Le 5 oct 1998 la revue Physical Review Letters a publié, dans son fascicule 81 un article intitulé :

Indication, from Pioneer 10/11, Galileo, and Ulysses Data,
of an Apparent Anomalous, Weak, Long-Range Acceleration.

John D. Anderson, Philip A.Laing, Eunice L.Lau, Anthony S. Liu, Michael Martin Nieto and Slava G. Tuyshev

.....Référence : PACS numbers : 04.80.-y,95,Eg,95.55.Pe

.....Ci-après l'abstract, d'abord en anglais, puis sa traduction en français :

...Radio metric data from the Pioneer 10/11, Galileo and Ulysses spacecraft indicate an apparent anomalous, constant, acceleration acting on the spacecraft with a magnitude 8.5 x 10-8 cm/s2 , directed towards the Sun. Two independant codes and physical strategies have been used to analyze the data. A number of potential causes have been ruled out. We discuss future kinematic tests and possible origins of the signal.

...Des signaux radio émis par les sondes Pioneer 10, Pioneer 11 et par la sonde Ulysse font état d'une accélération anormale, dirigée vers le soleil, dont l'ordre de grandeur est de 8,5 x 10-8 cm/s2. Deux programmes de calcul indépendants ont été utilisés pour analyser les données reçues. Certains causes potentielles ont pu être éliminées. On évoque des futurs tests cinématiques et on s'interroge sur l'origine de ce phénomène.

Pioneer X

.....Suit un résumé de l'article avec quelques extraits.

....L'exploration des planètes lointaines a débuté en 72 avec le lancement de Pioneer 10, suivi par Pioneer 11 en 73. Après avoir subi un effet de fronde en croisant Jupiter et Saturne les deux sondes ont pris des trajectoires hyperboliques qui leur font donc quitter le système solaire. Bien que Pioneer 10 transmette toujours des signaux la NASA a mis officiellement fin à cette mission le 31 mars 1997, quand la sonde était à une distance de 67 unités astronomiques du soleil. Le système radio de Pioneer 11 s'est, quant à lui, mis hors service le premier octobre 1990, quand cette seconde sonde était à 30 unités astronomiques du soleil. Quoiqu'il en soit, du fait de leur excellente stabilisation par rotation, ces sondes sont de très bons appareils pour des études dynamiques. Des mesures d'accélération (enb fait de décelération) peuvent être effectuées, en échelonnant les mesures sur cinq jours, qui conduisent à une précision d'évaluation de ~ 10-10 cm/s2. On a donc analysé les trajectoires de ces deux engins au JPL (Jet Propulsion Laboratory, au département DSN (Deep Space Network). Dans ce type d'analyse on a évidemment tenu compte des perturbations dues aux planètes, de la pression de radiation, de l'effet du milieu interplanétaire, de effets de Relativité Générale. Bref, toutes les précautions ont été prises pour obtenir un résultat d'analyse qui élimine toutes les causes connues de variations par rapport à une simple trajectoire képlérienne. A partir de 1980, quand l'effet de la pression de radiation (qui décroit en r-2) a pu être négligé, lequel induisant, à 20 unités astronomiques de distance, une accélération inférieure à 5 x 10-8 cm/s2 , les analyses ont fait état d'une composante anormale de décélération, d'une "accélération dirigée vers le soleil" (pour reprendre le terme utilisé dans l'article) dont la valeur type était : (8 3) 10-8 cm/s2 . Nous avons alors envisagé que cet effet puisse être dû :

- au champ de gravité de la ceinture de Kuiper
- au champ de gravité de la galaxie
- aux erreurs dans les éphémérides

- aux erreurs types dans l'évaluation de la position de la Terre
- aux phénomènes de précession et de nutation.

....Mais aucune de ces "forces" ne parvenait à justifier un tel effet : il s'en fallait de trois ordres de grandeur. On a ensuite imaginé que le phénomène puisse être dû à la baisse de puissance des générateurs d'électricité, au plutonium. Mais cette cause fut éliminée, car s'il en avait été ainsi, le phénomène aurait varié dans le temps en fonction de la baisse de puissance de ces sources d'électricité de bord. Ainsi nous avons été conduits àa la conclusion que les sondes subissaient une accélération digée vers le soleil de :

....- ( 8.09 0.20 ) 10-8 cm/s2 pour Pioneer 10
....- ( 8.56 0.15 ) 10-8 cm/s2 pour Pioneer 11

....Ces valeurs ne se modifièrent pas, à hauteur d'une sensibilité de2 10-8 cm/s2 dans une gamme de distance allant de40 à 60 unités astronomiques. Nous avons pensé alors à l'effet d'une force de traînée, d'une action de la viscosité du milieu ambiant, proportionnelle à la vitesse des sondes. Mais cela n'était guère crédible dans la mesure où les trajectoires de ces deux sondes sont assez différentes d'une trajectoire radiale, par rapport au Soleil.

...Nous étendîmes alors nos analyses à deux autres sondes : Galileo et la sonde Ulysse, dont la trajectoire se situe en dehors du plan de l'écliptique. D'énorme quantités de données étaient disponibles, concernant les mesures par effet Doppler. Il apparut rapidement impossible d'extraire quoi que ce soit des données liées à la sonde Galileo, étant donné l'effet non-négligeable de la pression de radiation, liée au Soleil. Par contre l'analyse des données concernant Ulysse a révélé une accélération d'origine inconnue, toujours dirigée vers le Soleil, valant :

...- ( 12 3 ) 10-8 cm/s2

...Retrouvant le même phénomène avec ce troisième engin, nous avons alors pensé qu'il pourrait s'agir d'une erreur liée au code utilisé. Nous avons donc changé d'outil d'analyse en utilisant le CHASMP (Compact High Accuracy Motion Program) : aucun changement. Nous en avons été amenés à envisager que les horloges atomiques puissent "dériver dans le temps" ou même donner des valeurs différentes en différents points de la Terre (...).

...Ceci étant, on a retrouvé pour Galileo le même phénomène ( 8 3 ) 10-8 cm/s2 : Mais la proximité du soleil faisait qu'alors cette valeur était pratiquement égale à celle issue de l'effet de la pression de radiation (qui pouvait par contre être totalement négligée par Pioneer 10, Pioneer 11 en Ulysse).

...On a ensuite pensé à quelqu'unteraction inconnue entre les photons issus des ondes et le vent solaire (...). Les discussion ont ensuite porté sur de futures missions comme "Pluto Express" et "Solar Probe".

..Nous nous sommes demandé si cet effet ne pourrait pas être imputable à la présence de dark matter dans le système solaire mais ce type d'interprétation impliquait la présence d'une quantité de matière sombre supérieure à 3 10-4 masses solaires. Mais cela contredirait alors la fiabilité des précisions des éphémérides, fondées sur la masse visible. On soit qu'une masse parasite de deux ordres de grandeur inférieure suffirait à créer des perturbations observable, y compris pour des objets aussi lointains qu'Uranus. La piste de la matière sombre dut donc être abandonnée, de même que l'hypothèse d'un essaim de "neutrinos massifs".

..On a alors envisagé de modifier le potentiel de gravité en tenant compte de l'adjonction d'une force de Yukawa. La référence est :

..M.M Nieto and T Goldman, Phys. Rev. Rep. 205 , 221 (1991) ; 216 , 343 (1992).

..Le potentiel gravitationnel devient alors :

l est le rayon d'action de cette nouvelle force. Ce type de modèle conduit à une accélération constante :

où a1 est l'accélération Newtonienne à la distance r1 = une unité astronomique. Nous avons aussi considéré d'autres modèles où la loi de newton est modifiée. Ceci étant, cette modification de la loi de Newton devrait alors avoir une influence sur les orbites des planètes du système solaire. Pour des planètes comme Mars des sondes de type Viking sont à même de détecter des variations sur les paramètres orbitaux de l'ordre de cent mètres. En combinant les effets que subiraient à la fois Mars et la Terre la précision de la mesure serait alors de 150 mètres. Or :

The Pioneer effect is not seen.... a large error here would cause inconsistencies withe the overall planetary ephemeris.

Traduction : "On ne retrouve pas l'effet Pioneer.... une erreur aussi importante serait en désaccord avec les données des éphémérides".

...La conséquence : si cette modification de la loi de Newton avait un effet sur les trajectoires de Mars et de la Terre (donc avait prétention d'universalité) les contraintes apportées par la précision des mesures de Viking font que l'effet devrait être inférieur à 0.1 10-8 cm/s2 .

...Consequently, if the anomalous radial acceleration acting on spinning spacecraft is gravitational in origin, it is not universal. That is, it must affect bodies in the 1000 kg range more than bodies of planetary size by a factort 100 or more. This would be a strange violation of the Equivalence Principle.

Traduction : En conséquence, si l'accélération radiale anormale mise en évidence pour les sondes tournant sur elles-mêmes avait une origine gravitationnelle, l'effet ne correspondrait pas à une nouvelle loi universelle. En effet cela signifierait que cet effet s'avérerait plus important pour des objet dont la masse est de l'ordre d'une tonne que pour des objets aussi massifs que des planètes, et cela à un facteur cent près.

...Au passage, notons que les données de Viking ont été analysées également avec un second code (CHASMP), déjà évoqué plus haut.

...La conclusion de l'article : la cause de l'effet reste pour le moment un mystère complet. Bien sûr, on a alors envie de se demander si un tel effet, faible au demeurant quoique parfaitement mesurable, ne pourrait pas être dû à l'effet répulsif d'un environnement de matière gémellaire, laquel a tendance, à toutes les échelles, à s'infiltrer partout où la matière est absente. Selon mon modèle, le "vide interstellaire" contiendrait (dans l'univers adjacent par rapport au nôtre) une densité de matière gémellaire bien supérieure à la densité d'une matière devenue très raréfiée. Une étude systématique, une modélisation, des simulations sur ordinateur constitueraient un très joli sujet de thèse. Hélas le pauvre thésard qui s'aventurerait dans de telles eaux verrait sa carrière de chercheur immédiatement oblitérée, définitivement.

Rémy Chauvin est l'auteur d'une phrase qui servira de conclusion :

...Quand on veut entreprendre quelque chose on a immédiatement contre soi :

...........- Les gens qui font la même chose

...........- Ceux qui font le contraire

...........- Ceux qui ne font rien.

Une remarque en passant : On pourrait penser (détail qui n'a pas été cité dans l'article) que cet effet d'accélération anormal puisse être relié à un "effet de constante cosmologique". Mais, comme l'effet constaté joue dans le sens d'une décélération, on devrait alors parler de "pouvoir attractif du vide". D'autre part cet effet devrait croïtre avec la distance. Or les sondes Pioneer, ou au moins l'une d'elles, sont à quelques 60 unités astronomiques, c'est à dire à 1013 mètres du soleil. En situant l'orbite (moyenne) de Pluton à cinq milliards de km, soit 5 1012 mètres, on voit que ces sondes, dont la plus vieille a été lancée en 72, se situent à deux fois le diamètre du système solaire. Par contre la sonde Ulysse, qui escalade le cosmos en dehors du plan de l'écliptique, ne grimpe qu'à trois cent millions de km, c'est à dire le dixième de l'orbite d'Uranus, ou le seixième de l'orbite de Pluton. Ulysse est donc beaucoup plus près du soleil. Or l'anomalie d'accélération constatée pour Ulysse est de 12 10-8 cm/s2, soit 1,4 fois plus importante que les anomalies relevées pour les sondes Pioneer. Cec semble donc exclure a priori la piste "constante cosmologique".

...Quid d'un effet qui serait lié à un environnement de matière gémellaire répulsive ? Dans cette optique, étant donné que matière et matière gémellaire se repoussent, là où l'une domine, l'autre est absente, et vice-versa. Dans le schéma que j'ai indiqué de gros conglomérats de matière gémellaire se situeraient au centre des "grands vides" constituant la structure à grande échelle de l'univers (VLS). La matière s'agencerait alors au voisinage de structures évoquant "des bulles de savon jointives", les amas de galaxies étant les point de jonctions de trois nappes. Dans ces "plaques" : les galaxies, baignant dans un environnement de matière gémellaire chaude, structurée comme une sorte de gruyère, les galaxies étant nichées dans les lacunes. Mais tout ceci reste schématique. La matière gémellaire tend à s'infiltrer partout où elle le peut. Une galaxie n'est pas une distribution uniforme de matière. Vis à vis des populations stellaires, ce sont de minuscules grains de matière peuplant d'immenses vides. Dans ces vides, des nuages de gaz interstellaire, certes. Mais la matière n'est pas omniprésente. Là où elle se trouve à l'état raréfié, la matière gémellaire s'infiltre. On peut donc imaginer que l'espace interstellaire puisse contenir de la matière gémellaire, à faible densité. Celle-ci apport alors une contribution au "confinement" du système, mais minime. Le système solaire, vis-à-vis de la gravitation, peut au premier ordre être figuré par une masse ponctuelle : celle du soleil, soit 2 1030 kilos. Par rapport à cette masse, les planètes ne sont que de petits objets perturbateurs. En conséquence, si distribution de matière gémellaire il y a, celle-ci aurait, au premier ordre, une distribution possédant une symétrie quasi-sphérique. Entre les étoiles, loin du Soleil, cette matière gémellaire aurait une densité r* quasi constante, qui chûterait lorsqu'on s'approche du Soleil. C'est cette lacune qui, ayant un effet confinant, freinerait les sondes spatiales. Il faudrait évaluer cette distribution à l'aide de simulations numériques et voir alors si une telel interprétation serait compatible avec la précision des éphémérides.

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