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Mise à nu de la comète Tchouri par la sonde Rosetta

Philippe Passebon

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Mise à nu de la comète Tchouri par la sonde Rosetta

Rosetta est toujours en orbite autour de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko.

© Crédit ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

Plusieurs des instruments scientifiques embarqués sur la sonde Rosetta de l’ESA livrent leurs premières données sur la composition et les propriétés du noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Les travaux font l’objet de sept publications dans la revue Science le 23 janvier 2015. Elles confirment que le noyau, très poreux, est riche en molécules organiques et met en évidence la présence de groupements moléculaires caractéristiques de ces "briques de la vie".

En attendant que Philae se réveille, dans le courant du mois de mars, les friands de sciences ont de quoi s’alimenter avec les données récoltées par la sonde Rosetta, toujours en orbite autour de la comète depuis son arrivée le 6 août 2014. Sept études publiées le 22 janvier 2015 dans le prestigieux journal Science livrent les résultats de données récoltées en juin, juillet, août et septembre par les instruments de Rosetta.

Celle-ci est équipée de 21 instruments scientifiques qui permettent d’effectuer un ensemble de mesures complémentaires : composition chimique des matériaux de surface, structure interne et composition du noyau, dynamique des émissions de poussière, etc. Les 30 pages de Science présentent les résultats de 7 instruments dont MIRO, VIRTIS, OSIRIS, RCP/ICA et ROSINA, dans lesquelles participent notamment des équipes françaises. Décryptage des principaux résultats avec Jean-Loup Bertaux, directeur de recherche CNRS émérite au Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales, Dominique Bockelée-Morvan, directrice de recherche CNRS au Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique, et Jean-André Sauvaud, directeur de recherche CNRS émérite à l'Institut de recherche en astrophysique et planétologie, disponibles pour répondre aux questions lors d'une conférence de presse.

 

OSIRIS : l’oeil de la mission

Un noyau très poreux et moins dense que l’eau

« Dire que l'on ne comprend pas tout est un euphémisme, commente Jean-Loup Bertaux. On ne comprend presque rien ! »  Nombreuses sont les caractéristiques de la comète qui restent en effet inexpliquées, comme l’origine de sa forme inhabituelle , composée de deux lobes séparés par un "cou". Malgré tout, les instruments embarqués sur Rosetta permettent de progresser dans la connaissance de Tchouri. Ainsi l’ensemble des images capturées par la caméra OSIRIS a permis de réaliser un modèle en trois dimensions de la comète. Combinée avec la mesure de la masse, le modèle a donné la première détermination directe de la densité d’un noyau cométaire.

Résultat : la comète d’un volume de 21, 4 km3, dix milliards de tonnes et d’une surface de 40 km2 a une densité plus faible que celle de l’eau, soit 470 kg/m3. Ce qui montre que « le noyau est sans doute très poreux, de 70 à 80 %, certainement à l’échelle millimétrique, peut-être à l’échelle micrométrique », explique Jean-Loup Bertaux. En outre, les images montrent que l’activité de dégazage de la comète, qui s’accentue au fur et à mesure que la comète s’approche du soleil, se concentre principalement autour du "cou ". Les dégazages sont des jets de poussière entrainés par les gaz qui s’échappent par sublimation. A cause du dégazage, la comète perd en quelques mois près de 2 mètres d’épaisseur à chaque passage autour du périhélie, soit tous les six ans.

Rosetta montre des signes de fractures sur son "cou" (cliquer pour agrandir); Dégazage de la comète.

A la surface, la comète montre une grande diversité de structures géologiques qui résulte des phénomènes d’érosion, d’effondrement et de redéposition de la poussière, ainsi que des signes de fractures. Sont également observées des séries de petites boules alignées d’environ 3 mètres de diamètre. Selon la théorie de Safronov, elles pourraient constituer comme les "atomes" de la comète, qui se serait formée par accrétion des boules. En revanche, les images ne montrent pas d’observation directe de la glace, qui doit être située à quelques centimètres en dessous de la surface.

Les recherches ont également permis d’établir un rapport poussière/gaz de 4 ±2 et un rapport poussière/H2O de 6 ±2. « Il y a plus de matière solide que ce que l’on croyait, » conclue Jean-Loup Bertaux.

 

VIRTIS : en quête des acides aminés

Des groupement carboxyles caractéristiques des acides aminés

Stricto-sensu, un matériau pour être dit organique doit contenir du carbone, de l’oxygène, de l’azote et de l’hydrogène. Les mesures de spectroscopie de VIRTIS dans le spectre de 0.25 à 5 microns (visible et infrarouge) indiquent la présence de macromolécules contenant des liaisons carbone-oxygène (C-O) et carbone-hydrogène (C-H). La liaison azote-hydrogène (N-H), essentielle pour conclure à la présence d’acides aminés, n’est quant à elle pas détectée à l’heure actuelle. Mais les indices positifs s'accumulent : des acides carboxyliques - dont le groupe carboxyle (-C(O)OH) est présent dans les acides aminés - ou des produits dérivés ont ainsi été mis en évidence.

En abondance à la surface de la comète, ces matériaux sont intimement liés aux minéraux, de sorte que l’on ne peut pas parler à proprement dit de "roche".« Il n’y a pas d’équivalent sur terre à priori. D’une certaine façon, les gaz de schiste constituent aussi un mélange relativement intime entre de l’organique et du minéral, ce n’est pas pour autant la même chose que ce que l’on voit sur Tchouri », a expliqué lors de la conférence de presse Dominique Bockelée-Morvan.

En outre, «  La composition homogène de la comète montre que la matière organique est intrinsèque à celle-ci. La matière organique est née dans le système solaire primitif et non au cours de la vie de la comète. Une idée d’autant plus probante que la glace à la surface s’en va au fur et à mesure ». Les molécules organiques présentes sur la comète le sont donc depuis 4,5 milliards d'années, depuis la formation de Tchouri dans la nébuleuse protosolaire.

A l’instar de la caméra OSIRIS, les mesures montrent qu’aucune zone riche en glace de taille supérieure à une vingtaine de mètres  n’est observée dans les régions illuminées par le Soleil. VIRTIS a mesuré un albedo (pouvoir réfléchissant d'une surface) égal à 6 %, un résultat également trouvé par OSIRIS, contre 34 %  pour la Terre.

 

 

 

Sur l'image, la composition de la surface de la comète est très homogène, avec une différence au niveau du cou (en rouge, la matière orgnanique, en bleu, la glace).

 

Miro prend la température de la comète

Un dégazage de 1 litre par seconde

L’instrument MIRO est un petit rédiotéléscope opérant à 0,5 et 1,8 mm de longueur d’onde préréglé aux fréquences de l’eau, de l'ammoniac, du monoxyde de carbone et du méthanol. II permet de sonder sous la surface jusqu’à 10 fois sa longueur d’onde, soit jusqu’à une dizaine de centimètres. Il a ainsi permis aux chercheurs d’établir une carte de la température de la proche sous-surface, qui montre des variations saisonnières et diurnes de température, la température la plus basse étant atteinte sur la face non ensoleillée ( - 250°C). « La température d’une région correspond à son ensoleillement. Cette observation est compatible avec le fait que la surface de l’objet est extrêmement poreuse, ce qui lui donne une très faible inertie thermique », précise Dominique Bockelée-Morvan.



   Carte de température de la proche sous-surface du noyau                                                                                                             mesurée par l'instrument MIRO (cliquer dessus pour agrandir)

L’instrument permet également d’évaluer le rythme de dégazage de la comète, en train d’accélérer. Equivalent à un verre d’eau par seconde en juin, il approche de un litre par seconde actuellement.

 

RPC-ICA retrace l’évolution de la magnétosphère cométaire

En utilisant le spectromètre de masse RPC-ICA, les chercheurs ont étudié la naissance de la chevelure et des queues de la comète. Tchouri a deux queues, d’une part, la queue de plasma, d’autre part, la queue de poussière. La queue de plasma prend une direction antisolaire à cause du vent solaire, de même que la queue de poussière mais qui se courbe également.

                         Image de la comète Hale Bopp en 1997,
et schéma des positions respectives des queues de la comète (cliquer dessus pour agrandir).

Les chercheurs ont également retracé l’évolution des ions aqueux de la comète, leur permettant ainsi d’expliquer la naissance de la magnétosphère de Tchouri (voir schéma en dessous). Alors que la comète s’approche, des molécules d’eau sont libérées grâce à la sublimation, puis ionisées par le rayonnement ultraviolet du soleil. A présent chargées positivement, elles sont accélérées par le champ électrique du vent solaire, et sont détectées par l’instrument RPC-ICA. Le vent solaire est alors dévié en direction opposée à celle des ions H2O. Finalement, des frontières marquées se forment. Elles protègent l’atmosphère de la comète du vent solaire. Le phénomène est aussi observé pour les planètes dépourvues de champ magnétique et affecte probablement les exo-planètes proches de soleils jeunes.

Bilan schématique de la naissance de la magnétosphère de la comète (cliquer dessus pour agrandir).

 

Un survol à 6 km annoncé le 14 février

D'ici-le réveil de Philae, la sonde continue à étudier la comète. Elle s’en est déjà approchée de 10 km et pourrait selon l’annonce en début d’année de Jean-Jacques Dourdain, le patron de l’ESA, survoler la comète à 6 km la 14 février prochain. Un survol à haut risque car plus la sonde est proche de la comète, plus elle risque de rencontré les grains de pousssières qui s’échappent de la comète. Le site web du CNES explique que Rosetta s’éloignera d’abord à 140 km du noyau pour s’en rapprocher ensuite à 6 km, à l’intérieur de la chevelure de gaz et de poussière. Outre l’étude plus approfondie  des grains de poussières, Rosetta pourra peut-être prendre des images plus détaillées de l’endroit où est situé Philae, de manière à bien préparer son réveil.

 

 

 

 

 

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