Les ceintures de radiation

Ken Tapping, le 12 janvier 2016

Dans le ciel cette semaine…

  • Jupiter se lève en fin de soirée et se trouve haut dans le ciel au sud à l’aube.
  • À gauche et un peu plus bas, on peut voir Mars, moins lumineuse.
  • Vénus et Saturne sont proches l’une de l’autre et visibles bas dans le ciel avant le lever du Soleil.
  • La Lune entrera dans son premier quartier le 16 janvier.

Le 4 octobre 1957, l’ancienne URSS inaugurait la conquête spatiale en lançant un satellite dans l’espace. Les bulletins de nouvelles de partout ont diffusé pendant des jours les signaux émis par Spoutnik 1, premier satellite artificiel mis en orbite.

Cet exploit soviétique a pris l’Occident par surprise. Les États-Unis se préparaient certes à lancer un satellite baptisé Vanguard, mais le projet était retardé par des problèmes persistants avec le lanceur spécialement conçu. Résolu à ne pas prendre trop de retard dans la course pour la conquête de l’espace et n’entrevoyant aucune solution à court terme pour le programme Vanguard, le gouvernement américain, à l’instigation de Werner Von Braun, a accepté de recourir à la technologie servant à lancer des missiles. Il a donc construit un satellite en forme de fusée appelé Explorer 1, dont le principal instrument de bord était un compteur Geiger destiné à mesurer le nombre de particules de haute énergie au-delà de l’atmosphère terrestre.

Le lancement d’Explorer 1 a donc eu lieu avec succès le 1er février 1958, quelques mois à peine après l’aval du projet. Puisque la priorité des Américains était de mettre un satellite dans l’espace le plus rapidement possible, ils se sont peu souciés du choix de l’orbite, si bien que le satellite s’est retrouvé sur une trajectoire elliptique variant entre 360 et 2 600 km d’altitude. En comparaison, Spoutnik 1 suivait une orbite bien circulaire à 580 km au-dessus de la Terre. L’ampleur de son orbite a toutefois permis à Explorer 1 de détecter un phénomène important qui a échappé à Spoutnik 1. En effet, les lectures du compteur Geiger relevées par Explorer 1 étaient étranges. On s’attendait à ce que les rayonnements augmentent légèrement dans la partie la plus élevée de l’orbite, ce qui se produisait effectivement, mais le compteur s’emballait et retombait à zéro. Dans la descente, le compteur enregistrait de nouveau un compte élevé de particules avant que son aiguille ne redescende graduellement. Le satellite traversait donc une zone subissant un bombardement de particules suffisamment élevé pour saturer son compteur Geiger. James Van Allen, directeur du programme, en a conclu que la Terre était entourée de ceintures de particules solaires de haute énergie piégées par le champ magnétique terrestre, qui sont aujourd’hui connues sous le nom de ceintures de Van Allen (ou ceintures de radiation). L’intensité des rayonnements y est telle qu’une exposition à long terme serait néfaste, mais les traverser pour se rendre sur la Lune ou vers une autre destination ne pose pas de risque particulier. La Station spatiale internationale orbite à une altitude variant entre 409 et 416 km, bien en deçà des ceintures de Van Allen.

Comme le vent solaire souffle au-delà des confins de notre système planétaire, on peut penser que toutes les planètes sur sa route qui possèdent un champ magnétique sont dotées de ceintures de radiation. Jupiter, la plus grosse planète du système solaire et la cinquième à partir du centre, possède un champ magnétique puissant. Ses ceintures de radiation, qui s’étendent jusqu’à 300 000 km de la planète, sont beaucoup plus intenses que celles qui entourent la Terre. Selon les relevés pris par la sonde Cassini, l’intensité de ces rayonnements est suffisante pour endommager gravement, voire détruire, des instruments de bord et même mettre en péril la vie des astronautes.

Sans son champ magnétique, qui sert de bouclier au vent solaire, la Terre serait dépourvue de ceintures de radiation et perdrait petit à petit son atmosphère. Mars n’a aucun champ magnétique et, de fait, le vent solaire lui a arraché tous les gaz formant son atmosphère.

Depuis le 4 octobre 1957, nous en sommes venus à comprendre les interactions complexes qui se produisent entre les planètes et le vent solaire, et les conséquences que peut avoir l’activité solaire. La découverte de plus d’un millier d’exoplanètes orbitant autour d’étoiles ayant des magnitudes et des températures différentes de celle du Soleil nous permettra de mieux comprendre les interactions entre les planètes et leur étoile respective.

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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