Apollo 8 et la relativité générale

Lors de son tour d’Europe, avec sa femme et ses deux fils, du 2 au 21 février 1969, Frank Borman répétait souvent pour amuser la galerie, que ses coéquipiers d’Apollo 8 et lui-même méritaient des heures supplémentaires parce qu’ils avaient vieilli environ 300 microsecondes de plus que les habitants sur Terre.

Il se trouve que la NASA avait demandé au physicien Carroll Alley* (1927-2016) de l’Université du Maryland de calculer les phénomènes liés aux équations de la relativité générale formulées par Albert Einstein, auxquels seront soumis les astronautes. En effet, une horloge atomique qui s’éloigne de la Terre (de tout corps massif) prend de l’avance par rapport à celle qui reste sur la surface, du fait de la diminution du champ de gravitation; le temps s’écoule plus vite. La relativité prédit également qu’une horloge en mouvement ralentit par rapport à celle restée « immobile » au sol, impliquant cette fois que le temps s’écoule plus lentement (Paradoxe des jumeaux). Il convient donc de tenir compte de ces deux effets inverses !

Le Dr Carroll Alley en a ainsi conclu que la vitesse d’Apollo 8 est le facteur prédominant tant que le vaisseau se trouve à moins de 6 500 km de la Terre, jusqu’à cette distance le temps « ralenti », et les astronautes vieillissent moins rapidement que s’ils étaient restés sur Terre. Passé ces 6 500 km, les effets de la gravitation diminuent significativement et dès lors le temps à bord du vaisseau Apollo s’écoule plus rapidement que sur Terre. La différence entre les deux donne + 300 microsecondes.

En réalité les calculs d’Alley ne sont valables que pour William Anders qui effectuait là son premier vol, car en ce qui concerne Frank Borman et James Lovell il faut tenir compte du fait qu’ils ont effectué d’autres vols spatiaux, en orbite autour de la Terre. Ainsi les mêmes Borman et Lovell  à bord de Gemini VII ont passé deux semaines dans l’espace (du 4 au 18 décembre 1965), pendant lesquels le facteur prépondérant a bien évidemment été la vitesse, au cours de ce vol ils ont donc vieilli moins vite que les personnes sur Terre, de 400 microsecondes. James Lovell a également commandé la mission Gemini XII (du 11 au 15 novembre 1966) pendant laquelle il a rajeuni d’encore quelque 100 microsecondes.

En résumé, pour revenir à la boutade de Frank Borman, si William Anders a bien fait 300 microsecondes de travail supplémentaire, James Lovell et Frank Borman ont travaillé respectivement 200 et 100 microsecondes de moins que ce qui a été comptabilisé sur Terre, ils ont donc été trop payés par rapport à leur temps de travail effectif sur l’ensemble de leurs vols spatiaux !

 

* Il est le scientifique à l’origine des rétro réflecteurs déposés sur la Lune par les missions Apollo 11, 14 et 15, et toujours utilisés à ce jour.

 

Anecdote dans l’anecdote : Le système GPS (Global Positioning System) est l’application la plus connue de la relativité d’Einstein. Le GPS utilise une constellation de 32 satellites qui orbitent autour de la Terre à 20 200 kilomètres d’altitude, à une vitesse d’environ 14 000 km/h, pour calculer des centaines de millions de positions au sol chaque jour. Sachant qu’à cette altitude, la gravité terrestre est 17 fois moindre qu’au niveau du sol, au bout de 24 heures, une horloge atomique située à bord d’un satellite GPS aura 45 microsecondes d’avance sur la même horloge atomique au sol. La vitesse fait qu’une horloge en mouvement à 14 000 km/h ralentit légèrement, d’environ 7 microsecondes par jour. Il faut donc tenir compte de ces deux effets pour synchroniser les horloges à bord des satellites avec celles au sol pour corriger cette différence, soit + 45 microsecondes – 7 microsecondes = 38 microsecondes. Une erreur de synchronisation de 38 μs équivaut à une erreur de 10 km !

Le discours d’investiture de Richard Nixon, et Apollo

Le lundi 20 janvier 1969, lors de son discours d’investiture, juste après avoir prêté serment, le nouveau Président des Etats-Unis, Richard Nixon (1913-1994) a notamment déclaré : « A ceux qui voudraient être nos adversaires, nous les invitons à une compétition pacifique, non pas pour conquérir des territoires ou étendre une domination, mais pour enrichir la vie de l’Homme. Alors que nous explorons les étendues de l’espace, allons sur ces nouveaux mondes ensemble, non pas pour les conquérir, mais comme une nouvelle aventure à partager… Il y a quelques semaines à peine, nous avons partagé la gloire de la première vision de notre Monde tel que Dieu le voit, comme une sphère isolée réfléchissant la lumière dans la nuit. Alors que les astronautes d’Apollo (N.D.T. Apollo 8) survolaient la grise surface de la Lune, la veille de Noël, ils nous ont décrit la beauté de la Terre, et d’une voix si claire malgré la distance nous séparant, nous les avons entendu évoquer la bénédiction de Dieu et sa bonté. A ce moment-là, cette vision de la Terre depuis la Lune a tellement bouleversé le poète Archibald MacLeish, qu’il a écrit :

« De voir la Terre, comme elle est réellement, petite et bleue et magnifique, flottant dans ce silence éternel, c’est nous voir tels que nous sommes, tous des passagers de cette Terre, frères sur cette beauté lumineuse dans le froid éternel, des frères qui savent désormais qu’ils sont vraiment frères. »*

En ce moment de triomphe technologique, les hommes ont tourné leurs pensées vers leur foyer et l’humanité, réalisant depuis cette perspective lointaine que la destinée de l’homme sur la Terre n’est pas divisible, nous révélant que quelle que soit la distance que nous atteindrons dans le cosmos, notre destinée n’est pas dans les étoiles mais bien sur Terre, entre nos mains et dans nos cœurs. »

Lors de la parade** qui a suivie, figurait un char de la NASA (photo ci-dessus issue de la Nixon Presidential Library) sur lequel étaient disposés une maquette grandeur nature du Module Lunaire (avec deux astronautes factices pour donner l’échelle) et le vrai vaisseau Apollo 7. Les astronautes Walter Schirra, Donn Eisele, et Walter Cunningham précédaient le char dans une voiture décapotable. Il faisait 2°C ce jour là à Washington D.C.

Exactement six mois après l’investiture de Richard Nixon, Neil Armstrong et Buzz Aldrin marchent sur la Lune !

*Edité sur la première page du New York Times le jour de Noël 1968 « A Reflection : Riders on Earth Together, Brothers in Eternal Cold »

**C’est la première fois qu’un char NASA et des astronautes faisaient partie de cette parade. Lors de la deuxième parade de Nixon, le 20 janvier 1973, c’est une maquette du « rover lunaire » qui est présentée. A ce moment-là, le programme Apollo avait vécu !

La chasse aux papillons

Nous sommes environ à 18 heures après le début de la mission (18 heures MET, c’est-à-dire  à partir du décollage. MET = Mission Elapsed Time) lorsque le commandant Frank Borman atteint par le mal de l’espace est pris de nausées et se met à vomir. Bien que William Anders lui ait tendu un sac en plastique des « résidus » s’échappent et flottent dans le vaisseau spatial… peu après il a la diarrhée… James Lovell et William Anders ont passé un petit moment à rattraper des particules de vomi et de matières fécales avec des serviettes en papier. Anders dira plus tard : « C’était un peu comme aller à la chasse aux papillons »

 

T’es gonflé quand même

 

Alors que les astronautes sont en orbite autour de la Terre, avant le « Go for TLI », (Injection translunaire), nous sommes à 1 heure 13 minutes et 37 secondes dans le déroulement de la mission, Jim Lovell, qui s’est glissé sous les couchettes pour effectuer un réalignement de la plate forme de guidage, accroche l’anneau qui déclenche le gonflage automatique du gilet de sauvetage fixé sur la combinaison. A la vue de son coéquipier et de sa « bouée » jaune, autour du cou Frank Borman, le commandant de la mission, lui jettera un regard désabusé que Lovell n’oubliera jamais. Afin de ne pas surcharger le système de recyclage de l’air, (le gonflage est assuré par une cartouche de CO2) le gilet de sauvetage sera dégonflé en faisant passer le gaz par le dispositif qui sert à évacuer l’urine dans l’espace.

001:13:37 Lovell : Oh, flute !
001:13:38 Borman : Qu’est ce qu’il y a ?
001:13:40 Lovell : C’est mon gilet de sauvetage .
001:13:41 Borman en rigolant : Tu plaisantes ?

 


Si romantique

Jim Lovell avait emmené sa femme Marilyn et ses quatre enfants Barbara, James, Susan et Jeffrey au Cap pour qu’ils assistent au lancement, bien conscient du caractère hautement historique de cette mission. La veille de son départ, seul avec sa femme, il lui offre un petit cadeau. Il s’agit d’une photo noir et blanc prise par une sonde lunaire.
« Qu’est ce que c’est ? » demande t-elle.
« Je voulais juste que tu vois la montagne qui porte ton nom » Jim Lovell lui montre alors une structure montagneuse en forme de triangle qui se détache nettement de la surface plus foncée de la Mer de la Tranquillité. Il précise que c’est un point de repère qui sera utilisé par les astronautes de la première mission sur la Lune pour se diriger vers le site d’atterrissage. « J’ai appelé cette montagne le Mont Marilyn, toutefois le nom ne sera pas officiel car il faudrait qu’il soit approuvé par l’Union Astronomique Internationale… »
Marilyn s’en fichait, c’était le plus beau cadeau de Noël qu’elle n’avait jamais reçu !

Lors de leur première révolution autour de la Lune les astronautes d’Apollo 11 ont pointé une caméra vers la surface, Armstrong décrit ce qu’il voit, à un moment il dira : « Nous passons au-dessus du Mont Marilyn »

Le Mont Marilyn

Apollo 10 au-dessus du Mont Marilyn