À la frontière de l'espace

Ken Tapping, le 20 novembre 2013

Dans le ciel cette semaine…

  • Vénus illumine la voûte à l'horizon, dans le quadrant sud-ouest, après le coucher du Soleil.
  • Jupiter se lève vers 20 heures et Mars, vers 1 heure du matin.
  • Le disque de Mercure fait son apparition au sud-est avant l'aube.
  • La Lune révélera son dernier quartier le 25 novembre.

Il y a quelques jours, le satellite Goce de l’Agence spatiale européenne s’est désintégré dans l’atmosphère terrestre. Les observateurs dans les îles Malouines (Falkland) étaient aux premières loges pour voir le spectacle de l’engin zébrer le ciel au fur et à mesure de sa destruction au-dessus du sud de l’océan Atlantique, cimetière de ses débris. La presse a beaucoup parlé du retour fatal dans l’atmosphère terrestre du satellite, mais en fait, il ne l’avait jamais quittée.

Dans de nombreux textes plus anciens qui traitent d’astronomie et de l’espace, il est question d’une frontière bien nette entre notre monde et l’espace. Selon ces ouvrages, nous habitons un lieu où il y a de l’air à respirer et où la gravité est suffisamment forte pour retenir tout ce qui se trouve à la surface du globe, alors que l’espace est vide et dépourvu de gravité, même de microgravité. Dans les deux cas, cela est faux. Plus nous montons dans les couches atmosphériques, plus l’air se raréfie. C’est la raison pour laquelle on construit les observatoires au sommet des montagnes ou on les lance dans l’espace, on cherche ainsi à atténuer les distorsions causées par l’atmosphère sur nos observations, voire à y échapper. Il n’y a toutefois pas de limite franche entre l’atmosphère et l’espace.

Il en va de même pour la gravité. Plus on s’élève en altitude et plus on s’éloigne du centre de la Terre, plus l’attraction terrestre s’affaiblit. Elle diminue d’un facteur de quatre chaque fois qu’on double la distance. Toutefois, elle ne disparaît pas complètement. Elle continue de s’exercer jusque dans l’espace, s’affaiblissant de plus en plus avec la distance.

Si on tient absolument à établir une frontière pour marquer le début de l’espace, ce serait le point où l’atmosphère est suffisamment raréfiée pour se confondre avec le vent solaire, ou encore la distance du centre de la Terre où l’attraction terrestre équivaut à peu près aux autres forces gravitationnelles agissant sur les objets à cet endroit.

Contrairement à ce qu'on serait porté à croire, ce n’est pas l’absence de gravité qui permet aux engins spatiaux de demeurer en orbite. En effet, si nous pouvions construire une tour de 400 kilomètres de hauteur, soit l’altitude à laquelle de nombreux satellites orbitent, on verrait que la force gravitationnelle mesurée à ce point serait à peine plus faible que celle à la surface de la Terre. Ainsi, quiconque serait assez téméraire pour se lancer de cette tour effectuerait une course à grande vitesse dans le vide. Pour mettre un engin en orbite, on l’amène au-dessus de l’atmosphère au moyen d’une fusée, puis on incline la fusée pour qu’elle soit plus ou moins parallèle à la surface du globe. Les moteurs de propulsion continuent de fonctionner, jusqu’à filer à une vitesse de 30 000 km/h parallèlement au sol. Lorsque la vitesse requise est atteinte, on coupe les moteurs et l’engin est libéré. Dépourvu de moyen de propulsion, l’engin commence alors une longue chute en arc vers la Terre, qu’il n’atteint toutefois jamais, puisque la surface se dérobe sous lui en raison de la courbure terrestre. Pour comprendre ce qui se produit, le mieux est de faire une comparaison avec la chute libre. En chute libre, on ne sent pas l’effet de la pesanteur. C’est exactement ce qu’on ressentirait dans un ascenseur en chute libre, malheureusement, l’expérience serait de courte durée. L’astronaute Chris Hadfield et les autres membres de l’équipage de la Station spatiale internationale étaient ainsi en chute libre autour du globe terrestre. À l’intérieur de la station, la gravité s’exerce, puisqu’il ne s’agit pas d’un environnement à microgravité, mais on ne la sent pas.

Comme l’atmosphère s’étend loin dans l’espace, tous les vaisseaux spatiaux en orbite circulent en fait dans l’atmosphère. À une distance suffisamment éloignée, disons 2 000 kilomètres, l’air est tellement raréfié qu’il faudrait des siècles, voir plus longtemps, avant que les effets de la résistance se manifestent. À plus faible altitude, les vaisseaux spatiaux tels que la Station spatiale internationale, qui orbitent à une distance d’environ 420 kilomètres de la surface terrestre, sont exposés à une résistance beaucoup plus forte, si bien que sans poussées occasionnelles, ils tomberaient rapidement au sol.

Les seuls vaisseaux spatiaux habités qui ont véritablement pénétré dans l’atmosphère terrestre sont ceux des missions Apollo. Éventuellement, ce sera aussi le cas des astronautes qui effectueront des missions sur la Lune et bien sûr, les premières expéditions sur Mars.

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

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