Question de gravité

Dans le ciel, cette semaine…

  • Saturne rase l’horizon au sud-ouest après le crépuscule.
  • Jupiter se lève vers minuit et Mars, vers 3 heures du matin.
  • La Lune entrera dans son premier quartier le 6 août.

Ken Tapping, le 3 août 2011

Tout le monde a déjà entendu des expressions comme « apesanteur » ou « microgravité » pour décrire ce qui se produit dans l’espace ou dans un vaisseau spatial. On entend parler de choses qui se font en apesanteur, ainsi que d’astronautes qui effectuent des expériences sous microgravité dans la Station spatiale internationale. Tout d’abord, l’absence de gravité est purement et simplement une impossibilité. En effet, la gravité se fait sentir dans tout l’univers; elle est la force omniprésente qui cimente l’ensemble. La gravité est partout. Ensuite, les expériences sous microgravité ne se déroulent pas à un endroit où la gravité est plus faible, mais là où elle est peu importante dans le cadre de l’expérience. Mais si la gravité est omniprésente, pourquoi les astronautes flottent-ils quand ils se déplacent à l’intérieur et à l’extérieur de la station spatiale ou quand ils travaillent sur le télescope Hubble, qui semble flotter lui aussi? C’est très simple : ils ne flottent pas, ils tombent.

Des astronautes participant au programme “Return to Flight”. Crédit: courtoisie de nasaimages.org

Des astronautes participant au programme “Return to Flight”. Crédit: courtoisie de nasaimages.org

Imaginez que l’on construise une tour de 1 000 kilomètres de hauteur. En sortant sur sa plateforme d’observation au sommet (après avoir enfilé une tenue spatiale, évidemment), vous remarquerez que vous pesez toujours suffisamment pour vous permettre de vous déplacer. Certes, vous vous sentirez un peu plus léger, pesant environ les trois quarts de ce que vous pèseriez au niveau du sol, parce que la force gravitationnelle diminue à mesure qu’on s’éloigne de la Terre. Cependant, sautez de la plateforme et vous tomberez droit vers le sol, tout comme vous le feriez si vous sautiez d’un gratte-ciel ordinaire. Avec la même issue fatale.

À présent, imaginez qu’un gros canon ait été installé au sommet de la tour. Vous y mettez de la poudre, puis un boulet et actionnez la mise à feu. Le boulet sort de la bouche du canon en volant presque à l’horizontale. Sa course s’infléchit vers le bas sous l’effet de la gravité et il finit par heurter le sol à quelque distance de là. Vous chargez donc le canon de nouveau, en y bourrant beaucoup plus de poudre avant d’introduire un second boulet. Cette fois, celui-ci émerge du canon nettement plus vite, sa course fléchit plus doucement et il atterrit plus loin. Vous recommencez une troisième fois en mettant encore plus de poudre. (Soit dit en passant, cette expérience est purement théorique. N’essayez pas de la tenter!) Si vous arrivez à faire sortir le boulet du canon suffisamment vite, la courbure de sa trajectoire résultant de la gravité sera si faible que la Terre fuira sous lui à cause de sa propre courbure. Le boulet ne heurtera jamais le sol. Il tournera indéfiniment autour de la Terre. Vous l’aurez placé en orbite.

De la même façon, le télescope spatial Hubble, la Station spatiale internationale, des milliers de satellites, des millions de débris et un ou deux astronautes tombent autour de la Terre sans jamais s’arrêter, se déplaçant horizontalement assez vite pour que la courbure de leur trajectoire ne croise jamais le sol. L’expression la plus juste pour décrire cette situation consiste à dire qu’ils sont en « chute libre ». De même, la Lune est en chute libre autour de la Terre et celle-ci est en chute libre autour du Soleil. Si vous vous trouviez dans la Station spatiale internationale, vous tomberiez en chute libre avec elle, exactement comme cela se produirait dans une cage d’ascenseur qui tombe. Sans fenêtre pour voir à l’extérieur, il serait impossible de voir la différence. En chute libre, on est privé de son poids. Dans la station spatiale comme dans l’ascenseur, la gravité devient très faible et il est possible d’effectuer des expériences sous microgravité. Mais dans l’ascenseur, ces expériences auront intérêt à être brèves!

Ken Tapping est astronome à l’Observatoire de radio-astrophysique du Conseil national de recherches, à Penticton (C.-B.), V2A 6J9.

Téléphone : 250-497-2300
télécopieur : 250-497-2355
Courriel : ken.tapping@nrc-cnrc.gc.ca

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