La sonde Cassini et son atterrisseur Huygens

Parmi les missions d’explorations planétaires les plus fascinantes de par leur réussite mais aussi avec leur longévité étonnante, il y a Cassini-Huygens, destinée à étudier Saturne, la légendaire planète aux anneaux, et ses satellites. D’ailleurs, l’atterrisseur Huygens apporté par la sonde Cassini se posera sur Titan, seul satellite saturnien doté d’une atmosphère. La mission est née d’une collaboration entre la NASA et l’ESA dont une proportion de la participation Italienne particulièrement importante.
La sonde est lancée par une fusée Titan IV Centaur le 15 Octobre 1997 et mettra 7 ans à atteindre Saturne, mais elle bénéficiera à plusieurs reprises de l’assistance gravitationnelle de Vénus (Avril 1998 et Juin 1999) et la Terre (Août 1999), puis continue son périple en survolant un astéroïde (Janvier 2000) puis Jupiter (Décembre 2000), qu’elle étudie au passage mais superficiellement (malgré de très nombreuses photos), et n’ayant pu le faire pour Vénus faute de budget. Mais l’ensemble gagne à la sonde 2 ans de trajet !
Enfin, Cassini s’insère en orbite autour de Saturne en Juillet 2004. C’est la 5ème sonde à étudier la planète aux anneaux, depuis les Pioneer 10 et 11 des années 70 et les Voyager 1 et 2 à la fin des années 80, mais celles-ci n’ayant fait que la survoler, Cassini est la première à se mettre en orbite autour. Peu de semaines avant, Cassini a photographié le satellite Phoebé de très près pour la première fois (2000 km d’altitude) et découvert 2 autres petits satellites nommés Méthone et Pallène. La mission devait s’en tenir à 4 ans d’études, dite période primaire : en tout Cassini a vécu 20 ans dans l’espace dont 13 autour de Saturne ! Mais pour l’heure, Cassini étudie soigneusement Titan, qu’elle frôle en Octobre 2004 à 1200 km de distance, grâce à ses 12 instruments embarqués : un radar, un magnétomètre, plusieurs spectromètres (infrarouge, ultraviolet, plasma…), un analyseur radio, des caméras haute résolution. On découvre que Titan est un satellite « jeune » car très peu bombardé par des météorites, comportant enfouis sous le sol de la glace et du méthane, mais aucun champ magnétique. Il est donc prévu que Huygens, l’atterrisseur européen, aille étudier Titan in situ et comme il est dépourvu de moyens de déplacements propres, Cassini se positionne de manière à pousser le petit robot sur un site d’atterrissage choisi après étude des photos et premières données scientifiques effectuées sur Titan. Huygens, du nom de l’astronome qui a découvert Titan en 1655, comporte 6 instruments scientifiques : un pyrolyseur, un Doppler, un détecteur atmosphérique, chromatographe et spectromètre ainsi qu’un senseur pour le sol.
Régulièrement, toutes les sondes planétaires ainsi que les éventuels atterrisseurs transportés profitent de leur long trajet pour vérifier le fonctionnement de leurs instruments scientifiques par des tests et ceux-ci ont montré que Huygens comporte des problèmes de transmission de données, qui risqueraient d’en faire perdre la quasi-totalité, et obligent, pour limiter les dégâts, à baisser l’orbite de Cassini. Huygens quitte Cassini le 25 Décembre 2004, mais atterrit sur Titan le 14 Janvier 2005. Mis en veille dès son détachement de Cassini, il est réactivé quelques heures avant son arrivée. Il met 2h30 pour effectuer cette descente. Malheureusement, la moitié des photos et certaines données de mesures sont perdues et Huygens ne survit que 5h30 après son atterrissage, les problèmes techniques s’étant accumulés. Néanmoins, cela a permis de découvrir que Titan a un sol de consistance rappelant la boue, et de fortes proportions de méthane, tant à l’état gazeux que liquide, et que des liquides anciens (eau et surtout méthane) ont creusé des sortes de canaux sur la surface de Titan.
Pendant ce temps, Cassini continue d’étudier Saturne et les contraintes à la fois des objectifs scientifiques, du carburant encore disponible, des nombreux satellites et anneaux de Saturne obligent la sonde à changer fréquemment son orbite, en utilisant l’assistance gravitationnelle de Titan le plus souvent. Ainsi Cassini survole, pas forcément de manière prévisible, la plupart des satellites saturniens, certains à plusieurs reprises, et en découvre même un nouveau, baptisé Daphnis, en Mai 2005.
76 orbites saturniennes plus tard, soit fin Juin 2008, la mission est donc censée s’achever, mais la sonde est en excellent état de fonctionnement et sa mission est étendue sur 2 ans, dite « Mission équinoxe » car s’étend sur la période équinoxiale de Saturne, avec un point maximal le 11 Août 2009 : les anneaux sont parfaitement perpendiculaires si bien qu’il ne sont plus visibles depuis la Terre via un télescope. Cassini continue de survoler plusieurs fois les principaux satellites de Saturne pendant les 60 orbites prévues autour de la planète. Encelade est le plus étudié, car des geysers apparaissent fréquemment à sa surface. Et comme Cassini est toujours parfaitement opérationnelle et dispose encore largement de carburant, sa mission est étendue pour la 2ème fois : c’est la « Mission solstice », où en 155 orbites, Cassini continue d’étudier Saturne et à une fréquence moindre que lors de la précédente extension, les satellites. Mais la sonde commence à accuser son âge : un problème informatique la met en mode veille en novembre 2010, annulant l’étude prévue de Titan pendant un survol. En Juillet 2012, Cassini se positionne en orbite polaire et on découvre au pôle Nord de Saturne une curieuse formation nuageuse hexagonale.
Mais Cassini s’use de plus en plus, son carburant s’épuise et une mort programmée de la mission est prévue. Celle-ci est progressive, étendue sur plusieurs mois, entre Avril et le 15 Septembre 2017, et très contrôlée, car si Cassini a été strictement stérilisée avant son lancement, il se peut que des bactéries ou virus y soient restés et comme de nombreux satellites saturniens sont potentiellement porteurs de vie, il vaut mieux éviter que la sonde devenant incontrôlable faute de carburant ne s’y écrase, ne les contamine et fausse les résultats d’éventuelles futures missions d’exploration sur place. Cassini effectue donc 22 orbites, la dernière démarrant le 5 Septembre 2017, photographie Saturne, ses anneaux et quelques-uns de ses satellites pour la dernière fois le 14 Septembre, et le 15, à 7h du matin, effectue quelques dernières mesures grâce à ses instruments. Cassini descend de plus en plus vite dans l’atmosphère nuageuse de Saturne en orientant en permanence son antenne parabolique vers la Terre, jusqu’à ce que que frottements et vents saturniens la détruisent petit à petit et que l’antenne parabolique soit déstabilisée puis cassée, causant la perte du signal à 10h31 (perçue 1h23 après sur Terre), et on pense que la sonde n’est définitivement plus au bout d’1h30 après. Cassini a bouclé 293 orbites, survolé 312 fois ses satellites, 1/3 de ces survols étant consacrés à Titan, pris plus de 450000 clichés, transmis près de 500 Go de données !
Les résultats obtenus ne rendent Saturne que plus surprenante. Les photos prises révèlent non seulement la beauté exceptionnelle de la planète, mais la structure des anneaux encore davantage détaillée, ce d’autant que les orbites de la sonde s’effectuaient pour la plupart en passant dans les anneaux. Et aussi une dizaine de nouvelles petites lunes saturniennes, certaines même dans les anneaux. Quand à l’hexagone du Pôle Nord, il s’agit en fait d’un ouragan de 2000 km de diamètre, dont les vents soufflent à 500 km/h , dont chaque côté mesure près de 14000km, et qui tourne sur lui-même en un peu moins de 11 heures, mais dont l’origine est difficile encore à cerner. Comme la Terre, Saturne a des saisons, mais son orbite solaire dure 29 ans. Aussi a-t-on détecté, déjà avant l’arrivée de Cassini, une tempête nommée Grande Tache Blanche, toute en longueur, sur l’atmosphère de Saturne qui apparaissait jusque-là relativement paisible, et qui s’étendait en longueur sur l’hémisphère nord, formant ainsi tout un tour, et dont les raisons restent inconnues, et que la durée de rotation de Saturne sur elle-même (période sidérale) était de durée variable, entre 10 et 11 heures, mais la comparaison des données de Voyager 1 et 2 et celles de Cassini diffèrent et que l’influence du « vent » solaire sur la magnétosphère de Saturne, sa position en orbite solaire, l’influence des anneaux, ont pu fausser les relevés. D’autant que la magnétosphère de Saturne est très fluctuante sur un cycle de près de 11 heures, sans qu’on n’ai pu expliquer comment. La mission s’est terminée depuis un an, mais les secrets de la planète aux anneaux et de ses satellites sont encore loin d’être percés et les données très nombreuses sont toujours en cours d’exploitation…

CNES

ESA (en anglais)

Saturne et Cassini

  

Les anneaux de Saturne et leurs détails

  

 

L’hexagone du pôle Nord de Saturne

L’atterrisseur Huygens et Titan à 10 km d’altitude

  

Juste après atterrissage

Titan

Encelade et ses geysers

  

 

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