Le 22 avril 2010, une équipe de physiciens américains pointe un laser vers une plaine grise de la Lune, sans certitude de récupérer quoi que ce soit. Le tir touche sa cible au premier essai et ramène près de 2 000 photons, un signal si puissant qu’il surprend jusqu’aux chercheurs eux-mêmes. L’appareil visé, un petit réflecteur français fixé sur le rover soviétique Lunokhod 1, n’avait plus donné signe de vie depuis 1971.

Sommaire

1. Un rover soviétique parké pour l’éternité
2. Quarante ans à chercher une cible perdue dans le noir
3. Le tir qui a réveillé un fantôme lunaire
4. Un centimètre de précision pour tester Einstein

Un rover soviétique parké pour l’éternité

Le 17 novembre 1970, un robot en forme de baignoire descend d’une rampe du module Luna 17 dans la poussière grise de la mer des Pluies, devenant le premier engin à roues à circuler sur un autre monde. Baptisé Lunokhod 1, il pèse dans les 756 à 840 kilogrammes selon les sources et roule sur huit roues indépendantes, piloté depuis la Crimée par une équipe qui suit sa progression sur des images vidéo à très basse résolution. Pendant onze mois, l’engin parcourt un peu plus de dix kilomètres sur le sol lunaire, avant qu’une panne de chauffage ne le condamne au silence à la fin de l’été 1971. Le lander soviétique et son rover, appelé Lunokhod 1, ont été entendus pour la dernière fois le 14 septembre 1971.

Sur l’avant du véhicule, discret, un petit plateau de verre attend son heure. Il s’agit d’un réflecteur laser construit en France, un réseau de quatorze prismes en coin de cube conçus pour renvoyer la lumière entrante exactement dans sa direction d’origine. Ce genre de miroir n’a rien de sophistiqué en apparence : pas d’électronique, pas d’alimentation, juste de la géométrie optique pure. Mais c’est justement cette simplicité qui va lui permettre de survivre à quatre décennies d’abandon complet, quand le rover lui-même a rendu l’âme depuis longtemps.

Quarante ans à chercher une cible perdue dans le noir

Le problème n’était pas que le réflecteur avait disparu physiquement. pendant près de quarante ans après le silence du rover, ce réflecteur était perdu. Pas physiquement perdu. Il était toujours là, au même endroit où Lunokhod 1 s’était arrêté. Ce qui manquait, c’était sa localisation précise. Les données de suivi soviétiques, pour des raisons qui tiennent autant à la guerre froide qu’à l’imprécision technique de l’époque, n’ont jamais permis de fixer sa position avec une exactitude suffisante pour y diriger un faisceau laser depuis la Terre.

Et sur la distance Terre-Lune, l’à-peu-près ne pardonne pas. Les meilleures estimations de coordonnées étaient décalées de plusieurs kilomètres. Sur la Lune, une erreur de pointage de plusieurs kilomètres fait toute la différence entre un photon renvoyé et un faisceau qui erre sans but sur la roche grise. Résultat : plusieurs générations de chercheurs ont renoncé, considérant Lunokhod 1 comme une cause perdue. Seul son cousin, Lunokhod 2, déposé en 1973, restait exploitable et servait de cheval de bataille aux campagnes de télémétrie laser.

Le déblocage arrive par le ciel, pas par le sol. Lancée en 2009, la sonde Lunar Reconnaissance Orbiter de la NASA embarque une caméra capable de distinguer des objets de moins d’un mètre depuis l’orbite lunaire. En 2010, l’équipe LROC publie des images… qui montrent le petit véhicule immobile au bout de ses propres traces de roues, restées intactes depuis près de quatre décennies. En mars 2010, l’équipe braque la caméra sur la région où Lunokhod 1 était censé s’être éteint. Le rover apparaît clairement sur les images, un petit point sombre au bout d’une série de traces restées intactes pendant près de quatre décennies. L’équipe parvient à situer ses coordonnées à environ 100 mètres près.

Le tir qui a réveillé un fantôme lunaire

Cent mètres de précision, c’est suffisant pour tenter le coup. Tom Murphy, de l’université de Californie à San Diego, qui dirige le programme de télémétrie laser APOLLO à l’observatoire d’Apache Point au Nouveau-Mexique, prend les nouvelles coordonnées et pointe le télescope de 3,5 mètres de son équipe vers la cible. Le 22 avril 2010, l’équipe tire la première impulsion laser. Le signal n’est pas simplement présent. Il est étonnamment brillant.

La comparaison avec Lunokhod 2 donne la mesure de la surprise. « Nous avons rapidement vérifié que le signal était réel et nous l’avons trouvé étonnamment brillant, au moins 5 fois plus brillant que l’autre réflecteur soviétique sur le rover Lunokhod 2 que nous ciblons habituellement », a déclaré Tom Murphy. « Le meilleur signal que nous ayons vu de Lunokhod 2 depuis plusieurs années est de 750 photons de retour, mais nous avons obtenu environ 2 000 photons de Lunokhod 1 dès notre premier essai. Il a beaucoup à dire après près de 40 ans de silence. » L’analyse ultérieure, publiée dans la revue Icarus, confirme et affine ce constat : le réflecteur semble en excellent état, délivrant un signal environ quatre fois plus fort que celui de son jumeau sur le rover Lunokhod 2.

L’explication la plus probable tient à l’environnement, pas à la fabrication. Le réflecteur de Lunokhod 2 s’est dégradé au fil des décennies, probablement à cause de l’accumulation de poussière lors des levers et couchers de soleil lunaires, quand les écarts de température déplacent de fines particules à la surface. Celui de Lunokhod 1, resté davantage protégé de ces cycles thermiques par sa position, a mieux traversé le temps. Une ironie du sort : c’est le plus ancien des deux miroirs soviétiques qui se révèle finalement le plus performant.

Un centimètre de précision pour tester Einstein

Cette redécouverte n’a rien d’anecdotique pour la physique fondamentale. Murphy, avec Russet McMillan de l’observatoire d’Apache Point et l’étudiant en doctorat de l’UCSD Eric Michelsen, a retrouvé le réflecteur perdu depuis longtemps de Lunokhod 1 et a précisé sa distance à la Terre à un centimètre près. Un cinquième point de référence sur la surface lunaire, cela compte : la télémétrie laser lunaire fournit, en déterminant la forme de l’orbite lunaire, les tests les plus précis de nombreux aspects de la gravité, y compris le principe d’équivalence forte, la constance de la constante de Newton, la précession géodésique, le gravitomagnétisme et la loi du carré inverse.

Chaque nuit où l’observatoire d’Apache Point vise à nouveau ce petit tas de prismes français vissé sur une carcasse soviétique, un faisceau vert parcourt 384 000 kilomètres, rebondit, et revient environ deux secondes et demie plus tard porter une information qui aide à vérifier si la relativité générale tient toujours la route. Le rover, lui, ne roulera plus jamais. Mais son miroir, oublié pendant quarante ans dans le silence lunaire, continue tranquillement de faire de la physique en restant simplement immobile, exactement là où on l’a laissé en 1971.

Sources : scienceblog.com | space-travel.com