30 Juillet 2015

Mission Rosetta-Philae : Tchouri se révèle… Différente !

Des chercheurs français publient ces jours-ci une série de 8 articles dans la revue américaine « Science », des résultats surprenants issus des 1eres données de Philae à la surface de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko.

La mission de rendez-vous cométaire Rosetta a offert, grâce à l’atterrissage du module Philae le 12 novembre 2014, une opportunité exceptionnelle : celle de l’étude in situ d’un noyau cométaire (de sa surface à sa structure interne), 67P/Churyumov-Gerasimenko (alias Tchouri). Elle est susceptible de faire progresser la compréhension de ces petits corps célestes témoins des origines du système solaire. Les mesures réalisées du 12 au 14 novembre 2014 (pendant les 63 h qui ont suivi sa séparation d’avec Rosetta) par les 10 instruments de l’atterrisseur Philae ont complété les observations effectuées par l’orbiteur Rosetta. Et son arrivée mouvementée sur la comète a même été source d’informations supplémentaires.


Noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (il mesure 5 km de diamètre).  Crédits : ESA.

Des molécules organiques inédites

25 min après le contact initial de Philae avec le noyau de la comète, COSAC (Cometary sampling and composition experiment) a réalisé une 1ere analyse chimique, en mode « renifleur », c’est-à-dire en examinant les particules entrées passivement dans l’appareil. Ces particules proviennent vraisemblablement du nuage de poussière produit par le premier contact de Philae avec le sol. 16 composés ont pu être identifiés, répartis en 6 classes de molécules organiques (alcools, carbonyles, amines, nitriles, amides et isocyanates). Parmi eux, 4 sont détectés pour la 1ere fois sur une comète (l’isocyanate de méthyle, l’acétone, le propionaldéhyde et l’acétamide).

Ces molécules sont des précurseurs de molécules importantes pour la vie comme les sucres, les acides aminés, ou les bases de l’ADN. Mais la présence éventuelle de ces composés plus complexes n’a pas pu être identifiée sans ambigüité dans cette première analyse ; de plus la température n’était sans doute pas suffisante pour que ces composés se subliment et soient recueillis par COSAC. Par ailleurs, quasiment toutes les molécules détectées sont des précurseurs potentiels, produits, assemblages, ou sous-produits les uns des autres, ce qui donne un aperçu des processus chimiques à l’œuvre dans un noyau cométaire et même dans le nuage protosolaire, aux premiers temps du système solaire.

COSAC a identifié un grand nombre de composés azotés, mais aucun composé soufré, contrairement à ce qu’avait observé l’instrument ROSINA, à bord de Rosetta. Cela suggère que la composition chimique diffère selon l’endroit échantillonné.

De son côté l’instrument PTOLEMY a détecté les composants principaux de la « chevelure » de la comète, comme la vapeur d’eau, mais aussi des composés carbonés comme le formaldéhyde, qui est lui aussi un des précurseurs des molécules prébiotiques.



COSAC est un chromatographe en phase gazeuse couplé à un spectromètre de masse pour identifier les molécules organiques du noyau cométaire. Au centre de l’image sont représentés les 2 réservoirs du gaz vecteur (hélium), le chromatographe en bas et le spectromètre de masse sur la droite. Crédits : équipe COSAC/MPS.


Des amas de matière organique dès l’origine

Les caméras de l’expérience CIVA (Comet infrared and visible analyser) ont révélé que les terrains proches du site d’atterrissage final de Philae sont dominés par des agglomérats sombres qui sont vraisemblablement de gros grains de molécules organiques. Les matériaux des comètes ayant été très peu modifiés depuis leurs origines, cela signifie qu’aux premiers temps du système solaire, les composés organiques étaient déjà agglomérés sous forme de grains, et pas uniquement sous forme de petites molécules piégées dans la glace comme on le pensait jusqu’à présent. Ce sont de tels grains qui, introduits dans des océans planétaires, auraient pu y favoriser l'émergence du vivant.

 

Des terrains variés cachant un intérieur plutôt homogène

L’atterrisseur a d’abord touché la surface à un endroit baptisé Agilkia, et a ensuite rebondi plusieurs fois avant d’atteindre le site nommé Abydos. La trajectoire de Philae et les données enregistrées par ses instruments montrent qu’Agilkia est composé de matériaux granuleux sur une vingtaine de centimètres, tandis qu’Abydos a une surface dure.

Par contre, l’intérieur de la comète parait plus homogène que prévu par les modèles. L’expérience radar CONSERT (Comet nucleus sounding experiment by radio transmission) donne, pour la première fois, accès à la structure interne d’un noyau cométaire. Le temps de propagation et l’amplitude des signaux ayant traversé la partie supérieure de la « tête » (le plus petit des deux lobes de Tchouri) montrent que cette portion du noyau est globalement homogène, à l’échelle de dizaines de mètres, ce qui est une indication importante pour les modèles de formation des comètes. Ces données confirment aussi que la porosité est forte (75 à 85%), et indiquent que les propriétés électriques des poussières sont analogues à celles de chondrites carbonées (un type de météorites).



Agilkia, 1er site de contact de l’atterrisseur Philae avec le sol cométaire. Crédits : ESA.

Une surface tourmentée

L’expérience CIVA-P (P pour panorama), composée de 7 microcaméras, a pris une image panoramique (360°) du site d’atterrissage final de Philae. Elle révèle que les fractures déjà repérées aux grandes échelles par Rosetta se retrouvent aussi jusqu’à l’échelle millimétrique. Elles sont formées par choc thermique, en raison des grands écarts de température que connait la comète pendant sa course autour du soleil.

 

Des précisions sur la localisation et l’orientation de Philae

Cette image panoramique où apparait par endroits un pied ou une antenne, a aussi révélé la position de Philae. Il repose dans un trou de sa propre taille, couché sur le côté (avec seulement deux pieds sur trois au contact du sol), et entouré de parois qui compliquent son alimentation en énergie solaire et ses communications avec Rosetta.

L’instrument CONSERT a quant à lui déterminé, avec 3 périodes d’observations en visibilité directe entre la sonde Rosetta et Philae, la zone (150 m par 15 m) où se trouve Philae. Cela a facilité la reconstitution de la trajectoire de Philae entre le premier site de contact, Agilkia, et le site d’atterrissage final, Abydos. Puis, en utilisant les signaux qui ont traversé l’intérieur de la comète, CONSERT a réduit l’incertitude sur la localisation de Philae (au bord de la région dénommée Hatmehit) à une bande de 21 m par 34 m.

Le RMOC (Rosetta Mission Operations Centre, à l’ESOC) et le SONC (Science Operations and Navigations Centre) du CNES ont tenté de reconstituer la trajectoire de Philae entre son atterrissage et son arrêt final ; ces 2 reconstitutions sont légèrement différentes, la trajectoire proposée par le SONC montrant un rebond de plus que celle du RMOC, quelques mètres avant l’arrêt final. La position exacte de Philae n’a pas pu être déterminée de manière non ambiguë depuis l’orbite, même si certaines images de la caméra WAC de Rosetta montrent un point assez brillant compatible avec la position indiquée par CONSERT.

Avec les 4 autres articles publiés (portant par exemple sur les propriétés magnétiques et thermiques de Tchouri), ces 1eres mesures à la surface d’une comète renouvellent l’image que l’on avait de ces petits corps du système solaire. Les images sont disponibles auprès de la photothèque du CNRS

Outre le SONC du CNES, 10 laboratoires français sont impliqués dans ces analyses et les publications scientifiques.



1er panorama de Philae réalisé à partir d’images prises au sol par les caméras de l'expérience CIVA le 13 novembre 2014. En surimpression, schéma montrant la position et l’orientation estimées de Philae. Crédits : ESA/Rosetta/Philae/CIVA.

laboratoires français impliqués

-    l’Institut d'astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris Sud)
-    l’Institut de chimie de Nice (CNRS/Université Nice Sophia Antipolis)
-    l’Institut Fresnel Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université/Ecole Centrale Marseille)
-    l’Institut méditerranéen d'océanographie (CNRS/Université de Toulon/IRD/Aix-Marseille Université)
-    l’Institut de planétologie et astrophysique de Grenoble (CNRS/UJF)
-    l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier)
-    le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université)
-    le Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (CNRS/UPMC/UVSQ)
-    le Laboratoire interuniversitaire des systèmes atmosphériques (CNRS/UPEC/Université Paris Diderot)
-    le Laboratoire de planétologie et géodynamique de Nantes (CNRS/Université de Nantes/Université d’Angers)

Rosetta est une mission de l’ESA avec des contributions de ses États membres et de la NASA. Philae, l’atterrisseur de Rosetta, est fourni par un consortium dirigé par le DLR, le MPS, le CNES et l'ASI. Rosetta est la 1ere mission dans l'histoire à se mettre en orbite autour d’une comète, à l’escorter autour du Soleil, et à déployer un atterrisseur à sa surface.