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Ce que nous a appris la mission Rosetta

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La comète Tchouri, le 9 février. L'hémisphère sud est plongé dans l'ombre.
La comète Tchouri, le 9 février. L'hémisphère sud est plongé dans l'ombre.
- ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0

Quelles nouvelles de la mission Rosetta, depuis que l'attachant petit robot Philae a été débarqué par la sonde spatiale, sur le dos de la comète Tchouri le 12 novembre 2014 ? Avec l'astrophysicien Francis Rocard, le point sur les données récoltées et les futures potentielles révélations.

Que nous a appris la mission Rosetta depuis que Philae, le petit robot, a été débarqué par la sonde spatiale sur la comète Tchouri, Churyumov-Gerasimenko, de son nom savant, en novembre 2014 ? Eclairages de l'astrophysicien Francis Rocard, responsable des programmes d’exploration du système solaire au Centre national d’études spatiales (CNES).

La formation du système solaire

Que sait-on de la manière dont s'est formé le système solaire ? L'hypothèse la plus défendue, depuis le XVIIIè siècle jusqu'à aujourd'hui, est celle de la "nébuleuse solaire" : une petite partie d'un nuage interstellaire géant aurait connu un effondrement gravitationnel qui l'aurait conduit à se fragmenter en plusieurs nuages plus petits. Ces corps étant réduits, leur vitesse de rotation augmente (loi de conservation) et ces nuages s'aplatissent : c'est dans ces disques protoplanétaires que se seraient constitués les planétésimaux, qui se seraient ensuite attirés gravitationnellement pour former nos planètes.

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La mission Rosetta a-t-elle permis de glaner des éléments capables d'étayer cette théorie ?

"Le grand objectif d’étudier les comètes c’est de remonter à la formation du système solaire. " En effet, les comètes en sont les objets les plus primitifs ; âgées de 4,6 milliards d’années, elles sont constituées d'une matière qui, glacée, n’a pas évolué.

Avec la mission Rosetta, l'Agence spatiale européenne (ESA) espère pouvoir avoir accès à un matériau présolaire capable de consolider cette hypothèse du nuage initial :

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L'un des objectifs de la mission est de comprendre comment se sont formés ces premiers blocs de matière, appelés les planétésimaux ("qui sont une prédiction théorique, on n'en a jamais vu !", insiste Francis Rocard).

Or, sur la comète Tchouri, les parois de certaines dépressions présentent une surface pommelée : "On a parlé de chair de poule, goosebumps en anglais. On se demande si on n’observe pas des reliques de la façon dont la comète s’est formée... " La notion théorique des planétésimaux serait elle enfin vérifiée ?

La provenance de l'eau terrestre

A ses origines, et durant 600 millions d'années, la Terre a subi un bombardement massif de comètes et d'astéroïdes. Or, ceux-ci sont très riches en eau. Cette eau ne constituerait-elle pas tout ou partie de l'eau terrestre ? Grande question que se pose la communauté scientifique.

La mission Rosetta l'a-t-elle éclairée sur ce point ?

Il existe deux familles de comètes, qui se distinguent l'une de l'autre par l'endroit où elles se sont formées. Il y a tout d'abord celle du nuage de Oort, une boule située à mi-chemin entre le Soleil et les étoiles les plus proches, et dont les comètes se seraient formées dans la zone Jupiter-Saturne : "C’est Jupiter qui les a expulsées dans le nuage de Oort. C'est une planète massive qui a une force d’expulsion plus importante que le reste ", explique Francis Rocard.

L’autre famille de comètes est située aux confins du système solaire, dans la région de Pluton. C'est la ceinture de Kuiper qui, contrairement au nuage de Oort, se trouve dans le plan des planètes. Y gravitent de très nombreux astéroïdes dont certains atteignent la taille de Pluton, tandis que la taille d'une comète est plus modeste : entre 1 et 10 km.

C'est à cette deuxième famille qu'appartient Tchouri. "On a essayé de trouver des différences entre ces deux classes, Kuiper et Oort, notamment par la mesure du d/h, le rapport deutérium sur hydrogène, tel que Rosina * [le « nez » de la sonde Rosetta NDLR] l’a mesuré sur la comète Tchouri… avec un résultat surprenant* ", relate Francis Rocard. Un résultat qui, s’il est avéré, donne des indices sur… la provenance de l’eau de la Terre.

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"Dans les comètes, il y a de la glace d'eau, de CO2, de CO, de CH4. Mais ce sont aussi les objets les plus riches en matière organique. Or l'eau et la matière organique sont les deux ingrédients pour former la vie. Les comètes ont pu apporter ces deux éléments, et notamment les chaînes carbonées, déjà présentes dans les comètes. Si elles arrivent sur Terre, une partie du chemin est fait pour qu'en phase liquide, dans nos océans bien tièdes, ces molécules réagissent, forment des molécules prébiotiques, et ensuite, forment le vivant." Francis Rocard

La composition du noyau cométaire

C'était l'un des objectifs les plus importants de la mission Rosetta : en savoir plus long sur la composition du matériau solide d'une comète grâce, notamment, à une carotte que devait prélever Philae peu de temps après son arrivée sur le sol cométaire. Finalement... "c’est peut être là où on a le moins avancé ", regrette Francis Rocard.

Car Philae n'a pas su établir la "vérité terrain ", le forage n'ayant pas fonctionné. "Il a foré dans le vide. Il semblerait qu’on n’ait pas eu de chance, la foreuse est arrivée tout près de la matière, mais malheureusement s’est arrêtée à côté. "

Rien de perdu pourtant : la sonde spatiale Rosetta dispose elle aussi d'un instrument capable de mesurer la composition du matériau solide de Tchouri : Cosima, son "nez", qui collecte les grains depuis Rosetta et, en tirant dessus au canon à rayons, réalise de la spectrométrie de masse pour en mesurer la composition.

Jusque là, plusieurs milliers de grains ont été collectés ("grâce à une caméra, on dispose même de belles images "). Par contre, l’instrument a de petits soucis : les premiers spectres obtenus présentent des anomalies :

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Les scientifiques espèrent que quand Philae se réveillera, un peu avant l’été, ils auront la capacité de le faire pivoter de manière à rapprocher sa foreuse de la surface cométaire pour retenter l'opération. Le problème étant que le robot n’est pas ancré : "Dès que la foreuse va toucher le sol, Philae risque de basculer en arrière. S'il se retrouve sur le dos, là où il y a ses antennes de communication, Philae ne communiquera plus, donc Philae sera mort. Ça complique un petit peu les choses… "

Par contre, à toute chose malheur est bon : les rebonds de Philae ont permis l’analyse de trois sites, dans la mesure où ils ont soulevé de la poussière qui s’est déposée sur le petit robot. Coup de chance ? Il se peut que ces grains aient été captés par Cosac, l'instrument destiné à analyser... les gaz ! Et que leur sublimation ait permis à cet instrument de délivrer des informations sur leur composition :

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Quant à dire ce qui a été révélé grâce à cette pyrolise… : "C’est prématuré. D’abord parce que je ne suis pas dans l’équipe de Cosac. Attendons les conclusions. Ce qui se dit dans les couloirs peut, on l’a vu dans d’autres cas, concernant Mars par exemple, engendrer des rumeurs qui s’avèrent fausses. Il faut une analyse poussée pour éviter les « faux positifs ». "

"Est ce qu'on a des chaînes cycliques de type benzénique, ou des longues chaines linéaires ? On n'en sait rien et finalement, peut-être qu'on va avoir un peu des deux. Ce sera une information, que nous n'avons pas aujourd'hui." Francis Rocard

L'effet cocotte minute : une comète poreuse

Au fait, à quoi ressemble une comète ? S'agit-il d'un corps en activité ? Commençons donc par nous intéresser à la densité de la comète Tchouri… "La déviation d’un corps par un autre corps nous permet de mesurer sa masse, c’est assez classique ", explique Francis Rocard. Grâce aux lois de Newton, la masse de la comète a donc pu être mesurée avec précision au moment de l'approche : Tchouri (qui mesure environ 4 kilomètres sur 3,5), pèse environ 10 milliards de tonnes. Il suffit ensuite de faire le rapport entre cette masse et le volume pour obtenir la masse volumique, donc la densité. Celle de Tchouri, encore un peu imprécise du fait que la partie sud de la comète étant dans l’ombre, il existe une incertitude sur son volume complet, est de 470 kilogrammes par mètre cube. "C'est la moitié de la densité de l’eau liquide. Donc la comète flotterait de plus de la moitié si on la mettait dans l'eau. Ce n'est pas une grande surprise ! Les comètes sont des corps de faible densité. On aboutit à une porosité, une fraction entre le plein et le vide qui serait de 70 à 80%. C’est énorme. "

Enorme, mais pas étonnant. Par définition, une comète est un corps actif, qui perd du matériel : essentiellement des grains, mais aussi de la glace qui passe en phase gazeuse. "C’est une cocotte minute ! Dans votre cocotte minute, c’est l’eau liquide qui passe en phase gazeuse. Là c’est la glace. " Une géologie très particulière :

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"Nettoyer, balayer ! " La mesure du rapport gaz/ poussière de Tchouri, tout juste publiée, nous apprend que la comète est composée de quatre fois plus de grains que de gaz. "Si vous éjectez toute cette matière, il reste du vide. " Et cette porosité n'est pas étrangère au fait que plusieurs cercles ont été découverts à la surface de Tchouri, dus à des effondrements de matière.

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Une géographie très contrastée

Seth, Imhotep, Anubis, Hapi (le cou de la comète)... Les scientifiques ont tiré un plan sur la comète, attribuant des noms d'anciens dieux égyptiens aux dix-neuf régions qu'ils ont délimitées. Et elles sont loin de se ressembler. Certaines sont planes, d'autres, rocheuses, d'autres abritent de véritables falaises. Certains sont poussiéreuses, d'autres encore, brillantes à cause de la glace... Francis Rocard décrypte cette géographie très diversifiée :

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La comète Churyumov-Gerasimenko
La comète Churyumov-Gerasimenko

Une géographie qui risque d'être chamboulée dans les jours à venir... En effet, d'après la caméra Osiris, c’est l’hémisphère sud, que l’on connaît très peu du fait de l’axe de la comète, qui sera orienté vers le soleil au périhélie (moment où Tchouri sera la plus proche du soleil).

On assistera alors à un surcroît d’activité qui, d'après l'astrophysicien, va augmenter d’un facteur 100 ou 1000 avant d'être à son apogée mi-août.

La partie sud de la comète va donc beaucoup chauffer : "On a estimé des taux d’érosion de la surface de cet hémisphère qui, sur un passage complet, seraient de l’ordre de 20 mètres. Pour l’instant elle est dans l’ombre. Et la partie que nous voyons actuellement, l’hémisphère nord, a des taux d’érosion extrêmement faibles, de l’ordre du mètre. "

Tout va donc basculer. A partir de mai, la comète va varier. Il sera intéressant de savoir ce qu'il y a sous la surface qui va disparaître, partir dans la coma, la chevelure de Tchouri.

Une érosion due au dégazage qui, lors des précédents passages au périhélie de Tchouri, a aussi laissé des traces... dans l'espace ! En effet, lors de l'approche, entre 150 et 600 kilomètres de la comète, les scientifiques ont eu la surprise de découvrir de gros grains. Les instruments, dont la caméra Osiris, ont même détecté que certains mesuraient deux mètres.

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Un bouclier magnétique

Une autre surprise, car si le phénomène était connu d'un point du vue théorique, personne, jamais, n'avait été témoin du mécanisme en train de se former. Et pour cause, jamais une comète n’avait été escortée au moment où elle arrivait près du soleil.

Ce mécanisme, imputable à la physique des plasmas, c'est la formation d'un bouclier magnétique autour de Tchouri :

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• #JeSuisChiral

La chiralité
La chiralité

Enfin, une question intéressante et amusante, à laquelle, la mission Rosetta apportera peut-être ses réponses : celle de la chiralité. "Qu’est ce que c’est ? C’est le fait que ma main droite et ma main gauche sont symétriques dans un miroir. Je ne peux pas les superposer. Vous avez la même chose avec certaines molécules qui sont chirales, symétriques dans un miroir. "

Il s'agit de chimie un peu compliquée, mais le vivant traite la chiralité à sa manière :

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Le futur de la mission Rosetta

Le 14 février aura lieu un survol à 6 kilomètres d’altitude seulement, prévu de très longue date : "ça correspond à des tas de mesures scientifiques liées à des instruments de Rosetta. Passer dans des jets, mesurer les gaz qui sortent au niveau des jets, leur vitesse, la quantité de grains... "

L'idée est aussi de prendre des photos rapprochées de la comète. Un survol donc, qui n'est pas dédié à la recherche de Philae, qu'on sait à l'ombre mais dont on ignore l'exacte localisation : "Il faudrait faire un survol très particulier, ce qui n’est pas intéressant pour les images. Or, là, on va se mettre opposé au soleil, on va optimiser pour avoir les images les mieux éclairées possibles. "

L'activité de la comète n'allant pas cesser d'augmenter, ce genre de survol ne pourra pas être réitéré avant fin 2015, voire 2016. Trop dangereux, estime l’équipe de Darmstadt (Allemagne), qui pilote Rosetta.

"L’intérêt de localiser Philae c’était de mieux déterminer les rochers sur lesquels il est calé. Ça nous permettrait de mieux modéliser l’ensoleillement de Philae et déterminer un peu mieux la date à laquelle il va se réveiller. Aujourd’hui, on a de grandes incertitudes de plus ou moins un mois. Ce sera probablement avant l’été. On va devoir se mettre dans une configuration d’écoute de Philae, jusqu’à ce qu’il veuille bien nous parler." Francis Rocard

Philae, qui est dans l’hémisphère sud, se réveillera normalement autour du périhélie, quand l’hémisphère sera exposé au soleil : "de juillet à septembre, octobre, mais pas beaucoup plus ."

Alors que les scientifiques craignaient, avant le largage de Philae sur Tchouri, que Philae ne meure de chaud au printemps 2015, ils sont aujourd'hui persuadés que le robot va, à l'inverse, mourir de froid, ne s'étant pas posé à l'endroit initialement prévu. Francis Rocard revient sur le sort de Philae :

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Atterrissage de Philae sur la comète Churyumov-Gerasimenko
Atterrissage de Philae sur la comète Churyumov-Gerasimenko

Un peu tôt donc, pour tirer des conclusions de synthèse de toutes ces informations : "on n'a pas encore digéré tout ça ".

Durant les prochains mois, les scientifiques vont tenter de compléter leurs données par toutes sortes de manoeuvres plus ou moins risquées, surtout pour Philae : "Il va falloir prendre des risques, minimums au début. Le fait que Philae ne soit pas ancré est un danger. Dès qu’on fait le moindre mouvement, on pèse quelques grammes, donc on se met à voler dans l’espace et on se redépose. "

Alors que les harpons destinés à ancrer Philae n'ont pas pu être tirés lorsque le robot a touché le sol cométaire, certains spécialistes encouragent a rententer la manoeuvre. Un problème cependant, le sol est rasant : "La crainte c’est que les harpons ne pénètrent pas dans le sol mais rebondissent, et là ce serait une catastrophe : action, réaction, au moment où on tire les harpons, Philae part en arrière. Et si les harpons ne s’ancrent pas, on va se retrouver telle une tortue sur le dos, et ce sera la fin de Philae. Ce type d’activité, on le fera plutôt vers la fin quand tout ce qu’on aura fait sans trop de risques aura été réalisé. "