Les prochaines missions scientifiques planétaires à faible coût de la NASA visiteront Vénus ou le système solaire externe

La NASA est prête à gérer certaines affaires inachevées à travers le système solaire, comme en témoignent quatre missions possibles qu’elle a annoncées hier. Ils sont les finalistes du concours du programme de découverte de l’agence spatiale, un affrontement de type Shark Tank dans lequel les laboratoires et les universités ont proposé de petits vaisseaux spatiaux ciblés pour explorer des mondes disparates. Plus d’une douzaine d’idées, chacune conçue pour coûter moins de 500 millions de dollars, ont été soumises à la NASA pour examen. Sur les quatre restants, seuls deux ou peut-être un seul seront choisis l’année prochaine pour un éventuel vol.

«C’est un mélange intéressant», déclare Margaret Kivelson, présidente du Space Studies Board des National Academies of Sciences, Engineering and Medicine. «Ce sont des missions bien pensées et des objets fascinants.» À l’étude, des vaisseaux spatiaux qui se rendraient sur la lune jovienne Io, le corps volcanique le plus actif du système solaire; Vénus, considérée comme le «jumeau maléfique» de la Terre parce que ses conditions environnementales sont infernales, bien que la planète soit presque identique à la nôtre en taille, en masse et en composition; et Triton, une lune de Neptune censée abriter un océan souterrain.

Le projet d’Io Volcano Observer, dit Kivelson, s’intègre parfaitement dans une vaste campagne scientifique en cours à Jupiter. La NASA a l’intention de lancer Europa Clipper, un vaisseau amiral de plusieurs milliards de dollars, dès 2023 pour enquêter sur l’homonyme de la mission: la lune glaciale de Jovian Europa, qui possède également un océan souterrain. À leur arrivée, les études d’Europa Clipper chercheront à déterminer si cet océan sans lumière pourrait soutenir la vie telle que nous la connaissons. Pendant ce temps, l’Agence spatiale européenne lancera JUICE (Jupiter Icy Moon Explorer), un orbiteur à destination de la plus grande lune de la planète, Ganymède, en 2022. Les deux vaisseaux pourraient probablement arriver pendant la durée de vie opérationnelle de la mission Juno de la NASA, qui étudie actuellement l’intérieur de Jupiter. “L’idée que vous pourriez avoir un observateur Io à Jupiter en même temps qu’Europa Clipper pourrait être là-haut et Juno pourrait travailler et JUICE à Ganymède – pouvez-vous imaginer la compréhension de Jupiter que nous aurions après cela?”

Deux des finalistes de la mission – DAVINCI + et VERITAS – ciblent Vénus pour un complément d’étude. Si l’un ou l’autre était utilisé, cela marquerait un retour tardif de la NASA au voisin troublé de la Terre. L’agence n’a pas lancé de vaisseau spatial Vénus dédié depuis 1989 – un retard douloureux pour une génération de scientifiques désireux d’explorer le monde aussi méthodiquement que nous avons étudié Mars. Avec la découverte de planètes extrasolaires à travers la galaxie, la «planétologie comparative» est devenue un domaine d’étude urgent: comment se fait-il que deux planètes extrêmement similaires puissent évoluer de manière très différente?

Pour répondre à cette question, DAVINCI + – ou Deep Atmosphere Venus Investigation of Noble Gases, Chemistry, and Imaging Plus) – dériverait vers la surface vénusienne et prendrait des mesures précises de sa composition atmosphérique, avec une caméra embarquée prenant des images pendant la descente. VERITAS – abréviation de Venus Emissivity, Radio Science, InSAR, Topography et Spectroscopy – serait en orbite autour de Vénus et cartographierait la planète entière, construisant une topographie tridimensionnelle et cherchant à savoir pourquoi cette planète largement semblable à la Terre manque d’eau et possède une surface température suffisamment chaude pour faire fondre le plomb.

Trident, une mission «survol» qui n’entrerait pas en orbite autour de sa destination, confirmerait ou mettrait en doute la présence d’un océan souterrain sur Triton, la plus grande lune de Neptune, qui serait un objet capturé de plus loin dans l’arrière-pays solaire . La question de l’océan putatif de Triton remonte au moins à 1989, lorsque le vaisseau spatial Voyager 2 de la NASA a cartographié partiellement la surface de la lune et a vu des panaches de vapeur exploser dans l’espace depuis l’intérieur lors d’un survol. Si ces panaches provenaient d’un océan intérieur, cette découverte pourrait étendre la zone dite habitable – la région autour d’une étoile où l’eau liquide existe et la vie est possible – pour englober tout le système solaire.

Kivelson, qui a aidé à découvrir l’océan d’Europe, dit que la mission Trident et la possibilité qu’elle révèle de l’eau liquide sur Triton correspondrait à un modèle plus large de science planétaire. “Nous savons maintenant qu’il y a des océans sous la surface de [Saturn’s moons] Encelade et Titan, et c’est vraiment remarquable – un peu comme la découverte de planètes extrasolaires », dit-elle. «Il n’y a pas si longtemps, nous ne savions pas que des étoiles autres que la nôtre avaient des systèmes solaires. Et maintenant, presque tous ceux que nous regardons le font. Il tient dans ce même moule: plus on regarde, plus on en trouve. C’est un grand changement dans nos pensées sur les lunes de la planète extérieure. “

Trident arriverait au système Neptune un demi-siècle après Voyager 2. Historiquement, les missions vers le système solaire externe ont des prix de milliards de dollars. Louise Prockter, enquêteuse principale de Trident, dit que le projet de son équipe changerait ainsi fondamentalement ce qui est possible avec la petite classe de mission planétaire de la NASA. “Jusqu’à présent, aucune mission Discovery n’a jamais été mise en œuvre pour voler au-delà du système Jupiter, cinq [astronomical units (AU) from the sun]», Dit-elle (un UA est la distance Terre-soleil). «Nous irions à 30 UA. Personne n’a jamais imaginé que nous pourrions faire ce genre de science fondamentale dans le système solaire externe profond avec ce genre de budget. »

Le chemin de Trident vers le dernier tour de Discovery a été difficile. La NASA a initialement interdit l’utilisation de sources d’énergie nucléaire pour la compétition. Prockter, son équipe et la communauté des planètes extérieures ont exercé de fortes pressions contre cette décision, faisant valoir que sans sources d’énergie nucléaire, le système solaire extérieur profond serait effectivement fermé à l’exploration. (Les panneaux solaires sont inutiles à de si grandes distances du soleil.) Leur argument a prévalu.

“Nous sommes ravis d’être un pas de plus vers l’exploration de l’un des mondes glacés les plus étranges du système solaire”, a déclaré Prockter. «Nous répondrons à des questions fondamentales, telles que si un monde capturé peut être un monde océanique, comment les mondes glacés évoluent et pourquoi Triton pourrait être actif aujourd’hui. Nous allons également imaginer la plus grande surface non cartographiée restante de tout monde dans le système solaire. »

Trident est la seule mission à faire le tour final qui n’a pas été un participant précédent dans les compétitions Discovery précédentes. Les versions de VERITAS et DAVINCI + ont été finalistes lors du concours précédent, et celui-ci comprend le troisième tir de l’Io Volcano Observer (IVO) lors de la sélection. Chaque itération de propositions IVO, dit Alfred McEwen, son chercheur principal, a vu des percées d’ingénierie et un potentiel scientifique accru. Le métier cherche à répondre à la question de savoir si Io a un océan de magma. Ces corps intérieurs de roche en fusion sont fondamentaux pour comprendre l’évolution des planètes terrestres. De plus, selon McEwen, l’IVO permettra aux scientifiques planétaires de terminer leur étude des quatre plus grandes lunes de Jupiter, qui forment un système interdépendant avec des résonances orbitales uniques et d’autres interactions complexes. «Vous ne pouvez vraiment pas comprendre un de ces mondes isolément», dit-il. “Nous avons besoin de données Io pour compléter la science.”

Peut-être encore plus que Vénus inhospitalière, le système Jupiter peut être l’environnement le plus difficile du système solaire, avec des ceintures de rayonnement boursouflant entourant la planète et baignant Io et d’autres lunes à proximité. IVO, développé à l’Université de l’Arizona et au Laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins, a grandement bénéficié de la mission Europa Clipper, qui doit survivre dans les parties les plus punitives de ce domaine. «Beaucoup d’argent est dépensé pour le développement d’instruments Europa Clipper et pour résoudre les problèmes de l’environnement jovien», explique McEwen. IVO utiliserait presque des copies de ces instruments durcis aux radiations, ce qui permettrait d’économiser sur les coûts de développement. De plus, l’engin serait propulsé par des panneaux solaires à haute efficacité, une technologie prouvée par Juno.

Les quatre équipes de mission candidates passeront les neuf prochains mois à élaborer des rapports d’étude conceptuelle détaillés, attendus en novembre. À partir de là, la NASA examinera les rapports et les exécutera dans le cadre d’examens complets et indépendants «techniques, de gestion et de coûts», ainsi que d’évaluations complètes de la science de la mission. De plus, les missions prospectives seront soumises à des «visites sur place» d’une journée, au cours desquelles les examinateurs rencontreront en face-à-face les équipes de proposition, qui présenteront leurs projets et subiront ensuite des séances de questions-réponses, décrites par un initié de la NASA comme «très amusant mais très tendu».

Les missions choisies pour le vol seront annoncées vers juin 2021 ou aux alentours et pourraient être lancées dès janvier 2025.