RAYONNEMENT COSMIQUERayons cosmiques

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Recherches en cours et futures

Missions spatiales

Une des missions spatiales les plus spectaculaires s'appelle Ulysses (initialement, International Solar Polar Mission, ou I.S.P.M. – « Mission internationale sur les pôles du Soleil »). Pour la première fois, une sonde interplanétaire – fruit d'une collaboration entre l'E.S.A. et la N.A.S.A. – s'est éloignée du plan de l'écliptique pour passer au-dessus des pôles du Soleil. L'énergie considérable qui est nécessaire pour sortir du plan de l'écliptique a été empruntée au champ gravitationnel de Jupiter. La figure 7 montre la trajectoire qui était planifiée à l'origine : d'une longévité exceptionnelle, cette sonde (lancée par la navette Discovery le 6 octobre 1990) a en fait entamé, le 30 novembre 2007, son troisième survol du pôle Nord du Soleil. Elle permet d'étudier à quatre dimensions (espace et temps) les propriétés du milieu interplanétaire, de la couronne solaire, des rayons cosmiques solaires et galactiques. Les expériences sur les rayons cosmiques ont été réalisées par onze instituts, universités et laboratoires d'Europe (dont un laboratoire français) et des États-Unis.

Trajectoire de la sonde Ulysses

Dessin : Trajectoire de la sonde Ulysses

Trajectoire d'Ulysses, première sonde spatiale à explorer la « troisième dimension » de l'espace interplanétaire de part et d'autre du plan de l'écliptique. Les orbites planétaires et les trajectoires de la sonde sont vues depuis un point situé 150 au-dessus de ce plan. Après le... 

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D'autres projets ont été envisagés, notamment celui de placer sur orbite un aimant supraconducteur. Ainsi pourrait- on mesurer les rapports d'abondance noyaux/antinoyaux et mettre éventuellement en évidence des galaxies d'antimatière où les antinoyaux seraient accélérés. De plus, les isotopes rares pourraient être identifiés à haute énergie – supérieure à 100 gigaélectronvolts par nucléon –, une énergie où la contribution interstellaire devient très faible et où de nouvelles horloges cosmiques, comme le carbone 14, deviennent accessibles. En même temps, des progrès interviendront dans la connaissance du champ galactique et des mécanismes d'accélération (dans des plasmas turbulents ou par les ondes de choc). Peut-être aussi pourra-t-on résoudre l'énigme de la source centrale des noyaux actifs de galaxies. Ces recherches devraient permettre de mieux comprendre le rôle important joué par les rayons cosmiques dans la dynamique de notre Galaxie et des objets actifs extragalactiques. Situer clairement leur origine et leur espace de confinement deviendra alors plus facile.

L'observatoire Pierre-Auger

Mesurer les rayons cosmiques d'extrêmement haute énergie est la raison d'être de l'observatoire Pierre-Auger, implanté à proximité de la ville de Malargüe, dans la Pampa Amarilla, vastes plaines de l'ouest de l'Argentine (province de Mendoza). Proposé en 1992, ce laboratoire international, qui rassemble 250 physiciens américains, européens et australiens, doit à terme comporter un second site d'observation, situé dans l'hémisphère Nord, au sud-est du Colorado (États-Unis). Son nom rappelle les travaux pionniers du physicien français Pierre Auger (1899-1993), qui découvrit en 1938 les grandes gerbes cosmiques à l'observatoire de la Jungfrau, dans l'Oberland bernois. La nature est capable de construire des accélérateurs de particules bien plus puissants que les collisionneurs conçus par les physiciens.

En entrant en collision avec des noyaux atomiques dans l'atmosphère, les particules cosmiques de très haute énergie (l'ordre de grandeur est ici l'exaélectronvolt, soit 1 milliard de milliards d'électronvolts) engendrent de nombreuses particules secondaires, animées de grandes vitesses, qui déclenchent à leur tour des collisions dont les produits apparaissent finalement « en gerbes » couvrant des surfaces de plusieurs kilomètres carrés.

Des données sont collectées depuis 2005 à Malargüe, où sont situés les détecteurs argentins (cf. astroparticules, figure). Il s'agit, d'une part, de 1 600 réservoirs contenant chacun 12 tonnes d'eau pure et équipés de détecteurs de rayonnements Tcherenkov, qui signent le passage des particules électriquement chargées, d'autre part, de 24 télescopes captant la lumière fluorescente, qui est engendrée par les collisions des particules sur l'azote atmosphérique. Le couplage de ces deux moyens d'observation permet de reconstituer la géométrie de la gerbe au niveau du sol, donc d'estimer raisonnablement l'énergie primordiale des rayons cosmiques. Il faut noter que l'on sait très peu de choses sur la localisation et la fréquence des sources cosmiques des rayons de très haut [...]

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Génération d'une grande gerbe

Génération d'une grande gerbe
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Aurore polaire

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Rapport des abondances des éléments entre R.C.S et M.G.L.

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Flux des protons

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Écrit par :

  • : docteur ès sciences, ingénieur physicien à l'Institut de recherche sur les lois fondamentales de l'Univers du Commissariat à l'énergie atomique
  • : directeur de recherche émérite au CNRS, centre de physique théorique de l'École polytechnique, Palaiseau

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Pour citer l’article

Lydie KOCH-MIRAMOND, Bernard PIRE, « RAYONNEMENT COSMIQUE - Rayons cosmiques », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 19 juin 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/rayonnement-cosmique-rayons-cosmiques/