Anomalie pionnière résolue par la technique d'infographie des années 1970

Au cours de la dernière décennie environ, l'anomalie pionnière est devenue l'une des grandes énigmes non résolues de l'astrophysique.

Le problème est le suivant. Les engins spatiaux Pioneer 10 et 11 ont été lancés vers Jupiter et Saturne au début des années 1970. Après leurs survols respectifs, ils ont continué sur des trajectoires de fuite hors du système solaire, tous deux décélérant sous la force de la gravité du Soleil. Mais des mesures minutieuses montrent que les vaisseaux spatiaux ralentissent plus vite qu'ils ne le devraient, comme s'ils étaient attirés par une force invisible supplémentaire vers le Soleil.

Cette décélération est infime : juste (8,74±1,33)×10^−10 ms^−2. La grande question est de savoir d'où cela vient.

La première pensée des ingénieurs du vaisseau spatial était que la chaleur émise par le vaisseau spatial pourrait provoquer exactement ce type de décélération. Mais lorsqu'ils ont examiné la manière dont la chaleur était produite sur l'engin, par le plutonium à bord, et comment celle-ci avait dû être émise, ils n'ont pas pu faire la somme des chiffres. Tout au plus, les effets thermiques pourraient ne représenter que 67% de la décélération, ont-ils déclaré.

Cela a conduit à une foule d'autres idées dont certaines que j'ai couvertes dans ce blog. Par exemple, l'année dernière, nous avons examiné des travaux excluant la possibilité que la gravité puisse être plus forte à ces distances, car nous devrions être en mesure de voir un effet similaire sur l'orbite d'autres objets distants tels que Pluton.

Maintenant, Frederico Francisco de l'Instituto de Plasmas e Fusao Nuclear à Lisbonne au Portugal, et quelques amis, disent qu'ils ont trouvé où les calculs thermiques ont mal tourné.

Ces gars-là ont refait les calculs en utilisant un modèle informatique non seulement pour savoir comment la chaleur est émise, mais aussi comment elle est réfléchie par les différentes parties du vaisseau spatial. Les réflexions s'avèrent cruciales.

Les calculs précédents n'ont estimé que l'effet des réflexions. Alors Francisco et co ont utilisé une technique de modélisation informatique appelée Ombrage Phong pour déterminer exactement comment la chaleur émise est réfléchie et dans quelle direction elle finit par se déplacer.

L'ombrage Phong a été imaginé dans les années 1970 et est maintenant largement utilisé dans de nombreux logiciels de rendu pour modéliser les réflexions en trois dimensions. Il a été développé à l'origine pour gérer les réflexions de la lumière visible à partir d'objets 3D, mais il fonctionne tout aussi bien pour la lumière infrarouge, selon Francisco and co.

En particulier, l'ombrage Phong a permis à l'équipe portugaise d'inclure pour la première fois l'effet de la chaleur émise par une partie de l'engin spatial appelée compartiment principal d'équipement. Il s'avère que la chaleur de la paroi arrière de ce compartiment est réfléchie par l'arrière de l'antenne de l'engin spatial (voir schéma ci-dessus).

Étant donné que l'antenne pointe vers le soleil, vers la Terre, les réflexions sur son dos auraient tendance à ralentir le vaisseau spatial. Le rayonnement de ce mur va, dans une première itération, se refléter sur l'antenne et ajouter une contribution à la force dans la direction du soleil, disent Francisco and co.

Et voilà, cette composante supplémentaire de force fait toute la différence. Comme Francisco et ses collègues l'ont dit : Avec les résultats présentés ici, il devient de plus en plus évident qu'à moins que de nouvelles données ne surviennent, le puzzle de l'accélération anormale des sondes Pioneer peut enfin être résolu. En d'autres termes, l'anomalie disparaît.

Bien entendu, d'autres groupes voudront confirmer ces résultats et une équipe du Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, qui a collecté les données sur les sondes, étudie actuellement son propre modèle informatique des budgets thermiques.

Il sera intéressant de voir s'ils sont d'accord. S'ils le font ; problème résolu. Probablement!

Réf : arxiv.org/abs/1103.5222 : Modélisation de la contribution thermique rééchissante à l'accélération du vaisseau spatial Pioneer

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