«40 ans du GRGS, 1971 2011» Exemples d interactions entre Géodésie spatiale et Physique Fondamentale au GRGS «40 ans du GRGS, 1971 2011», 17 février 2011, Observatoire de Paris 1
Trois questions à la géodésie spatiale sur la physique fondamentale (1) 1. Le mouvement des corps dans un champ de gravitation respecte-t-il les lois de la relativité générale (RG) d Einstein? Crédits mission GPB 2
Trois questions à la géodésie spatiale sur la physique fondamentale (2) 2. La propagation des signaux électromagnétiques respecte-t-elle les lois de la relativité générale d Einstein? Crédits mission Cassini 3
Trois questions à la géodésie spatiale sur la physique fondamentale (3) 3. La variation des fréquences d horloge respecte-t-elle les lois de la relativité générale (RG) d Einstein? 4
Pourquoi la géodésie spatiale peut-elle donner des réponses? Parce qu elle modélise les trajectoires dans des champs de gravitation, qu elle les «observe» au moyen de signaux électromagnétiques à partir de stations reliées à des horloges très précises. 5
Trois exemples 1. Confirmation de l effet Lense-Thirring grâce à la dynamique orbitale 2. Test du Principe d Equivalence d Einstein Télémétrie laser Lune Expérience MICROSCOPE 3. Transfert de temps par lien laser : T2L2 6
Effet Lense-Thirring (frame dragging) La RG prédit qu un corps massif en rotation entraîne partiellement «l espace» dans sa rotation. Crédits mission GPB Le LT a pour conséquence la précession du plan orbital des satellites : 31 mas/an pour les satellites Lageos à 6000 km d altitude 31 mas/an = 2 m/an le long de l orbite 7
Lense-Thirring (frame dragging) 31 mas/an = 2 m/an le long de l orbite La télémétrie laser fournit des mesures de distance au cm ou mieux! Cela devrait donc être détectable Difficulté : le LT est en compétition avec des perturbations «classiques» qui induisent des effets de plusieurs centaines de degrés par an soit 10 millions de fois l effet LT Thèse de David Lucchesi (2001) encadrée au GRGS : Mise en évidence de l effet Lense-Thirring Bilan d erreur : 30% Amélioration spectaculaire de la connaissance du champ de gravité (missions CHAMP et GRACE) bilan d erreur actuel de quelques pourcents 8
Le principe d équivalence : universalité de la chute libre Crédits NASA Relativité générale : principe d équivalence (PE) universalité de la chute libre, quelque soit la composition et la taille du corps Mais le PE ne survit pas dans la plupart des théories plus générales : a) L énergie interne d un corps peut-elle contribuer différemment à la masse grave et à la masse inerte? laser Lune b) Des masses de compositions atomiques différentes ont-elles la même chute libre? MICROSCOPE 9
Télémétrie laser sur la Lune et le principe d équivalence La Terre et la Lune ont-elles la même chute libre dans le champ de gravitation du Soleil? 10
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Télémétrie laser sur la Lune et le principe d équivalence MeO: télémétrie laser sur satellites et sur la Lune (plateau de Calern) MG δ = M I E MG = ( 1 ± 2) 10 13 M I M η = 4β γ 3 13
MICROSCOPE : test du principe d équivalence Une masse de platine et une masse de titane ont-elles la même chute libre dans le champ de gravitation de la Terre? Solar Panels Star Sensor MICROSCOPE 2014 Utilisation d accéléromètres Spatiaux (ONERA) δ = M G M I Pl M G M I Ti mesuré à 10 15 14
T2L2 : transfert de temps par lien laser Δt A Δt B Le double lien laser et le détecteur installés sur le satellite permettent de comparer des horloges Principe validé par l expérience LASSO (1988-1992) sur METEOSAT-P2 Synchronisations d horloges à quelques 10-12 s par l expérience T2L2 sur JASON 2 (2008- ) ACES/Pharao (lien micro-onde, horloge bord plus performante) en 2014 15
T2L2 : transfert de temps par lien laser Δt A Δt B Applications : Temps atomique international Vérification de l effet Einstein 16
L effet Einstein : une technique géodésique du futur? A la surface terrestre : Δν = 10 16 Δh (m) ν Δh=1m 1s tout les 3 milliards d années 17
Géodésie spatiale Physique fondamentale 18
Amélioration spectaculaire de la connaissance du champ de gravité (missions CHAMP et GRACE) Crédits Richard Biancale 19