La mission Cassini-Huygens (1997-2017)

La mission Cassini-Huygens (1997-2017)

La sonde Cassini explorait Saturne et ses lunes depuis près de 20 ans.

Géographie

Mots clés

Saturne, sonde spatiale, Cassini, anneaux de Saturne, Système solaire, Huygens, recherche spatiale, planète, géante gazeuse, planète extérieure, Mimas, Encelade, Téthys, Dione, Rhéa, Titan, Iapetus, lune, astronomie, géographie, gravitation

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Scènes

Système solaire

Le Soleil est l'une des 200 milliards d'étoiles de la Voie lactée qui se situe sur le plan de notre galaxie spirale barrée, dans le bras spirale Orion. Le Soleil (et avec lui tout le système planétaire) effectue environ 27 000 ou 28 000 années-lumière de distance autour du centre du disque de 50 000 années-lumière de rayon et il fait un tour complet en 240 millions d'années. Dans le voisinage de notre système solaire, les étoiles sont plutôt rares, les étoiles les plus proches – le double système de Proxima du Centaure et d'Alpha du Centaure – sont à 4,2–4,4 années-lumière et l'on ne trouve que 11 étoiles dans un rayon de 10 années-lumière.

Par système solaire, l'on entend le Soleil, ainsi que les corps célestes de différente taille qui tournent autour de lui. Le système solaire est le domaine où la gravitation du Soleil domine. Il s'agit d'une sphère de rayon de 2 années-lumière à peu près, aux limites de laquelle la gravitation du Soleil est équivalente à celle des étoiles voisines. Le système solaire est complètement rempli de vent solaire, le courant constant des particules chargées d'électricité provenant de notre étoile.

Les corps célestes suivants font partie du système solaire : le Soleil, les planètes, les lunes des planètes, les astéroïdes et les comètes, les météoroïdes, la matière interplanétaire (c'est-à-dire la poussière et les gaz). Huit planètes tournent autour du Soleil dont six possèdent au moins une lune. Mercure et Vénus en sont dépourvus.

L'ordre des planètes par leur distance par rapport au Soleil est : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. Les planètes peuvent être réparties en deux groupes très différents : 4 planètes telluriques (de type Terre) et 4 géantes gazeuses (de type Jupiter). Les planètes telluriques sont plus près du Soleil, sont plus petites, leur matière est plus dense, elles tournent moins vite, leurs atmosphères sont plus fines, leurs champs magnétiques sont plus faibles.

Toutes les planètes orbitent sur le même plan et dans la même direction autour du Soleil, on appelle leur mouvement direction directe (vu depuis le pôle nord de la Terre, dans le sens contraire des aiguilles d'une montre). À l'exception de Vénus et Uranus, leur axe de rotation est aussi de direction directe. Le Soleil tourne aussi dans le même sens.

La gravitation du Soleil tient les planètes sur une orbite elliptique. La masse du Soleil est 750 fois plus grande que la masse totale des planètes. La gravitation est aussi effective entre les planètes, c'est pourquoi chacune a une influence sur le mouvement de l'autre. Par conséquent, on peut observer quelques petits changements dans leurs orbites (respectives).

Dans notre système solaire, à part les planètes, on trouve des milliards de petits corps célestes. Les astéroïdes se trouvent partout, il y en a plusieurs dont l'orbite coupe l'orbite de la Terre. La plupart des astéroïdes se rangent dans deux zones indépendantes. La ceinture intérieur d'astéroïdes se situe entre Mars et Jupiter (il y a au moins 1 million d'astéroïdes qui sont plus grands que 1 km.) L'externe, la ceinture de Kuiper se trouve au-delà de l'orbite de Neptune (ils y ont découvert quelques milliers d'astéroïdes qui contiennent beaucoup de glaces comme Pluton).

Depuis 2006, Pluton n'est plus considéré comme une planète. Pluton et d'autres grands astéroïdes appartiennent aux planètes naines.

Le mouvement des comètes diffère complètement des autres corps célestes: elles tournent sur des orbites elliptiques très allongées et elles tournent sur un plan différent de celui des planètes. La matière glacée du noyau de comète dont le diamètre est en général de 5–20 km se transforme en gaz quand il s'approche du Soleil, et ainsi naît la rare mais spectaculaire queue. À cause du vent solaire, la queue est dirigée dans la direction opposée au Soleil. Dans la zone externe du Système solaire, soit à 0,5–2 années-lumière de distance, dans le nuage d'Oort tournent plusieurs milliards de noyaux de comètes.

Depuis 1995, ils ont découvert, à côté de plusieurs centaines d'étoiles, des planètes ou des systèmes planétaires (des exoplanètes). À l'intérieur de plusieurs d'entre eux, des planètes géantes tournent autour de leur étoile, ainsi ils ne ressemblent pas du tout à notre système solaire.

L'orbite de Saturne

Saturne est la deuxième plus grande planète du système solaire, elle est une planète externe remarquable. Géante gazeuse (planète du type de Jupiter).
Saturne est la planète la plus aplatie à cause de sa rotation rapide et de sa matière rare. Elle est la planète la moins dense du Système solaire, la seule dont la densité est inférieure à celle de l'eau (0,69 g/cm³).

Données :

Diamètre : 120 536 km (9,45 Terres)

Masse : 5,6846×10²⁶ kg (95,2 Terres)

Densité moyenne : 0,69 g/cm³

Gravité à la surface : 1,065 g

Température à la surface : –180 °C

Nombre de satellites : 62

Période de rotation : 10 h 48 m

Inclinaison de l'axe : 26,7°

Distance moyenne du Soleil :
1 433 530 000 km = 9,58 UA = 79,7 minutes lumière

Excentricité de l'orbite : 0,054

Période orbitale : 29,46 années

Saturne

Saturne est la sixième planète à partir du Soleil, et la seconde plus grosse.
Elle fut nommée après l'un des plus anciens dieux Romains. Saturne était le dieu des graines et de la semence, le symbole du temps inexorable. Il était identifié au titan Chronos, de la mythologie grecque.
Saturne est la planète la plus lointaine qui peut être vue à l'oeil nu. Sa forme ovale fut observée pour la première fois par Galilée à l'aide de son télescope primitif, mais il ne put pas apercevoir les anneaux responsables de cette forme.
Ce fut Christiaan Huygens qui suggéra le premier que Saturne était entourée d'un anneau. En 1675, Giovanni Domenico Cassini a constaté que cet anneau était en fait composé de plusieurs anneaux plus petits, séparés par du vide ; et le plus grand de ceux-ci fut ensuite appelé la division de Cassini.

Saturne a été tout d'abord visitée par Pioneer 11 en septembre 1979. En novembre 1980, la sonde spatiale Voyager I est arrivé au niveau du système saturnien. Elle en a envoyé pour la première fois des images en haute résolution, ainsi que des images de ses anneaux et de ses satellites. Pour la toute première fois, nous étions capables d'étudier des images nettes des éléments de sa surface.
Un an plus tard environ, en août 1981, Voyager II était toujours en train d'étudier ce système. Le premier juillet 2004, la sonde spatiale Cassini est entrée en orbite autour de Saturne et a délivré une quantité importante de nouvelles informations sur la planète et ses satellites.
Au début de l'année 2005, la sonde Huygens s'est détachée de Cassini et est descendue à travers l'atmosphère d'azote vers la surface de Titan, où elle a trouvé des lacs de méthane et d'éthane.

Saturne est la seconde planète la plus grosse du système solaire. C'est une planète externe spectaculaire. C'est une géante gazeuse. C'est aussi la planète la plus aplatie, à cause de sa grande vitesse de rotation et de sa faible densité. C'est la planète la moins dense du système solaire, la seule qui possède une densité inférieure à celle de l'eau (0,69 g/cm³).

La structure interne de Saturne est similaire à celle de Jupiter, avec un noyau rocheux en son centre, une couche d'hydrogène métallique liquide autour de celui-ci et une couche d'hydrogène moléculaire à l'extérieur.
Elle possède une atmosphère essentiellement composée d'hydrogène, qui s'organise en ceintures qui se déplacent rapidement en tournant.
Les vents de Saturne sont parmi les plus rapides du système solaire. D'après les données envoyées par Voyager, ils peuvent souffler à une vitesse allant jusqu'à 400 m/s.
L'atmosphère de Saturne possède une structure en bandes assez similaire à celle de Jupiter, mais les bandeaux de Saturnes sont plus épais et plus larges vers son équateur.
Sa température moyenne est de -180°C. La température intérieure de Saturne, au niveau du noyau, atteint les 12 000 K. La planète émet plus d'énergie dans l'espace qu'elle ne reçoit du Soleil – l'origine de ce phénomène n'est pas encore précisée.
Le champ magnétique de Saturne est fort et l'axe de son champ magnétique concorde avec l'axe de rotation. Sur les enregistrements du télescope spatial Hubble, des aurores boréales sont de temps en temps visibles.

Les lunes de Saturne

Saturne est connue surtout pour son système d'anneaux qui est le plus remarquable du système solaire. Les anneaux peuvent être observés même par des petits télescopes.
La matière des anneaux de gravat se compose de roche et de grain de glace dont la taille peut varier entre celle d'une poussière jusqu'à celle d'une voiture. La curiosité de ce système d'anneaux est sa capacité de refléter la lumière, causée par la grande quantité de glaces. Dans les lacunes de plusieurs centaines d'anneaux, tournent également une douzaine de lunes et leur effet de gravitation maintient les anneaux qui sont près d'eux (« lunes bergères »​).

62 de ses lunes sont connues. Parmi les lunes, seulement sept sont assez grandes pour qu'elles puissent avoir une forme sphérique (la forme sphérique ne se crée qu'au-dessus d'une taille ou d'une masse limite par suite de sa propre gravitation et de la température interne au moment de la création).

Titan est la plus grande lune de Saturne, qui a été découverte en 1655. Sa période orbitale est de 16 jours. La matière des lunes contient beaucoup de glaces. Près de Saturne, sur Encelade, on a observé des éclats de vapeur d'eau qui se sont échappés du bas de la surface. Cela s'appelle un cryovolcan. La plupart des lunes ne font que de 4 à 8 km de diamètre.

Cassini

Le vaisseau spatial Cassini-Huygens a été conçu et construit dans le cadre d'un projet majeur commun entre la NASA (l'agence spatiale américaine), l'ESA (l'Agence Spatiale Européenne) et l'ASI (l'Agence Spatiale Italienne). Un total de 27 pays étaient impliqués dans ce programme spatial.

L'orbiteur Cassini tire son nom de l'astronome français né italien Giovanni Domenico Cassini, qui est plus connu pour la découverte de quatre satellites de Saturne. L'autre partie cruciale du vaisseau, la sonde Huygens, a été nommée après l'astronome hollandais Christiaan Huygens, qui a découvert Titan.

Cassini-Huygens était l'un des vaisseaux spatiaux les plus complexes et les plus grands ayant jamais été lancé dans l'histoire de l'exploration spatiale. Il mesurait 6,7 mètres de haut et 4 mètres de large, et pesait environ 5700 kg lors de son lancement.

L'orbiteur et la sonde ont été conçus pour effectuer un total de 27 expériences scientifiques, ils ont donc été équipés d'une grande variété d'instruments spéciaux.

Cassini et Huygens transportaient respectivement douze et six instruments scientifiques. La plupart de ces instruments étaient multifonctionnels. De nombreuses équipes de chercheurs ont collaboré dans le développement de ces instruments scientifiques uniques.

Trois antennes rendaient possible la communication avec le vaisseau spatial. Les 1630 composants électroniques de Cassini étaient reliés par 22 000 connexions filaires et 14 km de câblage environ.

L'orbiteur Cassini et ses instruments étaient propulsés par trois Générateurs Thermoélectriques à Radioisotopes (RTG) qui transformaient la chaleur de la décomposition des isotopes radioactifs en énergie électrique. Ceux-ci utilisèrent environ 32 kg de plutonium. Étant donné que Saturne est trop éloignée du Soleil, il fut impossible d'utiliser l'énergie solaire pour faire fonctionner le vaisseau spatial.

Les couvertures thermiques de Cassini rendirent son apparence impressionnante. Le tissu finement tissé, léger et durable protégeait le vaisseau spatial des températures extrêmes et des dégâts provoqués par des collisions micrométéorites. Les instruments pouvaient aussi être conservés à une température optimale. La température des parties qui n'étaient pas couvertes de couvertures thermiques variait entre -220 et +250 degrés Celsius dans l'espace.

Trajectoire de la sonde spatiale

Cassini-Huygens a été lancée en utilisant une fusée Titan IVB/Centaur le 15 octobre 1997 à partir de Cape Canaveral aux Etats-Unis. Cassini a effectué quatre survols pour atteindre Saturne.

Lors de ce processus, qui est aussi appelé manœuvre d'assistance gravitationnelle, la gravité d'un objet céleste est utilisée pour modifier la trajectoire et la vitesse du vaisseau spatial. Donc, le vaisseau spatial peut atteindre des objets célestes éloignés dans le système solaire en une plus courte durée et en utilisant moins d'énergie. Cassini a effectué deux survols de Vénus, un de la Terre et de la Lune et un de Jupiter.

Il est intéressant de noter que deux ans après son lancement, le vaisseau spatial était aussi proche de la Terre qu'après son lancement. Il n'était qu'à 1 100 km de la planète lors du survol de la Terre-Lune. Cette manœuvre d'assistance gravitationnelle a donné une accélération au vaisseau qui atteignit les 5,5 km/s.

Le vaisseau Cassini-Huygens a atteint Saturne sept ans après son lancement, en juin 2004, et elle entra en orbite un mois plus tard.

La sonde Huygens sur Titan

La sonde Huygens, l'autre partie vitale de la mission, est une sonde construite par ESA. Ce vaisseau spatial en forme de disque avait un diamètre de 2,7 mètres et un poids de 318 kg. Il était couvert d'un bouclier pour protéger les instruments situés à l'intérieur pendant qu'il traversait l'atmosphère de Titan.

Le 25 décembre 2004, Huygens s'est séparé de l'orbiteur Cassini auquel il était rattaché, et il a atteint Titan au bout de 3 semaines. Le 14 janvier 2005, il a fallu 2 heures et 27 minutes à la sonde Huygens pour se poser sur la plus grande lune de Saturne.

La vitesse d’atterrissage a été réduite par le bouclier et trois parachutes. Les deux tâches les plus importantes des six instruments scientifiques de la sonde étaient l'étude de l'atmosphère et de la surface de Titan.

Les données collectées ont été envoyées à l'orbiteur Cassini avant d'être renvoyées vers la Terre. Malheureusement, Huygens n'a pu envoyer que 350 images car l'un des récepteurs de Cassini ne fonctionnait pas à cause d'un problème de logiciel. Les informations renvoyées par la sonde restent cependant d'une valeur inestimable.

Huygens a fonctionné pendant 72 minutes à la surface de la lune géante. Ce fut le premier, et jusqu'à présent, l’unique atterrissage dans le système solaire externe. Par conséquent, la sonde Huygens détient aussi le record de l'atterrissage le plus éloigné de la Terre.

Titan

Résultats

La mission Cassini-Huygens a posé de nombreux objectifs scientifiques. La plupart de ces objectifs étaient centrés sur l'exploration de Saturne et de ses satellites et de ses anneaux. La mission à grande échelle était unique depuis tous les points de vue dans l'histoire de l'exploration spatiale.

La mission originale s'est achevée en 2008, onze ans après le lancement du vaisseau spatial. Cependant, la collecte des données additionnelles s'avérant possible, elle fut prolongée pour deux ans de plus (Mission Cassini Equinox) et pour sept de plus en 2010 (Mission Cassini Solstice). Lors de la grande finale, qui a commencé en avril 2017, le vaisseau spatial a été orienté dans l'atmosphère de Saturne où elle a été finalement détruite le 15 septembre 2017.

Le vaisseau spatial de la mission dont le coût s'est élevé à prè​s de 3,26 milliards de dollars a passé presque 20 ans dans l'espace. Pendant cette période, il a parcouru une distance de 7,9 milliards de km, capturé 453 048 images, et collecté 635 giga-octets de données scientifiques.

Il est presque impossible de faire la liste de tous les résultats scientifiques de la mission Cassini-Huygens, mais voici quelques-uns des plus importants :

La découverte de nouveaux anneaux entourant Saturne ;

L'étude de la structure des anneaux et des processus qui s’y déroulent ;

La découverte de nouvelles lunes de Saturne ;

L'étude de ces nouvelles lunes ;

L'observation de geysers à la surface du satellite Encélade ;

L'étude de la surface et du climat sur Titan, semblables à ceux sur Terre ;

L'étude de l'atmosphère de Titan ;

L'observation de l'évolution d'une tempête saturnienne

La cartographie de l’hexagone de Saturne, un motif climatique au pôle nord de la planète ;

L'étude des lunes glacées ;

Résoudre le mystère de la coloration en deux tons de la lune Iapetus ;

Découverte de lacs d’éthane et de méthane sur la surface de Titan ;

La cartographie de la magnétosphère de Saturne.

Pendant les 20 années qu'ont duré la mission, près de 4000 articles scientifiques ont été publiés. Cela ne fait aucun doute qu'après analyse de toutes les données collectées, plus d'articles seront disponibles sur d'autres questions et conclusions.

La mission Cassini-Huygens, qui a engrangé un grand nombre de succès, a donné de nouvelles perspectives à l'humanité sur le système solaire et sur la planète Terre. Elle a donné aussi une nouvelle importance à la théorie de la vie extraterrestre.

Animation

Narration

La mission Cassini-Huygens a posé de nombreux objectifs scientifiques. La plupart de ces objectifs étaient centrés sur l'exploration de Saturne, de ses lunes et de ses anneaux.

Saturne, une planète externe spectaculaire, est la seconde plus grande planète du système solaire. Elle est surtout connue pour ses anneaux spectaculaires. Elle a 62 satellites connus, le plus grand étant Titan.

Le vaisseau spatial Cassini-Huygens a été conçu dans le cadre d'un grand projet majeur commun. L'orbiteur Cassini tire son nom de l'astronome français né italien Giovanni Domenico Cassini. L'autre partie cruciale du vaisseau, la sonde Huygens, a été nommée après l'astronome hollandais Christiaan Huygens, qui a découvert Titan.

L'orbiteur et la sonde ont été conçus pour effectuer un total de 27 expériences scientifiques, ils ont donc été équipés d'une grande variété d'instruments spéciaux. Cassini et Huygens transportaient respectivement douze et six instruments scientifiques. La plupart de ces instruments étaient multifonctionnels.

Le vaisseau spatial a été lancé le 15 octobre 1997 à partir de Cape Canaveral aux Etats-Unis. Il a fallu quatre survols et sept ans pour que le vaisseau atteigne Saturne en juin 2004. Le 25 décembre 2004, Huygens s'est séparé de l'orbiteur Cassini auquel il était rattaché, et il a atteint Titan au bout de 3 semaines. Le 14 janvier 2005, il a fallu 2 heures et 27 minutes à la sonde Huygens pour se poser sur la plus grande lune de Saturne.

La mission originale s'est achevée en 2008, onze ans après le lancement du vaisseau spatial. Cependant, la collecte des données additionnelles s'avérant possible, elle fut prolongée pour deux de plus (Mission Cassini Equinox) et pour sept de plus en 2010 (Mission Cassini Solstice).

Le vaisseau spatial de la mission dont le coût s'est élevé à près de 3,26 milliards de dollars a passé presque 20 ans dans l'espace. Pendant cette période, il a parcouru une distance de 7,9 milliards de km, capturé 453 048 images, et collecté 635 giga-octets de données scientifiques. La mission Cassini-Huygens, qui a engrangé un grand nombre de succès, a donné de nouvelles perspectives à l'humanité sur le système solaire et sur la planète Terre.

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