ESPACE

Rosetta : Les surprises de Tchouri

 

SCIENCES ET AVENIR

par Audrey Boehly

 

Philae ne séjourne décidément pas dans un environnement riant. Le petit « lander » largué par la sonde Rosetta sur la comète Tchouri sommeille actuellement dans un paysage désolé, aride… mais varié. La surface de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko se pare en effet d’une grande variété de structures. On y trouve des puits, des falaises, des « boules », des fractures et de vastes plaines. Cette géographie est désormais mieux connue des ingénieurs de l’ESA grâce aux nouvelles images produite par l’instrument OSIRIS, qui équipe Rosetta.

Pas d’atmosphère, pas de vent… mais des dunes !

Comment expliquer ces paysages ? À vrai dire, difficilement, comme le concédait lors d’une conférence de presse du 21 janvier 2015 Jean-Loup Bertaud, l’un des « pères » de l’instrument OSIRIS qui équipe Rosetta« On ne comprend pas tout. C’est même un euphémisme pour dire qu’on ne comprend rien ! ». Pour mieux s’y retrouver, les chercheurs ont découpé la surface de la comète en 19 régions, chacune baptisée du nom d’une divinité égyptienne. Dans un article publié aujourd’hui dans le magazine Science, les astrophysiciens éclairent quelques-uns des mystérieux reliefs observés sur Tchouri.

Les images d’OSIRIS ont permis de produire une carte précise de Tchouri, les régions ont été baptisées de noms égyptiens. Crédit ESA.

BOULES. On observe à la surface de l’astre des blocs d’environ 3 mètres de diamètre. « Leur présence corrobore l’une des théories sur l’accrétion de la matière dans le système solaire primitif, il y a plus de 4 milliards d’années« , explique Jean-Loup Bertaud. Selon cette théorie, les grains de poussière interstellaire se seraient agrégés sous forme de « boules » de diamètre semblable à celles observées sur Tchouri. Ces dernières se seraient ensuite assemblées en petits corps, « cométésimes » (contenant de la glace) ou « planétésimes » (qui ont ensuite donné naissance au planètes).

PUITS. A la surface de Tchouri, on observe d’étranges puits d’une centaines de mètres de diamètre, et parfois de la même profondeur. Certains sont inactifs, mais d’autres sont la source de jets cométaires qui s’échappent de la comète. Reste à savoir comment se sont formés ces mystérieux gouffres.

FAILLES. Des lignes de fractures sont visibles, notamment dans le »cou » de la comète (sa forme évoque celle d’un canard de bain). Certaines de ces cassures sont peut-être dues aux chocs thermiques entre jours et nuits, la température passant de -90 °C à -40 °C. Ces lignes sont-elles le signe que la comète va se séparer en deux ? Une hypothèse plausible selon Jean-Loup Bertaud.

DUNES. Les dunes constituent l’une des surprises du paysage « tchourien ». La comète est en effet dépourvue d’atmosphère. Or sans vent, il n’y a normalement pas de dunes. Pour expliquer leur présence, les astrophysiciens estiment qu’à mesure que la comète s’approche du Soleil, les grains de poussière de la comète sont éjectés, en raison de la sublimation des glaces du noyau cométaire. Certains grains sont projetés dans l’espace, mais d’autres n’ont pas une vitesse suffisante pour échapper à la micro-gravité de la comète. Lorsqu’ils retombent, ils heurteraient certains obstacles sur lesquels ils finiraient par s’accumuler, formant ainsi des dunes.

CRATÈRE. Enfin, les ingénieurs n’ont jusqu’à présent repéré qu’un – et un seul – cratère d’impact sur Tchouri. Logique selon Jean-Loup Bertaud, puisqu’à chaque passage près du Soleil la comète perd 2 mètres d’épaisseur en surface, faisant ainsi peau neuve.

 

Tchouri photographiée par Rosetta à huit kilomètres de distance

Cette image prise par OSIRIS date du 14 octobre 2014. © ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Sur Rosetta

Dans la région baptisée Maftet, un puits © ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

 

 

Rosetta photographie Tchouri (image diffusée le 22 janvier)

Prise de vue OSIRIS © ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Sur Rosetta

Certains des matériaux clairs pointés par des flèches © ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Dune de Rosetta

Sur cette photo prise le 23 août 2014 par OSIRIS, les « dunes » de Tchouri © ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Rosetta photographie la région d'Imhotep, sur le gros lobe de Tchouri

La région d’Imhotep, sur le gros lobe de Tchouri. © ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

 

 

 

 

CNRS

De forme surprenante en deux lobes et de forte porosité, le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (surnommée Tchouri) révèle une large gamme de caractéristiques grâce aux instruments MIRO, VIRTIS et OSIRIS de la mission Rosetta de l’ESA, à laquelle participent notamment des chercheurs du CNRS, de l’Observatoire de Paris et de plusieurs universités1, avec le soutien du CNES. Au nombre de sept, leurs études, publiées le 23 janvier 2015 dans Science, montrent également que la comète est riche en matériaux organiques et que les structures géologiques observées en surface résultent principalement de phénomènes d’érosion. L’instrument RPC-ICA a quant à lui retracé l’évolution de la magnétosphère de la comète alors que l’instrument ROSINA cherche les témoins de la naissance du Système Solaire.

Le noyau de 67P/Churyumov-Gerasimenko
Les images de la comète 67P prises par la caméra OSIRIS montrent une forme globale inhabituelle composée de deux lobes séparés par un « cou » dont l’origine demeure inexpliquée. Sa surface de composition globalement homogène présente une grande diversité de structures géologiques qui résultent des phénomènes d’érosion, d’effondrement et de redéposition. L’activité de la comète, surprenante à grande distance du soleil, se concentre actuellement dans la région du « cou ». L’ensemble des images a permis de réaliser un modèle en trois dimensions de la comète et la topographie détaillée du site original d’atterrissage de Philae. Combiné avec la mesure de la masse, ce modèle a donné la première détermination directe de la densité d’un noyau cométaire qui implique une très forte porosité. Ce modèle fournit également le contexte « cartographique » pour l’interprétation des résultats des autres expériences.

OSIRIS


© ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Exemple de trou circulaire observé sur le noyau de la comète 67P. L’augmentation du contraste révèle la présence d’activité. Image prise par la caméra OSIRIS-NAC le 28 août 2014 depuis une distance de 60 km, avec une résolution spatiale de 1 m/pixel.


Les propriétés de surface de 67P/Churyumov-Gerasimenko
L’instrument MIRO a permis aux chercheurs d’établir une carte de la température de la proche sous surface de 67P. Celle-ci montre des variations saisonnières et diurnes de température qui laissent supposer que la surface de 67P est faiblement conductrice au niveau thermique, en raison d’une structure poreuse et peu dense. Les chercheurs ont également effectué des mesures du taux de production d’eau de la comète. Celui-ci varie au cours de la rotation du noyau, l’eau dégagée par la comète étant localisée dans la zone de son « cou ».

MIRO


© Gulkis et al.

Carte de température sous la surface du noyau (en iso-contours) mesurée par l’instrument MIRO. L’illumination de la surface du noyau est représentée en arrière-plan. Les plus basses températures (-250 °C, en bleu) sont sur la face non ensoleillée (à gauche sur la figure).


Une comète riche en matériaux organiques
VIRTIS a fourni les premières détections de matériaux organiques sur un noyau cométaire. Ses mesures de spectroscopie indiquent la présence de divers matériaux contenant des liaisons carbone-hydrogène et/ou oxygène-hydrogène, la liaison azote-hydrogène n’étant pas détectée à l’heure actuelle. Ces espèces sont associées avec des minéraux opaques et sombres tels que des sulfures de fer (pyrrhotite ou troïlite). Par ailleurs, ces mesures indiquent qu’aucune zone riche en glace de taille supérieure à une vingtaine de mètres n’est observée dans les régions illuminées par le Soleil, ce qui indique une forte déshydratation des premiers centimètres de la surface.

VIRTIS


© ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS/OBS DE PARIS-LESIA/DLR

La composition de la surface de la comète est très homogène avec une petite différence au niveau de la région du cou qui serait peut-être en glace.


La naissance de la magnétosphère d’une comète
En utilisant l’instrument RPC-ICA (Ion Composition Analyser), les chercheurs ont retracé l’évolution des ions aqueux, depuis les premières détections jusqu’au moment où l’atmosphère cométaire a commencé à stopper le vent solaire (aux alentours de 3,3 UA2). Ils ont ainsi enregistré la configuration spatiale de l’interaction précoce entre le vent solaire et la fine atmosphère cométaire, à l’origine de la formation de la magnétosphère de « Tchouri ».

67P/Churyumov-Gerasimenko, témoin de la naissance du Système Solaire
Formées il y a environ 4,5 milliards d’années et restées congelées depuis, les comètes conservent les traces de la matière primitive du Système Solaire. La composition de leur noyau et de leur coma donne donc des indices sur les conditions physico-chimiques du système solaire primitif. L’instrument ROSINA de la sonde Rosetta a mesuré la composition de la coma de 67P (la coma, ou chevelure, est une sorte d’atmosphère assez dense entourant le noyau, elle est composée d’un mélange de poussières et de molécules de gaz) en suivant la rotation de la comète. Ces résultats indiquent de grandes fluctuations de la composition de la coma hétérogène et une relation coma-noyau complexe où les variations saisonnières pourraient être induites par des différences de températures existant juste sous la surface de la comète.

ROSINA


© ESA/Rosetta/ROSINA/UBern, BIRA, LATMOS, LMM, IRAP, MPS, SwRI, TUB, Umich (version courte : ESA/Rosetta/ROSINA)

rapport CO2/H2O mesuré par ROSINA sur la comète durant la période du 17 août au 22 septembre 2014


Les poussières de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko
Le détecteur de poussière GIADA a déjà récolté une moisson de données (taille, vitesse, direction, composition) sur les poussières de dimensions de 0,1 à quelques millimètres émises directement par le noyau. En complément, les images d’OSIRIS ont permis de détecter des poussières plus grosses en orbite autour du noyau, probablement émises lors du précédent passage de la comète.Les laboratoires français impliqués dans ces études sont :
• Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/ Aix-Marseille Université)
• Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC/Université Paris Diderot)
• Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/UPMC/UVSQ)
• Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier)
• Laboratoire de physique et de chimie de l’environnement et de l’espace (CNRS/Université d’Orléans)
• Institut de planétologie et astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fourier)
• Laboratoire d’étude du rayonnement et de la matière en astrophysique et atmosphères (CNRS/Observatoire de Paris/UPMC/ENS/Université de Cergy-Pontoise)
• Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris-Sud)
• Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CNRS/Université de Lorraine)

Notes :

1Aix-Marseille Université, UPMC, Université Paris Diderot, UVSQ, Université Toulouse III – Paul Sabatier, Université d’Orléans, Université Joseph Fourier, Université de Cergy-Pontoise, Université Paris-Sud, Université de Lorraine ainsi que l’Ecole Normale Supérieure.
2L’unité astronomique (UA) représente la distance moyenne Terre-Soleil. La valeur de 150 millions de kilomètres est communément admise pour 1 UA.

 

ESA

L’ESA vient de produire une infographie qui résume les propriétés essentielles de la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko, telles que déterminées par les instruments de Rosetta Durant les premiers mois d’observations. L’ensemble des valeurs qui y figure sont présentées et expliquées dans la séries d’articles publiés dans la revue Science du 23 janvier 2015.

esa_infographic_67p_vital_stats

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