L’événement astronautique pour l’Europe cette année sera le lancement par l’ESA entre le 14 et le 30 Avril, de la mission JUICE (JUpiter ICy moons Explorer). Son objet est de chercher à savoir jusqu’à quel niveau de complexification vers la vie ont pu mener les « astres-océan » que sont Europa, Ganymède et Callisto, les plus grosses lunes de Jupiter. La mission sur place durera quatre ans, le vaisseau passant de l’orbite de l’une à l’orbite de l’autre. Mais il lui faudra malheureusement cheminer huit années pour parvenir dans l’environnement jovien qui n’est pourtant qu’à 778,6 millions de km du Soleil.
Cet article est le 400ème que j’ai publié dans ce blog. Je vous en dis deux mots à la fin de cette présentation de JUICE.
C’est en 2004 que tout a commencé, quand l’ESA a entrepris de consulter la communauté scientifique des pays membres pour choisir l’orientation de son futur programme « Cosmic Vision 2015-2025 ». Il a été décidé dans ce cadre de répondre à quatre questions (qui épuisent d’ailleurs le sujet de l’exploration spatiale) : « Quelles sont les conditions qui entourent l’émergence de la vie et la formation des planètes ? Comment le Système solaire fonctionne-t-il ? Quelles sont les lois fondamentales qui régissent l’Univers ? Comment l’Univers est-il né et de quoi est-il constitué ? ». L’ESA a ensuite, en 2007, lancé un « appel à missions » pour déterminer quelle devrait être la mission majeure (de classe « L ») de ce programme. En 2012, trois propositions ont été retenues pour étude plus approfondie (phase de « définition ») : JUICE, NGO et ATHENA. Finalement JUICE a été choisie et les deux autres ont été reportées. ATHENA (Advanced Telescope for High Energy Astrophysics) qui doit étudier avec un capteur à rayon X l’accumulation de la matière dans les galaxies ainsi que la formation et l’évolution des trous noirs, pourrait faire l’objet d’une seconde mission « L » mais, telle que prévue, elle coûte trop cher et elle a été remise à l’étude en 2022. NGO (New Gravitational wave Observatory), dédiée à l’étude des ondes gravitationnelles (adaptation de LISA) reste « en suspens ». On peut voir là (et regretter) la sévérité des choix imposés par les limitations budgétaires (et s’étonner que l’« encore-riche » Europe ne consacre pas à sa recherche scientifique dans l’espace, proportionnellement au moins autant de ressources que les Etats-Unis).
Ceci dit l’étude des mondes de Jupiter n’est pas inintéressante (euphémisme) et elle est tout à fait faisable sur le plan astronautique et sur le plan scientifique en raison des équipements d’observation embarqués.
Sur le plan astronautique, ce sera une fusée Ariane 5-ECA, qui effectuera le lancement. La version « ECA » est la plus récente et la plus puissante de la gamme des Arianes. Elle permet de placer 21 tonnes en orbite basse terrestre et 10,5 tonnes en orbite géostationnaire. Sur trajectoire interplanétaire c’est environ moitié moins. En l’occurrence la masse à injecter sur cette dernière sera de 5,1 tonnes dont 285 kg d’instruments scientifiques. C’est cette version d’Ariane qui a lancé le télescope JWST vers le point de Lagrange L2 le 25 décembre 2021. Avec JUICE, ce sera son 84ème lancement ; il y a donc de fortes chances qu’il soit réussi. Le problème, comme évoqué en introduction, c’est la durée (pour ceux qui attendent avec impatience les données). Galileo, lancé par la navette-spatiale de la NASA, arriva dans l’environnement de Jupiter en 6 ans ; Cassini, lancé par un Titan-IVB de Martin Marietta arriva autour de Jupiter en 3ans (et de Saturne en 6 ans) ; Juno, lancé par un Atlas V 551 de Lockheed Martin arriva près de Jupiter en 3 ans. 8 ans pour JUICE c’est donc beaucoup. Force est de constater que les Etats-Unis se déplacent en Tesla tandis que les Européens utilisent encore la 2CV Citroën.
Dans tous les cas, on utilise la force de gravité des planètes en plus de la propulsion par expulsion d’ergols après combustion de la fusée (« propulsion chimique »). En effet la durée d’un voyage dans l’espace est aussi une affaire de navigation où la gravité joue le rôle du vent ou des courants, en utilisant celle générée par les astres dont on s’approche. On appelle cette force, l’« assistance gravitationnelle » ou, quand elle est positive, « l’effet de fronde ». Avec JUICE, pour s’éloigner plus vite du Soleil, on peut jouer avec l’effet de fronde en approchant certaines planètes sans oublier qu’on doit surcompenser le freinage qu’exerce le Soleil sur tout corps qui cherche à s’en éloigner. Dans le cas de cette mission, cette assistance gravitationnelle sera « EVEE ». Cela veut dire que la propulsion chimique sera complétée par des impulsions gravitationnelles successives de la Terre (E), de Vénus (V) puis deux fois de la Terre (EE). Cette assistance gravitationnelle va un peu compenser la faiblesse de propulsion chimique qui a été calculée pour réduire au minimum le delta V (somme des différences de vitesses) résultant de cette propulsion afin de garder un maximum d’ergols pour la réalisation de la totalité de la mission dans le monde de Jupiter, qui implique de multiples changements d’orbites, donc de consommation d’ergols. Nous pourrions néanmoins aller plus vite en dépensant plus d’ergols dans une fusée à propulsion chimique plus puissante (comme l’Atlas V de Lockheed Martin) ou en utilisant la propulsion nucléaire (mais, hélas, elle n’est pas encore disponible !).
Quoi qu’il en soit les objectifs sont passionnants. Il s’agit d’abord d’étudier les zones habitables de Ganymède (comme « objet planétaire et habitat potentiel »), Europa (en insistant sur les zones les plus récemment actives) et Callisto (comme témoin du système le plus ancien de Jupiter), les trois lunes abritant un océan sous une carapace de glace. Il est notable que le fond de ces océans soit constitué de roches, ce qui doit permettre des imprégnations, des enrichissements, des évolutions). On veut en même temps explorer le système de Jupiter comme archétype de planète géante gazeuse (son atmosphère, sa magnétosphère et son système de satellites et d’anneaux). Ce sera en fait la suite de la mission JUNO de la NASA (2016-2021-2025).
Ganymède va être étudié par de nombreux survols à basse altitude. C’est un satellite particulièrement intéressant du fait non seulement de son océan sous surface mais aussi de sa magnétosphère, le seul satellite du système solaire à en générer une, et de sa taille puisque c’est le plus gros des satellites du système, avec un diamètre de 5.268 km (plus que Titan, D = 5.149 km ; mais nettement moins que Mars, D = 6.779 et beaucoup plus que notre Lune, D = 3.475). JUICE devrait terminer sa course en s’écrasant sur Ganymède (et donc en transmettant un supplément d’informations). L’altitude minimum des survols sera de 500 km (pour référence, L’ISS orbite la Terre à environ 400 km).
Europa, bien connue pour sa surface de glace blanche (mais un peu sale) et réfléchissante, va être scrutée dans les régions où les rejets d’eau et de matière souterraines apparaissent les plus récents et l’on va essayer de déterminer la composition chimique des matériaux autres que la glace apparaissant dans les nombreuses fissures, tout en analysant aussi précisément que possible les processus de remontée de ces matériaux en surface. L’altitude minimum sera de 400 km.
Callisto est une lune particulière en ce qu’elle est la plus éloignée de Jupiter (elle est aussi très grosse, D = 4820 km) et de beaucoup, puisque son orbite est à 1.882.700 km de Jupiter (notre Lune est à 385.000 km de la Terre) alors que la deuxième, Ganymède, évolue à 1.070.000 km. Elle a donc été beaucoup moins transformée par Jupiter que les autres par force de marée (ou marquée par ses radiations), comme en témoigne d’ailleurs sa surface extrêmement cratérisée (qui est aussi une indication sur l’épaisseur de la croûte recouvrant son océan interne). Elle peut donner de ce fait des informations sur la période la plus ancienne du système jovien et servir de référence pour comparaison avec Ganymède. Le survol le plus bas sera effectué à seulement 200 km !
Pour exploiter ces différents passages à basse altitude, la sonde sera équipée d’un grand nombre d’équipements, pertinents et à la pointe de ce que l’on sait faire aujourd’hui : Imaging system (JANUS), Visible-IR Imaging spectrometer (MAJIS), UV Spectrograph (UVS), Sub Millimeter Wave Instrument (SWI), JUICE Magnetometer (J-MAG), Radio and Plasma Wave Instrument (RPWI), Particle Environmental Package (PEP), Laser Altimeter (GALA), Ice Penetrating Radar (RIME), Radio Science Experiment (3GM), VLBI Experiment (PRIDE). Je les évoque l’un après l’autre :
Janus va nous fournir des cartes géologiques détaillées à haute résolution et imagées avec les altitudes (DTM) et donner le contexte des autres données observées. Il opérera dans les longueurs d’ondes du spectre visible et du proche infra-rouge. Il bénéficie du know-how des caméras Bepi-Colombo, Dawn, Rosetta et de Mars Express. MAJIS va ajouter une dimension spectrométrique à l’image avec une précision jamais atteinte (1280 bandes spectrales dans le segment 0,4 µm à 5,7 µm, soit de l’IR moyen à l’IR profond). Mais de l’autre côté du visible, surtout pour analyser les différentes atmosphères et leurs interactions avec l’espace, JUICE sera aussi équipée d’un spectromètre, UVS, opérant dans l’ultraviolet (55 à 210 nm, UV lointain et UV extrême). Dans l’atmosphère de Jupiter, SWI mesurera et dressera la carte des températures et des vents Doppler (mouvements verticaux) ; il identifiera les molécules CO, CS, HCN, H2O, présentes dans la stratosphère de cette planète géante. Il caractérisera aussi les atmosphères ténues des lunes galiléennes. Il mesurera également les propriétés thermophysiques et électriques des surfaces et sous-sol de ces mêmes astres et les corrèlera avec les propriétés atmosphériques et les traits géographiques. Le magnétomètre J-MAG permettra de mieux comprendre la formation des satellites galiléens, de caractériser leurs océans souterrains (profondeur, étendue, conductivité), et donnera un éclairage sur le comportement d’un astre magnétisé en rotation rapide, comme l’est Jupiter, et sur la façon dont il accélère ses particules émises. Il permettra aussi de caractériser la petite magnétosphère de Ganymède. En surface d’Europa, il pourra détecter et caractériser les éventuels dégazages. RPWI disposera de sondes de Langmuir qui lui permettront de mesurer la température, la densité électronique et le potentiel du plasma circulant entre Jupiter et ses lunes et en particulier de mesurer comment les océans des satellites et les ionosphères réagissent aux variations très fortes de la magnétosphère de Jupiter. Le PEP permettra la mesure et l’imagerie des densités et des mouvements des particules énergétiques neutres (ENA) et du plasma dans l’environnement de Jupiter et de ses satellites (NB : les particules peuvent atteindre une énergie se mesurant en plusieurs MeV). GALA est spécifique à Ganymède. Il va mesurer l’effet de marée exercé par Jupiter sur cette dernière et déduira des déformations de la croûte, l’épaisseur de celle-ci et l’importance du volume de l’océan sous-jacent. Le rôle de RIME (Ice Penetrating Radar) s’explique de lui-même. Il concerne au premier chef Europa. Compte tenu de ses caractéristiques visibles et de sa position dans le système de Jupiter (chaleur interne par effet de marée), c’est la meilleure candidate pour disposer d’un océan capable de faire évoluer les molécules organiques au plus loin vers la vie. RIME est la continuation des radars MARSIS et SHARAD opérant en orbite autour de Mars. Le radar aura une pénétration allant jusqu’à 9 km. C’est nettement moins que l’épaisseur de la banquise d’Europa qui peut faire entre 80 et 170 km mais cela donnera une vision en 3D de cette banquise. 3GM étudiera tous les effets que peut avoir la gravité dans le système de Jupiter : effet de Jupiter sur ses lunes, effets des lunes entre elles. PRIDE étudiera tout ce qui peut être mesuré par effet Doppler à l’intérieur du système de Jupiter et de ce système vers les autres astres du système solaire par la mesure précise des positions et déplacements du vaisseau spatial sur le cadre de référence ICRF (International Celestial Reference Frame). Enfin les organisateurs de la mission ont insisté pour la coordination et la synergie des différents instruments embarqués (“Synergistic payload capabilities”) ce qui est à la fois judicieux pour un ensemble aussi riche mais montre aussi un haut souci d’efficacité.
Vous voyez que cette « instrumentation » absolument magnifique (on peut en effet comparer ces instruments scientifiques embarqués à des instruments de musique joués en orchestre, du fait de la coordination et de la synergie sur lesquelles les concepteurs de JUICE insistent beaucoup) doit nous permettre d’avancer considérablement dans la compréhension du système de Jupiter. On se rend bien compte que ce système, animé par un cœur violent, la redoutable Jupiter elle-même, est un milieu très hostile de par son environnement radiatif. Mais « la nature est bien faite » ; la vie, si elle existait dans les océans souterrains, bénéficierait d’une protection contre ces forces destructrices du fait de la présence d’une carapace de glace et d’ailleurs ces océans n’existent que du fait de ces carapaces et de la chaleur interne des lunes stimulée par les forces de marée générées par la masse de Jupiter. On peut toujours espérer.
Au-delà, en m’éloignant de la science jusqu’aux rives de la science-fiction, je ne peux m’empêcher de penser que c’est dans ce cadre grandiose qu’évoluait l’un des monolithes-relais de l’épopée 2001 Odyssée de l’Espace conçue par l’esprit fertile d’Arthur Clarke et merveilleusement mis en images et en musique par le génial Stanley Kubrick. JUICE rencontrera-t-elle un Monolithe ? Ce serait bien sûr une révolution pour nous, l’ouverture d’une porte splendide vers l’infini et vers la vie ailleurs. On peut toujours rêver.
Les participants scientifiques (« JUICE Science Working Team ») à cette mission sont évidemment très nombreux. Ils sont ressortissants de plusieurs pays membres de l’ESA : l’Allemagne, l’Italie, de la France, la Grande Bretagne, la Suède, la Suisse, les Pays-Bas, mais aussi des Etats-Unis et d’Israël. NB: Peter Wurz de l’Université de Bern est co-PI pour l’instrument PEP.
Le moment le plus délicat de la mission, après le décollage, sera l’insertion en orbite de Jupiter mais malheureusement nous n’en sommes pas encore là.
Illustration de titre : Vue d’artiste du vaisseau Juice dans le système de Jupiter. Crédit ESA/AOES.
https://sci.esa.int/documents/33960/35865/1567260128466-JUICE_Red_Book_i1.0.pdf
https://www.esa.int/Science_Exploration/Space_Science/Juice
https://www.cosmos.esa.int/web/juice
https://saf-astronomie.fr/la_mission_juice_esa/
https://www.youtube.com/watch?v=r-k3t3DsPrg
https://sci.esa.int/documents/33960/35865/1567260193381-ESA_SPC%282012%2920_rev.-1_JUICE_SMP.pdf
https://fr.wikipedia.org/wiki/Jupiter_Icy_Moons_Explorer
https://fr.wikipedia.org/wiki/Juno_(sonde_spatiale)
Pour (re)trouver dans ce blog un autre article sur un sujet qui vous intéresse, cliquez sur :
Index L’appel de Mars 23 01 02
Cet article est le 400ème paru dans ce blog “Exploration spatiale” dont j’ai entrepris l’écriture début Septembre 2015. J’invite ceux qui l’apprécient à relire mon premier article qui était une invitation au grand voyage et un engagement à vous le faire vivre ici bas. J’espère qu’ils considéreront que je l’ai tenu.
J’ai toujours voulu exprimer et partager ma passion pour l’espace, l’infini et les grandes questions qui se posent à nous sur cette Terre quand nous regardons le ciel ou simplement nous y pensons, et le faire avec toute l’honnêteté possible.
Pour moi tenir ce blog a été un très grand plaisir, non seulement pour la recherche, l’étude, la réflexion et l’écriture mais aussi pour les rencontres qu’il a suscitées.
NB: L’index ne comporte que 396 titres car il n’était pas pertinent d’insérer les 4 autres dans le corpus de ce que je nomme “L’appel de Mars”.