L'exploration de Vénus

Vénus, la deuxième planète à partir du Soleil, a été visitée par de nombreuses missions depuis que la conquête spatiale ait eu commencé. La planète fut particulièrement visée par les missions soviétiques, mais une meilleure connaissance de Vénus fut finalement due aux techniques radar. Vénus, à l'instar de Mercure, était, avant la conquête de l'espace, une planète difficile à étudier. Bien qu'elle atteigne une altitude plus haute au-dessus de l'horizon, Vénus reste cependant une étoile du soir ou une étoile du matin. Par ailleurs, les astronomes avaient assez vite réalisé que la planète était cachée par d'épais nuages. Cela rendait vaine toute recherche efficace concernant la surface de Vénus et empêchait aussi toute estimation correcte de l'inclinaison de l'axe et de la rotation de la planète sur elle-même. Vénus étant de la même taille que la Terre, les astronomes dénommaient souvent les deux planètes des planètes-soeurs mais on ne savait que peu sur Vénus. Certains pensaient que son climat était semblable à celui des tropiques terrestres et seul le jeune Carl Sagan proposa que, puisqu'on savait qu'il existait une forte concentration de CO2 dans l'atmosphère, le résultat était un effet de serre sans limites et des températures extrêmement élevées

La série des Mariner

les nuages de Vénus par la mission Mariner 10 (dans le visible à gauche; dans l'ultraviolet à droite). NASA

Le JPL, le Jet Propulsion Laboratory, à Pasadena, en Californie, planifia, construisit et accomplit la première mission vers Vénus en à peu près 1 an; il adapta la sonde lunaire Ranger sur lequel il travaillait pour en faire le "Venus explorer". Le vaisseau de 224kg emportait sept outils scientifiques qui allaient étudier l'atmosphère et la température de Vénus, rechercher l'existence d'un possible champ magnétique ainsi qu'étudier les rayons cosmiques, le vent solaire et la poussière cosmique au cours de son voyage jusqu'à la planète. Conçu comme un projet consistant en deux vaisseaux, la mission commença par le lancement de Mariner 1 le 22 juillet 1962 mais la fusée Atlas-Agena dévia de sa course et dut être détruit dans les premières minutes du vol (ceci fut partiellement dû à un lien manquant dans le logiciel des télécommunications. Le lancement de Mariner 2 eut lieu le 27 août et fut, cette fois, un succès. Au cours de son voyage de 110 jours, Mariner 2 renvoya des données importantes sur l'environnement interplanétaire, y compris la confirmation de l'existence du vent solaire. Le vaisseau connut plusieures anomalies de ses systèmes mais, de façon inexpliquée, beaucoup d'entre eux se résolvèrent d'eux-mêmes. Avant l'arrivée à Venus, un de ses panneaux solaires avait cessé de fonctionner et le vaisseau passa près de températures trop élevées mais il resta en suffisamment bonne santé pour accomplir sa mission scientifique. Le 14 décembre 1962, Mariner 2 passa à moins de 13400km de Vénus puis continua sur son orbite solaire, renvoyant les données qu'il avait collectées. La température de Vénus variait entre 150 et 200° C., ce qui confirmait les points de vue sur l'effet de serre; la pression atmosphérique était 20 fois supérieure à celle de la Terre (et les missions suivantes allaient même trouver une valeur encore plus forte). La mission avait fourni quelques premières données sur Vénus, dont la caractéristique principale est d'être en permanence voilée par une épaisse couche de nuages. Mariner 2 découvrit que Vénus n'avait pas de champ magnétique appréciable et donc pas de ceintures de radiation pour piéger les radiations, la planète étant donc constamment bombardée de rayons cosmiques. La mission renvoya sa dernière transmission le 3 janvier 1963, ayant accompli la première exploration robotique jamais réalisée d'une autre planète. Par rapport au JPL, le Mariner 2 fut la première de dizaines de missions qui allaient explorer les planètes du système solaire de Mercure à Neptune. Puis Mariner 5, en octobre 1967, survola la planète à 4000 km (2500 miles) seulement. Mariner 5 avait été lancé à bord d'une fusée Atlas-Agena et avait été construit à l'origine comme un vaisseau de sauvegarde pour le Mariner 4 à destination de Mars. Le vaisseau fut reconfiguré pour Vénus, avec un bouclier solaire pour protéger des fortes températurs et des panneaux solaire dans la direction opposée. Il lui fallut 127 jours pour atteindre la planète et il devint la deuxième mission d'exploration de Vénus réussie. L'engin fournit des informations détaillées sur la pression atmosphérique et la température de la planète, elle ne trouva pas de ceintures de radiation et découvrit un champ magnétique faible. Mariner 5 cessa de transmettre le 4 décembre 1967. Ensuite, ce fut Mariner 10, en 1974, qui passa à Vénus alors que la mission était en route pour Mercure. Mariner 10, officiellement, était une mission conjointe Vénus-Mercure, qui utilisait un passage assisté par gravité à Vénus; lancé en 1973, il passa à moins de 5768km (3580 miles) de Vénus le 5 février 1974. Au cours du passage, Mariner 10 renvoya des données sur l'atmosphère de Vénus et renvoya les premières images rapprochées de la planète; les photos, prises en lumière visible ne révélèrent que peu mais des détails dans les nuages furent possibles via des filtres ultraviolets. Mariner 10, au total, renvoya 4165 images de Vénus. Une opportunité unique avait lieu en 1973; elle permettant d'envoyer un vaisseau qui atteindrait Vénus et Mercure au cours d'une même mission: via un passage assisté par gravité -méthode qu'on connaissait en théorie depuis longtemps mais qu'on n'avait jamais expérimentée- on allait pouvoir utiliser la force gravitationnelle de Vénus pour pouvoir bénéficier d'un effet de fronde à destination de Mercure (et cette technique permettait d'économiser du carburant donc du poids au lancement et du temps). La NASA approuva la mission en 1969, une mission à Mercure qui utiliserait la gravité de Vénus et la mission, confiée au Jet Propulsion Laboratory -le JPL- prit le nom de Mariner 10 (il s'agissait du dernier vaisseau de la série des Mariner). Mariner 10 emportait 7 instruments: le "Television Photography System" (deux télescopes pour prendre des photos de la planète), un radiomètre dans l'infrarouge pour mesurer la température de l'atmosphère de Vénus, un spectromètre dans l'ultraviolet pour rechercher une atmosphère à Mercure, des détecteurs à plasma pour étudier (pour la première fois) le vent solaire à l'intérieur de l'orbite vénusienne, un télescope à particules ionisées pour étudier les radiations cosmiques, des magnétomètres pour repérer tout champ magnétique autour de l'une et l'autre planète et, enfin, du matériel de mécanique céleste et de science radio pour étudier les caractéristiques gravitationnelles et la masse de Vénus et de Mercure. Ainsi le Mariner 10 s'élança le 3 novembre 1973 depuis le Cap Canaveral et commença son voyage à destination des deux planètes. Peu après, le vaisseau calibra ses caméras en prenant des photos de la Terre et de la Lune puis des corrections de trajectoire prévues eurent lieu 10 jours après et le 21 janvier 1974, ajustant le passage à Vénus à moins de 5km. L'équipe du JPL dut surmonter de nombreux dysfonctionnements au cours des 3 mois que dura la trajectoire jusqu'à Vénus (fin janvier le Mariner 10 observa dans l'ultraviolet la comète Kohoutel, ce qui ajouta aux observations faites depuis la Terre ainsi que par les astronautes du Skylab). A Vénus, la mission arriva du côté dans la nuit et, le 5 février 1974, elle survola la planète à moins de 2300km. Le passage s'effectua impeccablement et renvoya des données sur l'atmosphère et l'environnement de Vénus, renvoyant les premières images rapprochées jamais obtenues (les images dans le visible montrait une sphère sans éléments repérables alors que celles dans l'ultraviolet montraient la couverture nuageuse)

L'URSS et Vénus

Dans les années 1960 et 1970, alors que trois sondes américaines avaient effectué de brefs passages à Vénus et que 8 missions soviétiques avaient essayer de s'y poser (seules les 4 dernières y réussissant). Une des raisons de la difficulté d'atterrir sur Vénus était l'atmosphère de la planète (les températures de surface atteignent 1650°C et les pressions étaient plus de 90 fois celles de la Terre...). Le succès pour les Soviétiques pour ce qui est Vénus eut lieu en 1967 lorsque l'une de leurs sondes atteignit Vénus et il fut poussé encore plus loin lorsqu'ils réussirent à faire se poser sur la surface de la planète deux sondes, entre 1975 et 1981, les Venera 9 à 14 ("Venera" en russe signifie "Vénus"). Les sondes renvoyèrent des données et des images pendant à peu près une heure chacune. Une mission Venera 8 avait atteint Vénus en 1972 et avait été la première à renvoyer des données sur Vénus (elle était la mission de secours de la mission Kosmos 482 dont les moteurs avaient échoué à la placer sur une trajectoire à destination de la planète et qui, depuis, est restée en orbite terrestre). Les sondes Venera 11 et 12, qui avaient été lancées fin septembre 1978, arrivèrent à Vénus quelques semaines après les vaisseaux américains Pioneer (voir ci-dessous). Chaque mission Venera consistait en un vaisseau qui passait à la planète et en un lander, lequel était libéré lorsque le vaisseau approchait de Vénus. Le Venera 12 arriva le premier à Venus, le 21 décembre et le Venera 11 arriva quatre jours plus part. Deux jours avant l'arrivée, chaque vaisseau libéra son lander, les landers descendant à travers l'atmosphère. Les deux vaisseaux, eux, firent leur passage à Vénus puis continuèrent sur leur orbite solaire. Venera 12 transmit ses données pendant 110mn et le Venera 11 pendant 95mn mais, malheureusement, comme les capuchons de caméra (sur les deux vaisseaux) ne peurent être éjectés, ils ne purent prendre de photos couleurs. L'analyse de chimie des sols des deux landers ne purent non plus opérer mais, leur site d'atterrissage à 800km de distance l'un de l'autre, ils renvoyèrent cependant beaucoup de données utiles concernant les conditions existant à la surface. L'URSS lança aussi deux vaisseaux équipés du radar à ouverture synthétique ("Synthetic Aperture Radar"), équipés d'antennes de grande taille; les Venera 15 et 16 furent placés en orbite polaire autour de Vénus en octobre 1983, cartographiant la surface avec une résolution d'1 à 2km. Les Russes envoyèrent encore deux missions vers Vénus, les Vega 1 et 2 qui, en route pour la comète Halley en 1985, larguèrent des sondes et des landers. Les dernières missions Venera, enfin, firent également des études radar de la surface. Les vues transmises par les sondes soviétiques montrèrent une surface étrange, avec de grandes dalles de basalte, des rochers et des sols à grain fin. On assimila de tels paysages à certains paysages volcaniques terrestres. Aucune des neuf sondes soviétiques qui ont réussi à atterrir sur Venus n'y a tenu plus de 127mn

la surface de Vénus vue par la sonde soviétique Venera 13. picture courtesy NASA/NSSDC

Les Pioneer 1 et 2

Les Pioneer 1 et 2 américains, en 1978, furent les premières missions à utiliser des instruments radar pour accéder à la surface de la planète à travers la couche de nuages. L'une des missions se plaça en orbite autour de Vénus et l'autre largua quatre sondes dans l'atmosphère, dont trois visant différentes régions au sol. Le "Pioneer Venus project", qui dépendait du centre Ames de la NASA, dans la Silicon Valley, était un projet qui consistait en deux vaisseaux. Le premier, le Pioneer Venus Orbiter devait lancer le premier et réunir des données à distance de l'atmosphère vénusienne via une suite d'instruments; le second, le Pioneer Venus Multiprobe, emportait plusieurs sondes qui collecteraient des données en traversant l'atmosphère jusqu'à la surface à différents endroits de la planète. Le Pioneer Venus Multiprobe comprenait le vaisseau principal, une sonde de grande taille et trois sondes de petite taille indentiques (nommées, en anglais, North, Day et Night). Un comité d'orientation scientifique de la NASA, en 1972, lista 24 questions scientifiques d'importance qui occupaient le devant de la scène des recherches sur Vénus et le Pioneer Venus project en concernait 23. Un total de 114 scientifiques furent associées avec le projet, représentant 34 universités, 14 laboratoires fédéraux et 15 laboratoires de l'industrie ainsi que 10 pays étrangers. Malgré la proximité de Vénus, on continuait, à la fin des années 1970, de connaître que peu sur la planète, spécialement sur la basse atmosphère. L'atmosphère épaisse, composée à plus de 90% de CO2 et de nuages d'acides sulfuriques empêchaient une vision directe de la surface. Le Pioneer Venus Orbiter fut lancé le premier, le 20 mai 1978, depuis la Cape Canaveral Air Force Station, sur une Atlas-Centaur. Le Pioneer Venus Orbiter est aussi connu sous le nom de Pioneer 12 ou de Pioneer Venus 1 (l'Union soviétique avait également profité de l'opportunité qui existait alors pour atteindre Vénus et elle avait préparé deux sondes, les Venera 11 et 12, qui furent lancées les 9 et 14 septembre. Ainsi, fin 1978, tous éléments comptés, une flotte de 10 vaisseaux étaient en route pour Vénus). Les planificateurs de la mission avaient prévu une trajectoire longue, de 7 mois, pour permettre une vitesse lente à l'arrivée (d'où qu'on économisait du carburant qu'on pourrait utiliser pour la mise à feu aux fins d'insertion en orbite). L'insertion dans l'atmosphère de Vénus eut lieu le 4 décembre 1978. Le Pioneer Venus Orbiter emportait 17 instruments scientifiques pour étudier l'atmosphère au cours de la durée prévue de la mission, qui était prévu d'1 jour vénusien (243 jours terrestres...). Le Pioneer Venus Multiprobe, lui, lança en août, sur une fusée Atlas-Centaur depuis la Cape Canaveral Air Force Station du Kennedy Space Center, mais sur une trajectoire plus rapide qui allait permettre que les deux vaisseaux arrivassent à destination en décembre à quelques jours d'intervalle. Les deux vaisseaux Pioneer collectèrent et transmirent à la Terre un ensemble de données nouvelles sur Vénus. Le Pioneer Venus Orbiter prit des mesures de la haute atmosphère et de la région sud de la planète, y compris les interactions entre le vent solaire et le champ magnétique de Vénus. Les photos dans l'ultraviolet qui furent prises montrent des marques sombres au sommet des nuages et des signaux radio furent détectés révélant une activité presque continue d'éclairs dans l'atmosphère;. Il cartographia aussi la surface à 93% via une expérience radar. Les données confirmèrent une atmosphère de nuages, lesquels étaient composés essentiellement d'acide sulfurique; la mission ne trouva qu'un champ magnétique faible. Des études topographiques additionnelles montrèrent que la surface de Vénus était généralement plus lisse que celle de la Terre mais Vénus possédait une montagne plus élevée que l'Everest et un canyon plus profond que le Grand Canyon. La sonde de grande taille du Pioneer Venus Multiprobe emportait 7 expériences scientifiques et un parachute allait ralentir sa descente dans l'atmosphère vénusienne; elle étudia la composition de l'atmosphère et des nuages de la planète et mesura aussi la radiation infrarouge et solaire; les trois sondes de petite taille ne possédaient pas de parachutes et emportaient chacune 6 expériences (chaque sonde avait pour but différentes zones de Vénus: la sonde dénommée North ("Nord") les hautes latitudes nord, la sonde Night ("nuit") le côté dans la nuit des latitudes moyennes sud et la sonde Day ("Jour") le côté dans le jour de ces mêmes latitudes moyennes sud. Toutes les sondes se trouvaient sur le "Multiprobe spacecraft Bus" ("bus multi-sondes du vaisseau"). Etonnament, deux des sondes survécurent à leur contact avec la surface et continuèrent à renvoyer des données (la sonde Night pendant 2 secondes -elle s'était vraisemblablement renversée à l'atterrissage- et le sonde Day pendant 68 minutes. Finalement, le Multiprobe spacecraft Bus entra dans l'atmosphère vénusienne et y brûla à une altitude de 120km, renvoyant des données sur la haute atmosphère pendant 2 minutes. Le vaisseau principal emportait, en plus, deux expériences pour étudier la haute atmosphère. Au total, les cinq éléments de la mission collectèrent des données détaillées sur la composition de l'atmosphère, sa circulation et son équilibre en termes d'énergie. La sonde de grande taille se sépara du vaisseau le 16 novembre, 123 jours après le lancement suivies des sondes de petite taille le 20, atteignant l'atmosphère vénusienne le 9 décembre. Alors que la mission Multiprobe s'acheva rapidement une fois arrivée à Vénus, l'orbiter, lui, dépassa de loin sa durée de vie prévue et il transmit des données jusqu'en 1992, époque à laquelle la mission radar Magellan le rejoignit en orbite pour prendre la relève d'observations vénusiennes détaillées. Pendant les années d'opération du Pioneer Venus Orbiter, on utilisa son spectromètre dans l'ultraviolet pour le tourner vers sept comètes -dont la comète de Halley en 1986. Ses réserves de carburant épuisées, après 14 ans de travail et 5055 orbites, le Pioneer Venus Orbiter plongea dans l'atmosphère vénusienne le 8 octobre 1992 et y brûla. voyez une carte de Vénus réalisée à partir des données recueillies par le vaisseau Pioneer Venus Orbiter (NASA/Ames/U.S. Geological Survey/Massachusetts Institute of Technology)

Maat Mons, un volcan haut de 8 km (5 miles). JPL

La mission Magellan

trois cratères d'impact dans Lavinia Planitia. NASA

La plus récente et la plus complète mission concernant Vénus, à ce jour, reste la mission américaine Magellan, de 1990, qui passa 4 années en orbite autour de Vénus, réussissant à établir une cartographie radar de 98% de la surface. La mission portait d'abord le nom de "Venus Radar Mapper" ("cartographieur radar de Vénus") et Magellan devint la première mission planétaire à être lancée par la navette spatiale. Les missions radar et la mission Magellan confirmèrent que c'était bien le volcanisme qui avait principalement modelé la planète: au moins 85% de la surface de Vénus est couverte de flots de laves, qui ont formé des plaines, et de petits et de grands volcans. Le manque d'eau a bien évidemment empêché toute forme d'érosion, permettant ainsi aux formes du relief de perdurer pendant des centaines de millions d'années. L'atmosphère, par contre, est sans doute un agent d'érosion beaucoup plus important: sa température est de 475°C (900°F), la pression atmosphérique est de 92 bars et elle produit des pluies d'acide sulfurique. Pour ce qui est de la couche de nuages, les missions ont établi qu'elle a une épaisseur de 30 à 40 km (18,5-24,8 miles) et la base en est à 30-35 km (18,5-21,7 miles) au-dessus de la surface. On ignore encore si la surface de Vénus a été formée par un évènement unique, qui aurait eu lieu il y a 500 millions d'années, ou si la planète a connu plusieurs épisodes de coulées de lave et épisodes volcaniques successifs. D'imposantes chaînes de montagne existent aussi ainsi que de nombreux cratères. Il n'y a pas de tectonique des plaques sur Vénus. La planète possède ce qui s'appelle une magnétosphère atmosphérique: bien que la planète tourne trop lentement pour engendrer un champ magnétique, le vent solaire, cependant, est arrêté par l'interaction entre la haute atmosphère de Vénus, l'ionosphère, et le vent solaire. Le 13/10/1994, après qu'une série d'allumages du moteurs abaissèrent l'orbite, la sonde Magellan, après 15000 orbites autour de la planète, pénétra dans l'atmosphère vénusienne et brûla

vues globales de Vénus en image radar codée-couleurs de Magellan (à gauche) et données de Magellan appliquées sur un globe généré par ordinateur (à droite) -chaque groupe de données est centré sur 0° et 180° de longitude. USGS (gauche) et JPL (droite)

cliquez vers une vue de comment les données de Magellan, qui couvraient 98% de la surface, ont été complétées en 2010 par des données venant du radar d'Arecibo pour une région à peu près centrée sur 0° de latitude et de longitude et par une couleur neutre ailleurs, essentiellement près du pôle sud. L'image composite qui en résulte est codée-couleurs en élévation (les manques de données d'élévation ont été complétées avec des données télémetriques des Venera soviétiques et de la mission Pioneer Venus). NASA/JPL/USGS