|
Souvenirs de recherche spatiale
Avant de venir ici j' ai réfléchi de quel sujet parler ? Il y a tant de sujets différents dans la recherche spatiale, qui demanderait chacun une présentation complète . On ne peut qu'en donner un aperçu. J'ai suggéré quelques sujets à mon hôte Horacio Chavéz, mais nous avons finalement décidé que je parlerai de ma propre carrière. Je vais essayer.
J'ai étudié la physique en Israël, dans une école d' ingénieurs de Haïfa (voir l'image). C'était longtemps avant les fusées et les satellites. Il y avait de l'astronomie, naturellement, mais les grands télescopes étaient loins, et mon professeur s'était particulièrement intéressé aux rayonnements cosmiques. Les rayonnements cosmiques sont constitués d'atomes parcourant très, très rapidement l'espace--en fait, certains atomes ont perdu leurs électrons--et s'appellent alors des ions, et sont électriquement positifs. Puisque les ions sont chargés électriquement, les forces électriques peuvent alors leur ajouter une vitesse supplémentaire, cependant, personne n'en connaît exactement le mécanisme. L' image ci-dessous, obtenue au microscope, montre ce qui se produit avec la collision d' un atome et d' une émulsion photographique. (C'était un façon de les étudier,--en transportant par ballons les plaques photographiques dans la haute atmosphère ). Maintenant nous pensons qu'ils viennent des explosions de supernova, grands éclatements des étoiles. Les forces magnétiques peuvent entraîner ces ions en courbes ou même en cercles. Pour les rayonnements les plus lents la force magnétique de la terre est juste suffisante pour courber leur chemin, bien qu'elle agisse sur des milliers de kilomètres.
Mais les plus rapides ont beaucoup plus d'énergie. Quand les atomes se heurtent dans l' atmosphère, leurs fragments traversent non seulement toute épaisseur de l'air, mais continuent dans le sol à des centaines de mètres.
C'est sur ce sujet que j'ai mené mon travail de doctorat, sous le sol. Une compagnie m'a autorisé à mettre en place une expérimentation dans une partie du tunnel qu'elle creusait, alors qu'elle en utilisait le reste. Par bonheur, ces rayonnements ne sont pas dangereux, parce qu'ils sont peu nombreux. Ils nous apportent à peu-près autant d'énergie que la lumière des étoiles. Bien sur, l'univers produit beaucoup de lumière des étoiles-- qui sont des soleils lointains. Si les étoiles dégageaient autant d' énergie en atomes très rapides qu'en lumière visible, cela pourrait être dangereux. Mais comme je l'ai dit, nous savons maintenant que la plupart des étoiles sont inoffensives--seules celles qui explosent nécessitent des précautions.
Quand j'étais étudiant, on avait compris que notre soleil peut également parfois produire un genre de rayonnements, plus lents, dans les explosions près de grandes taches solaires. Cela n'arrive pas souvent --peut-être une fois par an, pour une demi-heure. Les astronautes qui un jour voleront vers Mars pourraient avoir de protections supplémentaires concernant ces éventualités. Les explosions de tache solaire peuvent également faire varier la force magnétique de la terre--peut-être de 1%, pendant un jour--et aussi réduire le nombre de rayonnements--pendant quelques jours, de quelques pour cent. Ca ne change pas grand chose. Mais l'espace est vaste, ainsi ce sont les grands phénomènes, avec beaucoup d'énergie, qui sont intéressants. Les gens connaissent aussi les "lumières nordiques " ou aurores polaires. Au Canada et en Alaska, ils ne sont pas rares, mais après des éruptions de taches solaires, vous pouvez parfois les voir pendant quelques heures même en Europe et aux Etats-Unis, parce que le champ magnétique éloigné de la terre (qui commande de tels phénomènes) est très déformé. Très rarement ils atteignent le Mexique ! Personne ne comprenait comment elles se produisaient. Tout m'a fait penser que des choses intéressantes se produisaient dans l'espace.
IGY
La Russie--avait également annoncé un plan de construction de satellite, mais les Etats-Unis n'y virent que de la propagande. Et n'y prêtèrent guère attention. Werner Von Braun, un expert en matière de fusée travaillant pour l' armée des USA, avait demandé l' autorisation de lancer un satellite, en utilisant une combinaison de grandes fusées militaires. Pendant la guerre, Von Braun avait construit des fusées pour l'Allemagne nazie, qui les avait utilisées pour bombarder l'Angleterre. C'était un travail de l'ennemi, mais l'Amérique l' avait quand même félicité, parce qu'elle avait besoin d' experts en fusées. A Von Braun, il avait été dit-non, vous ne pouvez pas lancer un satellite, parce que il y a déjà un projet officiel. Mais non officiellement il avait assemblé quelques grandes fusées militaires susceptibles de lancer un petit satellite, et le Professeur Van Allen de l'université de l'Iowa--il est mort il y a 2 mois, à l'âge de 91ans-- construisit pour lui un instrument de mesure des rayonnements cosmiques depuis une orbite-- un petit tube, un " compteur de Geiger " comptant le nombre de particules cosmiques qui le frappe, chaque impact produisant un signal, avec possibilité de compter ces signaux. Spoutnik et Explorer 1
Ce fut donc une grande émotion en Amérique que d'apprendre en octobre 1957 que l'Union Soviétique avait lancé un satellite--Spoutnik 1. " Spoutnik " veut dire en Russe "satellite", et était d'une bonne taille (l'image le montre ouvert pour montrer ce qui était à l'intérieur). Un mois plus tard Spoutnik 2 a été lancé, avec une chienne
appelé " Laika ", qui a vécu un moment en orbite, montrant que la vie pouvait continuer dans l'espace.
Les deux Spoutniks ont été lancés par une gigantesque fusée (voir l'image) conçue par Sergei Koralyov (Korolev). J'étais étudiant, cela était très passionnant. Spoutnik transmettait en principe des signaux sonores "beep-beep", et j'ai sorti du laboratoire une radio , dans la cour, avec une longue antenne, et ai essayé de les écouter. J'ai découvert qu'il y avait tant de bip-bip sur la radio--des avions, des bateaux--que je ne pouvais pas dire si il en venait de Spoutnik. Je n'ai probablement jamais entendu le vrai signal. L'Amérique a essayé de lancer "Vanguard" en décembre 1957, mais le lancement échoué, la fusée s'est un peu élevée, a perdu de la puissance, s'est renversée et a brûlé (voir l'image). Aujourd'hui nous savons qu'il faut quelques secondes à une fusée pour acquérir sa pleine puissance, et nous utilisons des amarres brides pour la maintenir jusqu'à là.Si vous observez un lancement de la navette spatiale, notez que le speaker annonce d'abord "allumage ", quand les moteurs de la fusée sont mis à feu. Ce n'est qu'un peu plus tard que l'on entend "décollage ! ", quand les amarres s'ouvrent et que la fusée démarre pour s' élever. Mais les équipes de "Vanguard" en 1957 n' en savait pas assez pour utiliser des brides. La fusée russe était beaucoup, beaucoup plus grande que celle de Vanguard.(voir figure)
. . . Spoutnik 1 a causé un choc énorme aux Etats-Unis. Une illusion s' était envolée, celle que les Etats-Unis seraient les premiers dans l'espace, loin devant la Russie. Rapidement, le gouvernement autorisa Von Braun à lancer son satellite, et parce qu'il était prêt, cela pris moins de 2 mois. Le satellite fut appelé "Explorer 1" ( la fusée était " Jupiter C ", voir l'image) et elle fut terminée fin janvier 1958. Le satellite de Van Allen devait avoir un magnétophone spécial --mais il n'était pas encore prêt. Aussi tout ce qui pouvait être mesuré était le décompte des rayons cosmiques pendant quelques minutes, à chaque fois que le satellite passait au-dessus d'une station de réception. Parfois ces décomptes correspondaient à ce qui avait été prévu, environ 20 coups par seconde. Quelquefois il y en avait plus. Mais d'autres fois, absolument aucun coup n'était enregistré. Non que l'instrument soit détérioré -ultérieurement il y avait des enregistrements à nouveau normaux, puis à nouveau des comptes à zéro. Ca n'avait pas de sens.
. . .
|
 |
| Explorer 3 comptages par seconde |
Lorsque le satellite était en basse altitude, il enregistrait la totalité des rayonnements cosmiques. Puis le nombre de coup par seconde a commencé à croître, jusqu'au maximum qui pouvait être enregistré, 128 comptages par seconde (c'était un compte binaire). Un peu plus tard, régulièrement et tout d'un coup, il retombait à zéro, et y restait tant que " Explorer 3 " était situé dans la partie la plus élevée de son orbite. Tout se passait en ordre inverse lorsqu'il redescendait, jusqu'au taux normaux de comptage.
De toute évidence, il y avait aux altitudes plus élevées de nombreuses particules supplémentaires, en plus des rayonnements cosmiques. Elles étaient si nombreuses dans les parties les plus hautes de l'orbite que le compteur se bloquait. Il en est de même pour un compteur de laboratoire, il se comporte de la même façon : trop de rayonnement, et vous n' obtenez plus rien.
Donc il y avait beaucoup de rayonnement de l'espace près de la terre, sous forme de particules rapides, analogues aux rayonnements cosmiques. (Spoutnik ne les avait pas décelés, parce qu'il orbitait sous la ceinture. De même, les astronautes de la station spatiale restent en sécurité, parce qu'ils sont suffisamment bas. Les astronautes d'Apollo se dirigeant vers la lune ont traversé le rayonnement, mais si rapidement qu'ils n'en pas été malades.)
A cette époque on savait que force magnétique de la terre pouvait piéger des protons et des électrons. (On appelle "champ magnétique " tout endroit de l'espace où siègent des forces magnétiques et désormais j'emploierai ce terme.) mais, s'il est difficile de quitter un piège magnétique, il est aussi difficile d'y entrer!
Il s'est avéré que les rayonnements cosmiques en étaient responsables : ils ne pouvaient pas être capturés eux même, mais en rencontrant les atomes atmosphériques, ils se fragmentent (neutrons) qui parfois se transforment (quelque chose comme la radioactivité), avec la possibilité de rester captifs.
Naturellement, pour un étudiant, ceci est ressenti comme très, très excitant. Aussi après avoir fini mes études et passé mon doctorat, j'ai rejoint en 1959 une université des Etats-Unis pour travailler avec un spécialiste -en fait, Fred Singer, qui a expliqué pour la première fois la ceinture interne des rayonnements. Puis en 1961 j'ai changé de travail et j'ai rejoint la NASA, j'y suis resté 40 ans (et aussi, je me suis marié, depuis maintenant 45 ans ).
À cette époque il y a eu de plus en plus de découvertes. En premier lieu que la ceinture des radiations découverte par Explorer 1 est effectivement très puissante, mais aussi très petite. Elle ne s'étend pas loin dans l'espace. Mais aussi que les satellites ont découvert à sa périphérie une "ceinture externe des radiations " " beaucoup plus grande, se prolongeant à quelque chose comme 2 ou 3 diamètres de la terre. Ses particules ont beaucoup moins d'énergie, mais couvrent beaucoup plus d'espace. Elle n'est pas produite par les rayons cosmiques, mais par le soleil.
 |
| Groupe de taches solaires. Haute Résolution ici |
Le soleil est naturellement nécessaire à la vie -il nous réchauffe et est responsable de notre météo. La chaleur nécessaire provient de la proximité du centre du soleil--qui est très, très chaude, et présente une très forte pression, une situation où l'énergie nucléaire peut être produite à partir de l' hydrogène. Sur terre nous ne savons pas obtenir de l'énergie de cette façon - on a essayé, mais il est difficile d'obtenir assez de chaleur et de pression au laboratoire.
Mais la température baisse au fur et à mesure que la chaleur quitte le centre du soleil et n'est plus à sa surface que d' environ 6000 degrés centigrades--assez pour fondre tous les matériaux que nous connaissons, mais froid par rapport au soleil. Les scientifiques peuvent très exactement annoncer cette température à partir de la couleur du soleil.
Mais supposons nous éloigner encore, dans l'atmosphère externe du soleil, appelée "Corona." Vous pouvez voir la corona durant une éclipse totale de soleil, et je pense qu'il y en a eu une ici, au Mexique, il y a une dizaine d'années. L'image de gauche montre la corona, mais je dois vous dire que c'est le résultat de nombreuses combinaisons photographiques : ne vous attendez pas à quelque chose d'aussi spectaculaire si vous observez individuellement une éclipse totale. La corona n'est pas très dense--sa densité habituelle est inférieure à celle du vide en laboratoire--mais elle est très, très chaude. Environ un million de degrés. On le sait depuis 60 ans, et encore aujourd'hui, personne ne comprend pourquoi. Le magnétisme du soleil joue peut-être un rôle--il y en a beaucoup de magnétisme dans les taches solaires, et aussi dans d'autres parties du soleil.
Quoique qu'il en soit, la corona, trop chaude, n'est pas retenue par la gravité du soleil. En 1958, Eugène Parker émis l'hypothèse qu'elle s'évacuait au loin, en toutes directions, comme un "vent solaire ", et quelques années plus tard, en 1961-2, les satellites ont constaté que ce vent solaire était bien réel et envahissait l'espace interplanétaire.
Le vent solaire est arrêté par le champ magnétique de la terre, qui crée autour de celle-ci une région de courants électriques compliqués, appelée "magnétosphère." C'est sur ce sujet que j'ai travaillé environ depuis 1965: la magnétosphère. C'est le champ magnétique externe de la terre, que nous décrivons par des lignes orientées selon la direction de l'aiguille de la boussole--on les appelle aussi lignes de champ magnétique.
Ici, vous pouvez voir les lignes de champ magnétique de la terre. Elles sont une bonne manière de décrire le champ magnétique, parce qu'également elles représentent le cheminement des ions et électrons en son sein.
Tous, ions ou électrons, suivent les lignes de champ, dans un parcours en spirales autour de celles-ci. C'est le résultat de leur capture comme si les lignes de champ étaient des ficelles, et les ions et électrons de petits anneaux enfilés autour de celles ci. Ils ne disparaissent pas à l'extrémité de la ficelle, parce qu'en arrivant près de la terre, les forces magnétiques sont plus puissantes et les repoussent en arrière. C'est la ceinture externe des radiations.
Le vent solaire modèle également les lignes de champ les comprimant du côté du soleil, et les étirant du côté opposé, du côté nuit, où il y a une longue queue magnétique.
Le vent solaire fournit aussi l'énergie des aurores polaires, les lumières que nous apercevons parfois dans le ciel--pas au Mexique, mais au Canada et en Alaska, près du pôle magnétique. Certains les appellent "lumières nordiques". Elles apparaissent vertes, comme les flammes d'un feu, certaines deviennent de plus en plus brillantes tandis que d'autres s'assombrissent, c'est un continuel changement.
A mes débuts à la NASA, on pensait qu'elles venaient de la ceinture externe des radiations, qu' il y avait fuite des électrons hors des extrémités, que tous n'étaient pas complètement emprisonnés.
Mais il s'est plus tard avéré qu'il n'en était pas ainsi--il y a trop électrons sortants, les aurores sont beaucoup trop lumineuses. Nous pensons maintenant que le vent solaire oriente des courants électriques de l'espace vers la haute atmosphère -et que ces courants éjectent les électrons de l'aurore hors des limites du piège magnétique. Les courants entrent dans la région polaire du côté est, traversent la haute atmosphère (l' " ionosphère ", conductrice de l'électricité) et retournent à l'espace par l'ouest, les électrons de l'aurore participant à leur transport. Et quand ces électrons frappent les atomes de l'atmosphère--principalement l'oxygène-une luminosité survient. Un peu comme pour les lampes au néon.
Les lampes au néon ont la couleur du néon , ou des gaz qui lui sont ajoutés. Les aurores rendent la lumière de l'oxygène--verte au niveaux les plus bas, environ 100 kilomètres, rouge plus haut vers 200 kilomètres. Si vous allez en Alaska, vous pourrez les voir--mais pas pendant la saison touristique, en été, parce qu'il ne fait jamais assez sombre pour voir une aurore (Elle y est, mais vous ne la verrez pas pendant la journée.) En octobre ou plus tard--il peut faire très froid-- vous avez une meilleure chance.
Naturellement les satellites peuvent également observer l'aurore avec des filtres spéciaux, qui ne laissent passer que les bonnes couleurs. L'image ci-dessous montre la calotte " polaire " de la totalité nordique de la terre, avec une aurore décrivant un cercle entier autour du pôle magnétique (carte et coloration sont ajoutées par ordinateur). Vous devez être à une certaine distance du pôle pour voir une aurore: Au pôle lui-même les aurores sont très rares, et sont souvent d'une essence différente.
Pour diriger ces courants il faut une tension. En 1976, un satellite militaire U.S. a observé cette tension--environ 1/3 de la tension d' un tube de TV illuminant un écran, comme justement l'aurore le fait dans la haute atmosphère (ou la tension d'une vieille TV noire et blanche). La tension affaiblit les électrons négatifs, tandis que les ions d'oxygène, c'est-à-dire des atomes devenus positifs après avoir perdu un électron, se renforcent rapidement, puisque les forces électriques attirent les électrons négatifs dans une direction mais attirent également les particules positives en direction opposée. Les "faisceaux" d'oxygène ont été également mesurés.
Mon travail a beaucoup consisté à essayer de décrire les courants électriques en corrélation avec tout ceci. Certains courants créent une frontière du côté du soleil, d'autres créent la queue du côté nuit, d'autres créent les aurores, et certains sont portés par la ceinture des radiations captives Comme la ceinture, ces courants circulent autour de la terre comme un anneau, d'où le nom courant annulaire. Pendant les 15 dernières années j'ai travaillé avec un collègue russe, qui collectait les données des satellites américains--il y a beaucoup de coopération en science, rien à voir avec la politique. Malheureusement, il est maintenant retourné en Russie, où sa fille et sa petite-fille vivent.
Je me suis retiré il y a 5 ans, et depuis cette époque, j'ai essayé de décrire cette histoire par Internet--et mon ami ici à Anahuac, Horacio Chavéz, a été une des personnes collaborant à la traduction espagnole-portant également sur l'astronomie, le vol spatial, le magnétisme et la physique. Vous trouverez des liens sur tout ceci sur http://www.phy6.org/readfirst.htm.
Il y a trop de sujets dans la recherche spatiale pour être résumés dans un simple exposé--mais vous trouverez beaucoup de renseignements à l'adresse ci-dessus, si vous avez le temps de la lire entièrement. Nous découvrons continuellement de nouvelles choses dans l'espace--et les vols vers la lune et les planètes ne sont pas la seule façon de faire des découvertes. Il y a beaucoup de phénomènes intéressants que nous ne comprenons toujours pas. Les gens qui parlent de l'espace sur la TV en savent souvent trop peu et finissent par des généralités. Si vous le pouvez, lisez les textes scientifiques Les scientifiques connaissent le véritable état de la connaissance--et si parfois ils écrivent "nous ne savons pas--encore , " c'est peut être la partie la plus intéressante.
En fait, les scientifiques devraient être plus nombreux à développer cette histoire. Il y avait à Mexico une femme de sciences, Silvia Bravo, qui se consacrait à un Web-magasine : "Skylab", Mais elle est brutalement décédée en 2000, et le magasine a disparu avec elle. Il est toujours sur le Web--mais seulement les vieux articles, pas les récents. Peut-être est- il encore temps pour quelqu'un de le continuer !
Pour aujourd'hui, j'espère que j'ai assez parlé. Si vous avez des questions, je répondrai volontiers--aujourd'hui ou pendant mon séjour ici--ou après, par E-mail.
Merci beaucoup.
Auteur et Responsable : Dr. David P. Stern
Mail au Dr.Stern: david("at" symbol)phy6.org .
Mis à jour 13 Septembre 2006
Traduction: Guy Batteur
