrés en moyenne sur Terre.

En ce qui concerne les molécules organiques, rien de bien nouveau non plus mais on constate la présence de thiophène (molécule organique contenant du soufre, C4H4S) ainsi que de benzène ou de toluène, et de petites chaines carbonées telles que propane ou butène. Cela fait penser entre autres possibilités à des fragments de matières kérogènes (le soufre étant nécessaire à l’architecture de ces molécules complexes). Une matière kérogène ne résulte pas forcément de la vie mais c’est une forte possibilité, du fait qu’elle contient les éléments chimiques utilisés par la vie (C,H,O,N,S,P)*. Les quantités de ces molécules organiques (de l’ordre de 10 ppm) sont comparables à celles que l’on trouve dans les météorites martiennes identifiées sur Terre. On attend maintenant les examens à températures plus douces car jusqu’à présent on n’a pas utilisé neuf coupelles de liquide réactif embarquées dans SAM et tous les examens résultent de l’observation des molécules après chauffage à haute température (qui permettent de bien identifier les composants mais qui brisent les assemblages et causent certaines réactions parasites). L’attente est sans doute due à ce que le foret de Curiosity n’a pas fonctionné pendant 18 mois et qu’il n’est redevenu opérationnel que cette semaine (mais on pourrait dire également qu’on a voulu utiliser ces capsules à bon escient et après avoir bien observé les composants des différents échantillons prélevés par les autres moyens plus « rudes »). Egalement il est observé que les prélèvements ont été faits dans une couche très superficielle du sol (le foret de Curiosity ne pénètre pas au-delà d’une profondeur de 5 cm) très exposée aux radiations donc à la destruction de ces molécules organiques.

*il est aussi possible (pour rejoindre mon article précédent) que cette matière kérogène ne traduise pas le fonctionnement de la vie mais celui d’une “pré-vie”, d’une étape du processus prébiotique allant vers la vie. La vie n’est en effet pas apparue en dehors d’un environnement qui l’a préparée et qui a permis aux premières cellules vivantes de “s’approvisionner en matières premières”.

On est donc satisfait d’avoir constaté une grande abondance de molécules organiques et la présence d’éléments chimiques indispensables à la vie mais on attend maintenant les missions ExoMars (à noter le fairplay de la NASA) et Mars 2020. On peut donc dire que la NASA nous a fait un discours d’étape, satisfaisant et encourageant en attendant mieux. La recherche de la vie reste clairement au premier plan de ses préoccupations mais la plus grande prudence reste de mise, ce qui est bien normal.

Image à la Une: le cycle du méthane sur Mars constaté par le rover Curiosity (laboratoire embarqué Sample At Mars) après trois années (martiennes) d’observations. Crédit NASA/JPL-CalTech.

Image ci-dessous, Le rover Curiosity de la NASA a découvert dans des sédiments très anciens, des molécules organiques qui pourraient appartenir à des fragments de matière kérogène (que l’on associe naturellement à un processus biotique). Crédit : NASA/GSFC

lien vers le communiqué de presse de la NASA:

https://www.nasa.gov/press-release/nasa-finds-ancient-organic-material-mysterious-methane-on-mars

NB: Le Professeur Michel Cabane (LATMOS, IPSL, Uni. Pierre et Marie Curie), responsable scientifique du chromatographe en phase gazeuse, partie du laboratoire SAM, qui a fait les observations du méthane et de ces molécules organiques, sera l’un des intervenants au congrès EMC18 organisé pour les 26 au 28 Octobre prochains à la Chaux-de-Fonds. Inscrivez vous!

A la recherche des traces d’une première étincelle de Vie

Il y a quelques années, je considérais la Vie comme « un processus de transformation de la matière par des organismes puisant leur énergie et leurs éléments constituants dans leur environnement, pour se reproduire presque à l’identique mais pas tout à fait ce qui leur permet de s’adapter aux conditions extérieures et donc d’évoluer ». Cela recouvre effectivement un très large aspect du phénomène tel que décrit par les biologistes comme Nick Lane, mais il y manque un « petit quelque chose ».

Je pensais bien en incluant le mot « processus » qu’il fallait exprimer une dynamique mais c’était un peu insuffisant et je réalise aujourd’hui, après la lecture de « L’ordre étrange des choses » d’Antonio Damasio, qu’au-delà du lancement du processus, il faut évoquer sa perpétuation inhérente à sa constitution, on pourrait dire son « anima » et qu’il faut donc qualifier le processus d’« homéostasique ».

Cet enrichissement de la definition fait progresser la réflexion mais ne permet cependant toujours pas de comprendre comment s’est produit le saut entre l’inanimé et le vivant ; il complique même plutôt la compréhension du passage que l’on peut toujours voir comme l’aboutissement de la réunion des éléments concourants à la vie mais qui n’explique pas comment s’est fait l’aboutissement, c’est à dire l’animation. Comme souvent en science, cette évolution des données force à se poser la question un peu différemment. Voici donc ce qu’on peut dire aujourd’hui :

Il n’est pas possible d’envisager une volonté aux organismes procaryotiques les plus primitifs à l’origine du processus (bactéries ou archées), dénués de cerveau et même de système nerveux, et cependant il faut bien convenir qu’ils réagissent aux stimuli extérieurs, à la pression, à la température, à l’acidité, à la présence d’éléments pour renouveler leur matière propre et leur énergie et à la présence des organismes concurrents ou semblables. Ces perceptions et réactions aux stimuli extérieurs sont certes physiques ou chimiques, non nerveuses, mais elles « sont », on peut les constater. Nous en avons d’ailleurs nous-mêmes, être évolués dotés d’un système nerveux, conservé le principe pour certaines de nos « émotions ».

Plus extraordinaire, ces organismes primitifs se comportent, sous la pulsion de l’homéostasie, comme s’ils voulaient étendre leur contrôle sur leur environnement temporel futur ainsi que sur leur environnement spatial en se reproduisant avec l’objectif d’obtenir un mieux-être pour eux-mêmes et un avantage collectif sur leurs concurrents. Cette projection spatiale et temporelle « remet à neuf » à chaque génération le processus dans un contexte éventuellement légèrement différent auquel ils peuvent s’adapter selon les principes darwiniens. Elle donne au processus une sorte de « quatrième dimension » mais au-delà de la réunion d’éléments matériels essentiels à la fonction, les questions posées sont de savoir comment les éléments prébiotiques réunis dans une cellule ont pu l’animer et, pour commencer, comment ils ont pu se trouver réunis dans une cellule.

Ces organismes procaryotiques sont apparus sur Terre, tout « armés » il y a quelques 3,8 milliards d’années. Les circonstances environnementales sur Terre devaient être tout à fait particulières pour permettre de passer de l’inanimé au vivant. Tellement particulières qu’il n’y a qu’une seule souche de la Vie, notre « Last Universal Common Ancestor » (« LUCA ») qui ait eu une descendance. Pour comprendre « l’allumage » du processus et l’introduction de l’homéostasie, il nous faudrait donc remonter à cette époque, pour observer les molécules complexes qui assemblées et fonctionnant ensemble donneront la Vie, avant que le déclic se fasse, juste avant l’assemblage. Il nous faudrait remonter à une époque très ancienne, vers 4,2 à 3,8 milliards d’années, lorsque la température en surface de la Terre, constituée il y a 4,56 milliards d’années, était tombée à des niveaux acceptables, que la roche était devenue solide et l’eau liquide, en quelque sorte après que les éléments se soient séparés, et observer l’évolution dans le réacteur biotique planétaire. Il nous faudrait observer les premières cellules se former à partir de phospholipides, les premiers acides nucléiques, les premiers brins d’ARN, les premières protéines, les premières enzymes, les premières molécules d’ATP, cette monnaie énergétique qu’emploient tous les êtres vivants depuis l’aube des temps…

Il faut imaginer un milieu liquide très particulier (à l’intérieur et autour de cheminées géothermales, dans des flaques autour de sources chaudes, dans une zone particulière de balancement des marées découvrant puis recouvrant des sources chaudes ?) non seulement au point de vue température, pH, pression, richesse minérale et richesse organique mais aussi avec une profusion de molécules prébiotiques de plus en plus complexes en suspension et en contact possible. Il faut imaginer dans ce milieu un très long processus au travers de dizaines de millions d’années avec sans doute en même temps une lente évolution du milieu favorable au processus de complexification et d’enrichissement, d’inventions d’assemblages et d’échecs et un jour, dans ce milieu très riche et relativement homogène, la formation d’une cellule, un intérieur avec un extérieur, et à l’intérieur, «un autre jour », des éléments de la première vie ; d’abord quelques éléments, puis de plus en plus de ces éléments et en fin de compte tous les composants nécessaires à la perpétuation et la reproduction animées réunis ensemble par le « désir » de se préserver, de fonctionner ensemble et de continuer à prospérer.

Le temps a passé. Sur Terre, l’érosion a fait son œuvre, le rouleau compresseur de la tectonique des plaques a (presque) tout broyé, tout recomposé, tout transformé, tout métamorphisé dans la pression et la chaleur intenses du manteau de la planète, l’eau a coulé et a hydraté (presque) toute roche qui n’avait pas été reconditionnée par la tectonique des plaques, la Vie, merveilleuse machine à recycler, a réutilisé toutes les matières organiques qu’elle a pu trouver jusque dans les endroits les plus inaccessibles.

Trouverons nous jamais la clé de notre Début sur les quelques petits hectares de la surface terrestre sur lesquels subsistent ces traces très anciennes ?

Mars pourrait peut-être nous offrir cette clé moins difficilement puisque les conditions environnementales étaient très semblables à l’origine sur les deux planètes et que c’est précisément à l’époque où la vie a commencé sur Terre que l’évolution s’y est pratiquement arrêtée. C’est cela notre chance, disposer à une distance atteignable par nos fusées d’une planète assez évoluée mais « arrêtée sur image », sur laquelle ni la tectonique des plaques, ni l’érosion n’ont fonctionné pour détruire l’image. Il faudrait que l’image se soit arrêtée juste avant la vie, juste avant que la vie ait gâché l’image de la naissance de la vie. Est-ce possible ? Le temps n’a-t-il pas fait son œuvre d’une autre manière pour faire disparaître ces délicats vestiges ? Quid de l’effet des radiations solaires et galactiques sur les molécules organiques ? Quid du lent mais infiniment long passage du temps ? Les embryons de vie ont pu subsister enfouis mais au contact d’éléments chimiques qui sur une si longue durée les ont corrompus. Pourrons nous interpréter les restes chimiques d’un premier enrichissement biotique en dépit de ces corruptions ? Nos géologues et taphonomistes seront-ils assez perspicaces et inventifs pour discerner puis interpréter correctement les traces ?

A l’aube des temps historiques, Guilgamesh est parti de son royaume d’Ourouk (en Basse-Mésapotamie) pour aller jusque dans les montagnes de l’Ourartou (actuelle Arménie) rechercher l’herbe de vie. Aujourd’hui dans un contexte transformé par l’histoire et le progrès technologique nous partons vers Mars avec le même espoir, celui de trouver non pas une herbe mais une explication (nous avons évolué !). Guilgamesh a trouvé l’herbe de vie mais le Serpent l’a volée. Il nous suffirait de trouver parmi toutes les roches martiennes très anciennes (des dizaines de millions de km2), un seul morceau de boue fertile fossilisée, de l’analyser et de la comprendre. Mais aura-t-elle supporté le passage du temps ou ce dernier nous volera-t-il l’explication ardemment désirée ?

Image à la Une: Les plaques que l’on voit et notamment la “grille” de petits polygones ( de 1 à 2 cm) en  surface de la roche sur la droite de cette mosaïque de photos de la caméra Mastcam de Curiosity prises dans le cratère Gale (“Squidd Cove” dans “Murray formation”), doivent résulter de craquelures dans de la boue déposée au fond d’un lac et ayant subi ensuite un processus de dessiccation. Elles datent de plus de 3 milliards d’années. C’est peut-être moins ancien que ce dont nous aurions besoin pour nos recherches pré-biotiques mais nous pourrons trouver facilement des roches hydratées de 4,2 à 3,8 milliards d’années en d’autres endroits de la planète. Cette période (le “Phyllosien” de Jean-Pierre Bibring) était la plus humide de Mars et les traces vues de loin datant de cette période sont très nombreuses. Maintenant Mars peut avoir évolué différemment de la Terre et des roches martiennes de 3 milliards d’années pourraient aussi nous apporter des informations prébiotiques. Crédit NASA/JPL-Caltech/MSSS, 17 janvier 2017. 

Lectures:

“L’ordre étrange des choses”, par Antonio Damasio, Professeur de neuro-sciences, de neurologie, de psychologie et de philosophie à l’Uni. de Californie, Los Angeles; chez Odile Jacob, 2018.

“The vital question”, par Nick Lane, Professeur de Biochimie dans le département de “Genetics, Evolution and Environment” de l’University College, Londres; chez Profile Books, 2015.

“Life: past, present and future”, par Kenneth H. Nealson and Pamela G. Conrad, publié par The Royal Society en 1999.

“Mars Planète Bleue”, par Jean-Pierre Bibring, astrophysicien à l’Institut d’Astrophysique Spatiale de Paris, chez Odile Jacob, 2009.

“L’unique Terre habitée?” par André Maeder, astrophysicien à l’Université de Genève, éditions Favre, 2012.

EMC18: Ce problème comme d’autres passionnants portant sur le voyage, l’installation de l’homme sur Mars, le Temps, sont au programme de notre congrès EMC18, du 26 au 28 octobre à La Chaux-de-Fonds. Vous pouvez d’ores et déjà vous y inscrire.

Pourquoi Mars?

Mars est la planète que nous pouvons et que nous devons privilégier dans le cadre de notre exploration spatiale. C’est en effet un astre bien particulier, celui qui potentiellement nous offre le maximum d’opportunités. C’est d’abord un lieu de recherche pour mieux comprendre la Terre et le phénomène de la vie ; c’est aussi le seul endroit en dehors de la Terre où nous avons la possibilité de nous installer de façon pérenne. C’est enfin un défi qui nous est posé et que nous pouvons relever. Envoyer des robots c’est bien, y aller nous-mêmes c’est mieux. Aller sur Mars, c’est faire notre premier pas vers les étoiles.

Mais pourquoi donc privilégier Mars parmi tous les objectifs possibles de l’exploration spatiale ?! Après tout ce n’est qu’une petite planète (la moitié du diamètre de la Terre et seulement 1/10ème de sa masse) ; elle a une atmosphère très ténue (6 millibars au « datum », son « altitude zéro ») ; sa surface est aride car, à cette pression, l’eau (même saumâtre) ne peut être qu’exceptionnellement liquide ; sur cette surface, les sels de perchlorates, très agressifs pour les matières organiques, sont omniprésents ; les radiations solaires et galactiques sont relativement peu filtrées par l’atmosphère et par l’absence de magnétosphère, si bien que leur intensité est comparable à celle qui est mesurée dans l’environnement terrestre à l’altitude de l’ISS ; enfin elle évolue entre 56 et 400 millions de km (entre 3 et 22 minutes lumière) de chez nous et il faut entre 6 et 9 mois tous les 26 mois pour l’atteindre dans des conditions énergétiques optimales après avoir parcouru un arc d’ellipse d’environ 500 millions de km en moyenne. Certes !

Cependant ces faiblesses, ou ces défauts, sont largement compensées par les avantages relatifs et absolus par rapport aux autres astres que nous pouvons observer.
D’abord la planète Mars est « loin » mais elle n’est pas « si loin ». Elle est d’abord toujours, bien qu’à la limite, dans la zone habitable en surface de notre système stellaire (notion de température fonction de l’irradiance du Soleil). Jupiter et sa lune Europe qui contient sans doute un océan d’eau salée sous sa croûte de glace, évoluent entre 591 et 965 millions de km et il faut 4,23 années aux ondes électromagnétiques pour nous parvenir de la planète Proxima-b située dans la « zone habitable » de Proxima Centauri, la voisine la plus proche de notre Soleil (cette étoile est de plus une naine rouge, ce qui présente des conditions rédhibitoires pour son habitabilité réelle).

Ensuite, son atmosphère, équivalente à celle de la terre à 35 km d’altitude (l’espace est officiellement à 100 km), a au moins « le mérite d’exister ». Il n’y en pratiquement pas autour de la Lune ou de Mercure et celle de Vénus est si épaisse qu’elle maintient à sa surface une pression et une température de « cocotte-minute » (450°C et 90 bars). De même la quantité d’eau sur Mars est loin d’être nulle. Elle est présente sous forme de glace aux pôles et dans le sous-sol immédiat un peu partout. Surtout elle doit être liquide dans le sous-sol profond depuis toujours et elle doit bien ruisseler en surface dans des conditions exceptionnelles (au fond du bassin d’Hellas, par beau temps sur une fourchette de quelques degrés). Au cours des premiers âges (ères Phyllosienne et Theiikienne) bien avant 4 milliards d’années et jusqu’à il a 3,5 milliards d’années, puis ensuite épisodiquement, elle a marqué le sol de son empreinte et hydraté les roches dans un environnement relativement chaud. Ce long travail de l’eau active sur une matière très semblable à la nôtre, accompagné par un volcanisme puissant, a permis une profonde transformation de l’environnement primitif.

En fait Mars a été une planète vivante au sens qu’on peut donner à ce terme pour la Terre, jusqu’à l’époque où les premières traces de vie microbienne sont apparus « chez nous ». Comme l’érosion a été très faible depuis lors, la surface de roches inchangées qui peuvent en porter témoignage s’élève à des dizaines de millions de km2. C’est donc là où nous avons le plus de chance de trouver un jour des traces de vie (fossiles ou même actives) ailleurs que sur Terre et, plus même que sur Terre, des traces de l’évolution avancée de molécules organiques vers la vie. Rien de tel sur nos autres voisines, la Lune dont la vie géologique active n’a sans doute duré que quelques petits millions d’années ou bien Vénus sur laquelle l’effet de serre a conduit à des conditions dans lesquels les effusions magmatiques ont effacé toutes traces géologiques vraiment anciennes et qui est très difficilement explorable. Et que l’on ne vienne pas nous parler de l’eau lunaire ! Il y a certes de la glace d’eau dans le fond de rares cratères situés aux pôles de la Lune jamais éclairés par le soleil mais les quantités en sont infinitésimales par rapport aux masses d’eau martienne et sans doute très difficilement accessibles.

Pour l’installation de l’homme « hors de son berceau », Mars présente des avantages certains : une certaine protection atmosphérique contre les radiations, une alternance jour / nuit comparable à celle de la Terre (24h39) et qui, liée à la présence de l’atmosphère, permet de lisser un peu les pics de température (songez aux nuits de 14 jours de la Lune !), une température adoucie (à l’équateur martien la température peut dépasser les 15°C le jour et rester la nuit aux environs de -80°C mais cela pendant seulement une douzaine d’heures) ; la possibilité d’utiliser des ressources locales intéressantes, à commencer par l’eau mais aussi l’atmosphère de gaz carbonique qui permettrait d’obtenir facilement de l’oxygène et du méthane (utiles pour la propulsion du voyage de retour) ; la possibilité d’utiliser l’atmosphère pour freiner la descente des vaisseaux en surface ; une certaine portance pour les véhicules planétaires ultralégers ; une différence de gravité en surface moins handicapante que sur la Lune (en gros 1/3 de celle de la Terre mais le double de celle de la Lune).

Enfin Mars a été une « presque Terre » et elle pourrait devenir une « nouvelle Terre ». En cas de catastrophe terrestre mondiale, toujours possible (les hypothèses ne manquent pas), Mars serait la seule planète sur laquelle une poignée des meilleurs d’entre nous pourraient survivre et de ce fait perpétuer notre espèce et notre civilisation. Ce n’est pas un motif négligeable pour s’y installer le plus vite possible car acquérir un minimum d’autonomie sera difficile et long.
Après, si vous n’êtes toujours pas convaincu de l’intérêt des missions habitées, considérez Mars, cette petite lumière lointaine, comme l’archétype aujourd’hui des lieux non accessibles mais qui sont en train de le devenir tout en restant très difficiles d’accès et il faut le reconnaître, assez « périlleux ». Représentez-vous la planète comme les plus hauts sommets alpins, les grands déserts d’Afrique ou d’Asie, l’Antarctique, la Lune en mieux ; un défi qui nous est posé et que nous voulons relever simplement parce qu’il est là, petit point rougeâtre fiché sur la voûte du ciel mais à portée de nos fusées. Cette curiosité, cette envie et ce goût de l’aventure sont typiquement humains ; pourquoi le nier et pourquoi renoncer à les satisfaire, pourquoi aussi se refuser le plaisir de la conception puis de la réalisation des systèmes et des engins complexes qui le permettront ?!

Ces caractéristiques martiennes et ce potentiel des missions robotiques et humaines, ne doivent pas nous faire oublier l’intérêt des autres astres mais elle justifie qu’on y affecte un maximum de nos ressources rares parce que dans un futur proche le « retour satisfaction » et sûrement dans un futur plus lointain, le « retour financier » sur investissement sera multiple et considérable.

Image à la Une: Vue de Vera Rubin Ridge vers le rempart du cratère Gale. Photo prise le 30 janvier 2018 par Curiosity dans le Cratère Gale. Crédit:NASA/JPL-Caltech/MSSS

Nous vous rappelons que vous pouvez vous inscrire à EMC18, le congrès des Mars Societies européennes qui aura lieu fin octobre au Musée International d’Horlogerie (MIH) de La Chaux-de-Fonds. Nos sponsors sont le Musée International d’Horlogerie, Spectratime , la Banque Cantonale Neuchâteloise et Trax-L.

Conseil au nouvel Administrateur de la NASA

Robert Zubrin, fondateur de la Mars Society, ingénieur en propulsion, s’est rallié par tactique au projet « Lune-d’abord », estimant sans doute qu’il était plus probable de pouvoir changer la politique spatiale américaine en évitant la confrontation brutale et en favorisant aussi l’utilisation des lanceurs lourds dont le coût unitaire de lancement devrait de ce fait baisser (économie d’échelle), ce qui facilitera les missions martiennes habitées, en espérant qu’elles soient menées aussi tôt que possible.

Il revient dans ce contexte sur un autre écueil de la politique spatiale américaine, la non définition du but à atteindre. Aujourd’hui et depuis très longtemps, l’Administration américaine lance des programmes non pour atteindre un but mais pour faire tourner des industries (en l’occurrence spatiales) et maintenir ou « booster » l’emploi et dans cet esprit elle évite la moindre prise de risque pour continuer à « ronronner » en toute tranquillité. Robert Zubrin sait que l’on n’atteint un but efficacement et rapidement que si on se le donne comme objectif. Il sait aussi qu’une vie sans but, conduit à la promenade, à l’errance, en fin de compte à l’endormissement et à la disparition. Il veut réveiller l’Amérique, le pays des pionniers et de la « frontière » et il a raison car c’est en Amérique que ce désir d’aventure présent chez presque tous les hommes (surtout les jeunes !), est le plus fort et donc là que l’étincelle peut faire repartir le feu.

L’aventure c’est l’entreprise (on pourrait la qualifier d’aventure organisée), menée par un entrepreneur, et c’est donc sur elle qu’il compte pour mener les autres hommes et sur l’entrepreneur (évidemment Elon Musk) pour créer l’étincelle sur la base d’une idée géniale (par exemple la réutilisation des lanceurs) et impulser l’énergie par son enthousiasme propre. Encore faut-il que le terrain soit favorable. Aujourd’hui, il ne l’est pas, c’est plutôt un marécage qui a tendance à tout éteindre. La NASA est devenu un « machin », comme disait le Général de Gaulle à propos de l’ONU, un rassemblement de personnes peut-être de qualité mais empêtrées dans un corset administratif paralysant car contraint par le nombre de ses employés (et l’inertie que cela implique), ses procédures et par les interdits politiques (la protection planétaire par exemple !) et sociétales (l’aversion au risque si commune à notre époque).

Robert Zubrin plaide auprès de la personne qui peut changer les choses, le nouvel Administrateur Bridenstine, pour une NASA légère car initiatrice (audacieuse), coordinatrice et facilitatrice, plutôt que politiquement correcte (timorée) et faiseuse (avec application plutôt qu’avec génie), en fait une NASA comme elle existait à ses débuts, à l’époque de John Kennedy. Espérons qu’il soit entendu !

texte de Robert Zubrin (traduction Pierre Brisson):

Exigeons un programme spatial axé sur des objectifs.

Le 19 Avril 2018 Jim Bridenstine a été finalement confirmé comme nouvel Administrateur de la NASA et il a pris en charge l’Agence spatiale après plus d’un an de dérive sans personne à la barre (certains diraient après plus de neuf ans). Maintenant que l’ancien pilote de la Marine et parlementaire de l’Oklahoma a eu quelques semaines pour s’installer dans son bureau et voir ce qui se passe, je pense que le moment est opportun pour lui donner quelques conseils. Les voici !

Cher Administrateur Bridenstine,

Félicitation pour votre nomination. Vous avez pris en charge une Agence dont certains départements (ceux qui sont responsables des programmes d’astronomie et d’exploration planétaire) ont accompli de hauts-faits historiques dont on se souviendra pendant des siècles, tandis que d’autres (en particulier celui qui est responsable du programme des vols habités) ont dépensé des dizaines de milliards en pure perte. La différence est que les départements d’astronomie et d’exploration planétaire ont choisi de dépenser leurs fonds de manière intelligente et pour un objectif tandis que le département des vols habités a été autorisé à fonctionner sans aucun objectif.

Les missions Hubble, Kepler, TESS, Webb, Opportunity, Spirit, Curiosity et Cassini ont été conçues, réalisées et lancées pour des raisons claires. En revanche, le Département des vols spatiaux habités propose des projets, puis tente d’inventer des raisons pour les justifier. Les concepteurs des premiers dépensent de l’argent pour faire des choses ; le second fait des choses pour dépenser de l’argent. Prenons à titre d’exemple la proposition actuelle de construire une station spatiale en orbite lunaire. A quoi sert-elle? Certains disent qu’elle «pourrait être utile» en appui d’une base lunaire, qui est l’objectif théorique de l’administration. Mais est-elle nécessaire?

Permettez-moi de le dire de cette façon puisque vous êtes pilote : Disons que vous êtes aux commandes d’un avion allant de l’aéroport Reagan (NdT à Washington D.C.) à celui de La Guardia (NdT à New-York), de quoi avez-vous vraiment besoin ?

(A) un club de pilotes à Pittsburgh, ou

(B) un train d’atterrissage pour votre avion.

Vous pourriez avoir du plaisir à pouvoir profiter certains jours d’un club de pilotes à Pittsburgh mais maintenant vous avez vraiment besoin d’un train d’atterrissage si vous voulez atterrir. C’est la même chose pour la Lune. Si vous voulez construire et utiliser une base lunaire, vous avez besoin d’un atterrisseur lunaire ; vous n’avez pas besoin d’une station spatiale en orbite lunaire. De même, si vous voulez construire et utiliser une base sur Mars vous avez besoin d’un atterrisseur sur Mars ; vous n’avez pas besoin d’une station spatiale en orbite lunaire.

Vous vous souvenez peut-être que durant l’administration Obama, certaines personnes ont émis l’idée stupide d’une mission de détournement d’astéroïde (Asteroide Redirect Mission, « ARM ») dont le but était de déplacer un petit morceau d’astéroïde jusqu’en orbite lunaire pour donner quelque chose à visiter aux astronautes volant autour de la Lune dans la capsule Orion. La station spatiale en orbite lunaire est l’ARM sans astéroïde. Ce n’est pas un pont vers la lune ou vers Mars. C’est un guichet d’octroi programmatique qui bloque le chemin vers la Lune ou vers Mars. Choisir de construire un guichet d’octroi en orbite lunaire au lieu d’un atterrisseur lunaire ou martien, c’est choisir de ne pas aller sur la Lune ou sur Mars.

Ainsi la décision évidente, si l’on veut vraiment déposer des Américains sur la Lune aujourd’hui, c’est d’annuler le projet de guichet d’octroi en orbite lunaire et d’utiliser son financement généreux (504 millions de dollars cette année et beaucoup plus prévu pour la suite) pour développer un atterrisseur lunaire. On peut le faire par des méthodes d’appels d’offres traditionnelles et s’en sortir avec des conditions bien meilleures qu’aujourd’hui. Mais les remarquables succès récents et croissants de l’industrie spatiale privée suggèrent une alternative qui pourrait être encore plus intéressante.

Au lieu de payer pour des systèmes de transport lunaire, pourquoi ne pas payer pour des services de transport lunaires? Utilisez le modèle de système commercial de transport et lancez un appel d’offres à l’industrie pour qu’elle propose des services de transport pour transporter en surface lunaire, en aller simple, des charges de masse diverses et en aller-retour, des équipages humains. On peut parier que les entreprises en concurrence pour offrir ces services de transport sur la base du meilleur coût, adopteraient une approche axée sur objectif. Le rôle de la NASA serait alors de spécifier les charges utiles à livrer sur la surface lunaire et de diriger les activités à effectuer sur place.

De cette manière, on pourrait constater que non seulement on pourrait créer une base lunaire beaucoup plus rapidement et pour beaucoup moins d’argent qu’on l’estime aujourd’hui mais encore on pourrait démontrer la validité d’un modèle qui tôt après pourrait ouvrir la « frontière » martienne.  Il y a divers intérêts-établis qu’on contrarierait en suivant la voie décrite ci-dessus et vous auriez besoin de tout le support politique possible. Une chose qui pourrait vraiment aider serait de prendre des mesures immédiates pour annuler la stupide décision de l’Administration d’arrêter le projet de télescope spatiale infrarouge à grand-champ, WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope).

WFIRST est un télescope spatial de 2,2 mètres de diamètre avec un champ de vision 100 fois plus large que Hubble, rendu possible par un budget très bas de 3 milliards de dollars grâce au don fait à la NASA par le « National Reconnaissance Office », d’un satellite espion dont il n’a plus besoin. Il a été approuvé et fortement appuyé comme priorité forte par tous les comités d’évaluation scientifique qui conseillent le gouvernement. Il promet des découvertes révolutionnaires d’exoplanètes et pourrait révéler la vérité sur la nature de l’énergie noire qui accélère l’expansion de l’univers et répondre à de nombreuses autres questions d’astrophysique. Particulièrement intéressante est la possibilité d’utiliser WFIRST pour obtenir des spectres d’atmosphères de planètes en orbite autour d’autres étoiles. S’il trouve de l’oxygène libre (qui n’existait pas sur Terre jusqu’à ce que nous ayons une biosphère et qui n’existe pas sur quelque autre planète que ce soit de notre système solaire) ce serait une preuve forte de la présence d’une vie abondante.

C’est exactement le genre de mission que la NASA devrait mener et en sauver le projet ferait beaucoup pour atténuer la polarisation politique qui a retardé votre confirmation et qui pourrait faire échouer tout effort de votre part pour accomplir quelque chose d’important au cours de votre mandat à l’agence spatiale.

De plus, si vous êtes à la recherche d’une mission productive pour la capsule spatiale Orion, soutenir le fonctionnement de télescopes spatiaux dans l’espace interplanétaire proche, comme WFIRST, est tout à fait ce qu’il convient de faire. Les phares du programme par ailleurs le plus souvent inutile de la navette spatiale, ont été les cinq missions pour réparer et améliorer continument le télescope spatial Hubble. Si toutes les 135 missions de la navette avait eu une utilité comparable, c’eut été le programme scientifique le plus productif de tous les temps. Orion est surdimensionné pour le transport d’équipages depuis la Terre jusqu’à l’orbite terrestre et trop petit pour servir d’habitat aux astronautes d’une mission de 2,5 ans sur Mars mais il pourrait convenir à des missions de quelques semaines pour desservir des observatoires dans l’espace proche de la Terre.

Ainsi, plutôt que de réduire le programme d’astronomie spatiale, vous devriez chercher à le développer, en fournissant aux astronautes les outils dont ils ont besoin pour montrer ce que des hommes et les femmes courageux, envoyés dans l’espace comme des explorateurs plutôt que des sujets d’examens médicaux, peuvent vraiment réaliser. Le peuple américain veut et mérite un programme spatial qui va vraiment quelque part et accompli de grandes choses. Comme les récents crédits substantiels pour la NASA le montrent, il est prêt à payer pour cela. Les succès épiques de l’astronomie spatiale, l’exploration planétaire et les sociétés spatiales privées montrent ce que l’ingéniosité humaine peut faire quand les responsables adoptent une approche fondée sur un objectif. Maintenant, c’est à vous !

Je suis prêt à aider, de quelque façon que ce soit.

image à la Une: Une exoplanète dans la zone habitable d’une naine rouge, dans un système à plusieurs étoiles (Proxima Centauri b ?); Crédit Zubrin-graphic

Moon-Direct : un pis aller pour ensuite aller sur Mars

Robert Zubrin, fondateur de la Mars Society et président de l’association américaine, a écrit un article* encourageant le gouvernement américain à décider la création d’une base lunaire, en lui recommandant une marche à suivre qui s’apparente beaucoup à « Mars-Direct », l’architecture de mission géniale qu’il a imaginée avec son collègue de Martin-Marietta, David Baker, au début des années 1990 (voir son livre « The case for Mars » publié pour la première fois en 1996).

*article publié le 26 mars dans Space News Magazine; traduction en Français après mon propre article, ci-dessous.

La démarche peut surprendre venant de quelqu’un qui était très critique des projets d’établissements sur la Lune, considérant que cet astre était un piège où la volonté de sortir véritablement du berceau terrestre, se perdrait. Il avait notamment comparé la Lune à une « sirène »  dont il convenait de se protéger.

La Lune est en effet un monde beaucoup plus hostile que Mars avec sa gravité de 0,16 g très handicapante, la longueur de ses jours et de ses nuits (14+14), son absence totale d’atmosphère, son aridité extrême (les volumes de glace d’eau sur la Lune sont « anecdotiques »), la dangerosité de ses particules de poussière acérées. Ces défauts sont en creux les avantages de Mars même si la planète reste beaucoup moins hospitalière que la Terre. Les deux seuls avantages que l’on puisse donner à la Lune, c’est (1) qu’elle est accessible à tout moment de l’année alors que nos fusées ne peuvent partir de la Terre pour Mars que tous les 26 mois en raison de vitesses différentes sur orbite (en gros 30 km/s pour la Terre et 20 km/s pour Mars) ; (2) que le voyage est beaucoup moins long (environ 3 jours pour la Lune et de 4 à 9 mois pour Mars selon que l’on consomme plus ou moins d’énergie) ce qui implique une exposition plus longue aux radiations et la nécessité d’un support vie plus « musclé ». Mais il n’y a aucun avantage énergétique à aller sur la Lune, l’essentiel de l’effort étant dû à la sortie du puits de gravité terrestre et ensuite, dans une moindre mesure, au freinage pour descendre sur l’astre visé.

Alors, est-ce un renoncement ?

Je ne le pense pas. Robert Zubrin est réaliste et il fait de la politique. Il sait que tant que Donald Trump détiendra le pouvoir exécutif aux Etats-Unis, le projet Mars Direct n’a aucune chance. Alors il s’adapte comme un judoka s’adapte à la poussée de son adversaire. Ce faisant, il sert son ami Elon Musk qui est absolument déterminé à aller sur Mars, avec ou sans l’aide de l’Etat (mais mieux avec cette dernière), et qui devrait obtenir des contrats avec la NASA pour mener quelque mission habitée que ce soit dans l’espace profond puisque le Falcon Heavy est le seul lanceur mi-lourd qui existe aujourd’hui (le SLS est toujours dans les limbes et ne semble pas devoir en sortir). Quelle que soit l’utilisation qui en sera faite, elle confirmera la technologie de SpaceX, elle abaissera les coûts de lancement unitaires et elle apportera des fonds dans les caisses d’Elon Musk. Par ailleurs l’article de Robert Zubrin remet en avant la stratégie « Direct ». En gros, pour aller sur un astre, il faut décider d’y aller vraiment, sans prendre de voie détournée, et il faut y aller aussi « léger » que possible en utilisant les ressources locales, notamment pour le retour sur Terre. Ce qui est valable pour la Lune est valable pour Mars et on suivra la même stratégie sur Mars après avoir démontré que c’était la meilleure pour la Lune.

Espérons que Donald Trump entre dans le jeu ; c’est-à-dire qu’à défaut de Mars, il lance les Etats-Unis vers la Lune pour s’y poser et laisse tomber le stupide et coûteux projet de Lunar-Orbital-Platform-Gateway qui ne propose que de tourner autour. C’est encore possible. Cependant je persiste à craindre que la Lune ne soit le tombeau des rêves martiens, que l’on risque de s’y investir longuement et coûteusement comme on a fait dans la Station Spatiale Internationale, pour presque aucune retombée valable, que la vie sur la Lune s’avère vraiment difficile en raison des problèmes exposés ci-dessus, que les retombées scientifiques soient médiocres, la Lune n’étant qu’un fragment de la Terre desséché, morte presque depuis son origine, et qu’en fin de compte cela « dégoûte » le public (c’est lui, in fine, qui paye) de l’aventure spatiale. La stratégie du judoka est donc très dangereuse, mais nous verrons bien, nous n’avons, jusqu’à la fin de la présidence Trump, pas le choix!

Pierre Brisson

Image à la Une: Falcon Heavy sur son aire de lancement, Crédit Space-X

Lien vers l’article de Robert Zubrin dans Space News, traduit ci-dessus :

http://spacenews.com/op-ed-moon-direct-how-to-build-a-moonbase-in-four-years/

Traduction de l’article:

La Lune en direct : comment construire une base lunaire en quatre ans

Robert Zubrin ; article publié dans Space News Magazine le 26 mars 2018

Le récent et spectaculaire succès du lancement de Falcon Heavy offre à l’Amérique une opportunité sans précédent pour mettre fin à la stagnation qui a affecté son programme de vols spatiaux habités pendant des décennies. En bref, la Lune est maintenant à notre portée.

Voici comment le plan de mission pourrait être développé. Le Falcon Heavy peut emporter 60 tonnes en orbite basse terrestre (LEO). À partir de là, un atterrisseur-cargo propulsé par fusée à hydrogène / oxygène pourrait déposer 12 tonnes de charge utile à la surface de la Lune.

Nous pourrions donc envoyer deux atterrisseurs à l’emplacement prévu pour la base. La meilleur région serait l’un des pôles car il y a des endroits sur ces pôles où la lumière du soleil est accessible tout le temps et, en proximité immédiate, des cratères en permanence dans l’obscurité absolue où la glace s’est accumulée. Cette glace pourrait être électrolysée pour produire des ergols d’hydrogène et d’oxygène pour approvisionner à la fois des véhicules de retour sur Terre (« ERV ») et des fusées qui fourniraient au personnel de la base lunaire un accès pour exploration à la plus grande partie du reste de la Lune.

Le premier atterrisseur-cargo transporterait des équipements comprenant un dispositif de panneaux solaires, un équipement de communications à haut débit, un faisceau micro-ondes de transmission d’énergie avec une portée de 100 km, une unité d’électrolyse / réfrigération, deux véhicules pour l’équipage, une remorque, et un groupe de rovers-robots télécommandés. Après l’atterrissage, certains des rovers seraient utilisés pour installer le système de panneaux solaires et de communications, tandis que d’autres seraient utilisés pour explorer la zone d’atterrissage en détail et pour poser des radio-émetteurs pour signaler les emplacements précis des atterrissages futurs.

Le second atterrisseur-cargo déchargerait un module d’habitation de 12 tonnes, empli de nourriture, de combinaisons spatiales de rechange, d’équipements scientifiques, d’outils et autres fournitures. Il servirait de logement aux astronautes, de laboratoire et d’atelier. Une fois qu’il aurait atterri, les robots le brancheraient à l’alimentation électrique et tous les systèmes seraient vérifiés. Ceci fait, les rovers seraient déployés pour prendre des photographies détaillées de la zone de la base et de ses environs. Toutes ces données seraient envoyées sur Terre pour aider les planificateurs de mission et les équipes de soutien scientifique et technique et pour finalement établir la structure d’un programme de réalité virtuelle qui permettrait à des millions de personnes de participer aux missions.

La base étant opérationnelle, il serait temps d’envoyer le premier équipage. Un Falcon Heavy serait utilisé pour placer un autre atterrisseur-cargo en orbite dont la charge utile serait constituée d’un Véhicule d’Excursion Lunaire (LEV) dont on aurait fait le plein en carburant/comburant. Ce véhicule serait constitué d’une cabine de deux tonnes comme celle utilisée par le module d’excursion lunaire d’Apollo, monté sur un système de propulsion hydrogène / oxygène d’une tonne chargé de neuf tonnes de propergol et capable de le transporter de la surface lunaire à l’orbite terrestre. Une fusée Falcon 9 certifiée vol habitable emporterait ensuite l’équipage dans une capsule Dragon jusqu’à LEO où il passerait dans le LEV. Ensuite l’atterrisseur-cargo emporterait le LEV avec l’équipage à bord, jusqu’à la Lune tandis que le Dragon resterait en arrière sur LEO.

Après atterrissage sur la base lunaire, l’équipage terminerait les opérations d’installation nécessaires et commencerait l’exploration. Un objectif clé serait d’aller dans un cratère abrité de la lumière solaire et, en utilisant l’énergie transmise depuis la base par rayon, d’utiliser des robots télécommandés pour extraire de la glace d’eau. Après avoir rapporté ce trésor à la base dans leur remorque, les astronautes introduiraient l’eau dans l’unité d’électrolyse / réfrigération qui la transformerait en hydrogène liquide et en oxygène. Ces produits seraient ensuite stockés dans les réservoirs vides des atterrisseurs-cargo pour une utilisation future – principalement pour propulser des fusées mais aussi pour fournir une source d’énergie aux piles à combustible et pour constituer une source abondante de consommables de support vie.

Après avoir passé quelques mois à lancer ce genre d’opérations et à engager d’autres formes de prospection de ressources ainsi que diverses explorations scientifiques, les astronautes prendraient place dans le LEV, décolleraient et retourneraient sur orbite terrestre. Là, ils seraient recueillis par un Dragon – soit celui qui les aurait placés en orbite en premier lieu, soit un autre qui viendrait d’être lancé pour transporter l’équipage assurant la relève sur la Lune – et qui servirait de capsule de rentrée pour la dernière partie du voyage de retour.

Ainsi, chaque mission suivante ne nécessiterait qu’un seul lancement de Falcon Heavy, de 100 millions de dollars, et un seul lancement de Falcon 9, de 60 millions de dollars. Une fois la base établie, il y aurait peu de raisons de ne pas prolonger les séjours de surface à six mois.

En supposant que le coût du matériel de la mission soit à peu près égal au coût de son lancement, nous devrions être en mesure de créer et de maintenir une base lunaire occupée en permanence, pour un coût annuel constant de moins de 700 millions de dollars. Cela représente moins de 4% du budget actuel de la NASA, soit environ le quart de ce qui est dépensé annuellement pour le programme du « SLS » (le lanceur spatial désormais obsolète de l’agence) qui traîne depuis plus d’une décennie sans avoir rien produit.

Les astronautes ne seraient pas limités à l’exploration de la région autour de la base. Ravitaillé avec de l’hydrogène et de l’oxygène, le même vaisseau spatial LEV, prévu pour rejoindre la surface lunaire et revenir sur Terre, pourrait être utilisé pour voler à partir de la base jusqu’à n’importe quel autre endroit de la Lune, atterrir, servir d’habitat sur place pour permettre à l’équipage de mener son exploration, puis revenir à la base. Nous n’obtiendrions pas seulement un poste avancé ; nous aurions un accès complet à un monde tout entier.

Actuellement, la NASA n’a pas de tel plan. Au lieu de cela elle propose de construire une station spatiale en orbite lunaire nommée Deep Space Gateway. Ce gâchis coûtera au moins plusieurs dizaines de milliards de dollars et ne servira à rien, sauf peut-être à fournir une publicité de lancement pour le SLS. Nous n’avons pas besoin d’une station en orbite lunaire pour aller sur la Lune. Nous n’avons pas besoin d’une telle station pour aller sur Mars. Nous n’en avons pas besoin pour aller sur les astéroïdes proches de la Terre. Nous n’en avons pas besoin pour aller où que ce soit. Si nous gaspillons notre temps et notre argent à le construire, nous n’irons nulle part.

Si on veut aller sur la Lune, on doit aller sur la Lune. Nous avons maintenant la capacité de le faire. Saisissons l’opportunité.

Image “à la Une”: Falcon Heavy sur son pas de tir. Photo SpaceX

image ci-dessous; architecture de mission Lune Direct (crédit Robert Zubrin et Space News graphic):