Des scientifiques du CNES vont envoyer l’horloge PHARAO (pour Projet d’Horloge A Refroidissement d’Atomes en Orbite) dans l’espace dans le cadre de la mission européenne ACES (Atomic Clock Ensemble in Space). Elle sera lancée le 21 avril 2025 et accrochée à l’extérieur de l’ISS. Cette horloge à atomes de césium refroidis sera la première de son genre en orbite autour de la Terre et elle sera intégrée dans un réseau de comparaison de temps.
Les théories d’Einstein mises à l’épreuve
Cette mission a pour but de mettre à l’épreuve la théorie de la relativité d’Einstein. Les théories de la relativité d’Einstein disent deux choses :
- La théorie de la relativité restreinte explique que « le temps et l’espace ne sont pas absolus, mais dépendent du mouvement de l’observateur », explique le CNES. Ainsi, le temps s’écoulera plus lentement sur l’ISS à cause de sa vitesse orbitale.
- La théorie de la relativité générale, elle, dit que « le temps ralentit à proximité de toute masse ». La masse d’un objet modifie donc la vitesse à laquelle s’écoule le temps. « Plus vous êtes proche de cette masse ou plus la masse est grande, plus le temps s’écoule lentement. Cette prédiction atteint son paroxysme à la limite des trous noirs, où le temps… s’arrête ! » expliquent les chercheurs du CNES dans un article de la revue The Conversation.
L’effet de cette loi dans l’espace par rapport à la Terre dépend donc de la distance par rapport à notre planète. Pour les astronautes de l’ISS, située à 400 km d’altitude, les chercheurs du CNES expliquent : « Un astronaute vieillit plus vite que son jumeau resté sur Terre d’une seconde tous les 300 ans. »
En revanche, pour des systèmes de positionnement par satellite (GPS ou Galileo par exemple), situés à plus de 20 000 km d’altitude, les effets sont plus marqués : « Leurs horloges atomiques avancent, en effet, de 40 microsecondes chaque jour par rapport à leurs consœurs restées sur Terre. », explique le CNES.
Le but de l’horloge Pharao
L’horloge Pharao va permettre d’étudier ce décalage grâce à « des données de comparaisons de différentes horloges au sol, développées dans les laboratoires de différents pays dans le monde entier », comme l’explique le CNES dans son communiqué.
Pharao sera la première horloge à atomes de césium refroidis mise dans l’espace dans le but de comparer l’écoulement du temps. Elle est décrite ainsi, car ses atomes de césium sont refroidis jusqu’à une température proche du zéro absolu (équivalent à -273 °C). « Ainsi immobilisés, les oscillations de l’onde qu’ils émettent (leur ‘tic-tac’) sont comptées avec davantage de précision », explique le CNES. « Selon le système international d’unité, une seconde correspond en effet à la durée de 9 192 631 770 ondulations d’une vibration particulière de l’atome de césium. »
C’est ce qui rend cette horloge extrêmement précise. Et le but de Pharao sera de mesurer avec une précision jamais atteinte la différence de l’écoulement du temps entre la Terre et l’espace. « Pour ce faire, il faut que notre horloge ne se trompe pas de plus d’une seconde en 300 millions d’années », explique les scientifiques dans The Conversation. « Soit une dérive de deux dixièmes de seconde depuis la disparition des dinosaures ; ou de façon équivalente, de moins d’une minute depuis le Big Bang, le début du temps ! »
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