Mesure locale de l'expansion de l'univers

Je suis tombé sur une proposition de mission assez originale : des sondes volant en formation et compensant la rotation galactique.

Galactically inertial space probes for the direct measurement of the metric expansion of the universe
Ivan Cagnani 2011 J. Phys.
http://iopscience.iop.org/1742-6596/283/1/012007
(pdf, 1.63Mo, anglais, gratuit)

Résumé
Les données astrométriques des futures missions GAIA et OBSS permettront de calculer précisément la vitesse de rotation locale de la galaxie, et de meilleures mesures des mouvements galactiques par rapport au CMB seront fournis par les missions succedant à WMAP (par exemple, Planck).
Le développement de propulsions électriques à haute impulsion spécifique permettra le développement de sondes capables de compenser la rotation de la galaxie et l'attraction résultante du centre de la galaxie. Ces sondes apparaitront immobiles pour un observateur idéal fixe au centre la galaxie, contrairement aux autres objets entrainés par la rotation galactique et leur mouvement propres. Le positionnement d'au moins trois sondes fixes par rapport à la galaxie, mesurant leurs distances réciproques au moyen de lasers, pourrait permettre une mesure directe de l'expansion de l'univers.

Schémas et explications détaillées dans l'article.
Les trois sondes seraient envoyées à 25 UA, et pour compenser la rotation de la galaxie, il faut fournir un deltaV de l'ordre de 220 à 260 km/s, ce qui est hors de portée des propulsions chimiques, mais accessible à une propulsion plasmique de type VASIMR.
Ce sont juste des idées et proposition de mission bien sûr, ce qui est surprenant est surtout la possibilité de mesurer directement l'expansion de l'univers à l'échelle du système solaire, avec des technologies disponibles à court terme.

Bonne lecture :)

Woow, un delta V de 220 à 260 km/s... Même pour un VASIMR il faudra pousser l'Isp au max... Et je ne parle pas du générateur électronucléaire (qui aujourd'hui n'existe que sur le papier) qui devra aller avec...

Mmmm voyons celà: avec de l'hydrogène, on peut compter sur une vitesse d'éjection de 150 km/s (actuellement, 120 km/s en labo, jusqu'à 300 km/s en théorie). Avec un rendement de 60% et un générateur nucléaire de 1 MW, ça fait une poussée de 8N. A vue de nez, sans faire le calcul exact, il doit falloir au moins 30 ans pour atteindre de telles vitesses, avec des sondes de quelques dizaines de tonnes au départ.
Y a pas, c'est du costaud...
Et pour se placer au repos par rapport au CMB, il faudrait fournir deltaV=369 km/s

Pour illustrer un peu le sujet, et éclaircir ce pdf :
Il y aurait trois sondes qui navigueraient entre l'orbite de Neptune et d'Uranus.




juste une chose que je comprends pas : on voit qu'ils sont situé à 7UA au-dessus du système solaire. est-ce cette formation sera vraiment indépendante du système solaire ( ne tourne pas autour du soleil car fixe par rapport à notre galaxie )



sur le shéma suivant :



"Les sondes ont plusieurs types de capteurs de navigation, mais leur instrument le plus important sera le capteur pulsar X-ray où l'émission régulière des pulsars en milliseconde est extrêmement utile pour la synchronisation des horloges entre les sondes. Particulièrement utile pour le positionnement et l'étalonnage d'horloge seront les événements où des imperfections non-périodiques seront détecté dans l'impulsion de ces étoiles et l'échange des temps d'arrivée de ces événements, tel qu'enregistré par des horloges à bord, entre les sondes."
si je comprends bien, les sondes vont se caler par rapport à des pulsars dont l'émission n'est pas vraiment régulière. j'ai du mal à saisir.

cosmos99 a écrit:
...
juste une chose que je comprends pas : on voit qu'ils sont situé à 7UA au-dessus du système solaire. est-ce cette formation sera vraiment indépendante du système solaire ( ne tourne pas autour du soleil car fixe par rapport à notre galaxie )
...

Il s'agit de la position initiale. Comme on annule la vitesse orbitale autour du centre de la galaxie, la formation s'éloignerait du système solaire à plus de 220 km/s, soit environ 50 UA/an. Mais il faut certainement compenser aussi l'attraction du soleil.

lambda0 a écrit:Il s'agit de la position initiale. Comme on annule la vitesse orbitale autour du centre de la galaxie, la formation s'éloignerait du système solaire à plus de 220 km/s, soit environ 50 UA/an. Mais il faut certainement compenser aussi l'attraction du soleil.

oui, c'est vrai. les opérations de stabilisations sont décrites ici.

Ptit exercice: exprimer la constante de Hubble en unités adaptées au système solaire
H = 70 km/s/Mpc = 3.4e-7 m/s/UA = 29 mm/j/UA
Pour les sondes écartés de 42 UA (l'équivalent de la distance soleil-Pluton), ça donnerait un accroissement de l'ordre de un mètre par jour, dû à l'expansion de l'univers !
(à peu près ce qu'ils donnent dans le doc, avec un accroissement de 0.12mm entre deux impulsions lasers, toutes les 12s).
Ca me parait énorme, et ce n'était quand même pas intuitif.

lambda0 a écrit:...Et pour se placer au repos par rapport au CMB, il faudrait fournir deltaV=369 km/s

Dans ce cas, pour un rapport de masse raisonnable de l'ordre de 6 il faudrait monter à une Isp de l'ordre de 20 000 s... Et compter une bonne quarantaine d'années avant d'avoir des retours scientifiques...
Sinon, l'existence d'un référentiel sans anisotropie Doppler pour le CMB ça me fait penser à ce "référentiel absolu" abhorré par la relativité restreinte...

cosmos99 a écrit:
si je comprends bien, les sondes vont se caler par rapport à des pulsars dont l'émission n'est pas vraiment régulière. j'ai du mal à saisir.

Les irrégularités forment des "tops" repérables sur le fond continu du signal émis par les pulsars ; ces tops vont arriver avec un écart temporel de quelques minutes à chaque sonde. La mesure très précise des temps d'arrivés en fonction l'angle que fait la source sur la voûte céleste permet d'en déduire les positions respectives des récepteurs. C'est un peu leur GPS maison, fait avec les moyens cosmiques du bord :D

a+

Henri a écrit:
Sinon, l'existence d'un référentiel sans anisotropie Doppler pour le CMB ça me fait penser à ce "référentiel absolu" abhorré par la relativité restreinte...

Dans un univers en expansion, on peut parler de référentiel priviliégié, disons, pour des observateurs comobiles. Si on se représente l'univers comme un maillage dont les arrêtes s'allongent avec l'expansion, un observateur comobile est celui qui reste ancré à son noeud de coordonnées, sans mouvement propre, simplement emporté par l'expansion comme une feuille dans le courant. C'est précisément le but de la mission : fabriquer un observatoire parfaitement comobile. A ce moment là, d'autre sources comobiles apparaîtront avec un redshift qui ne dépendra que de l'expansion. Le fond du ciel émetteur du CMB forme une source étendue comobile au cent-milième près et on peut donc s'en servir comme butte témoin de la comobilité.

Mais pour se stabiliser réellement par rapport au CMB, le dV est de 369.0 ± 0.9 km/s, et ça devient un peu limite pour VASIMR ; l'article évoque la possibilité d'employer un réacteur à fragments de fission (fission-fragment rocket) avec des Isp théorique de 1 Ms :drunken: .

a+