juin 2015

Une équipe composée principalement de chercheurs français a démontré que la plupart des poussières interplanétaires qui finissent en micrométéorites à la surface de la Terre sont les objets extraterrestres récoltés les plus représentatifs de la ceinture principale d’astéroïdes et non les météorites comme cela fut longtemps considéré. Elle a montré par la même occasion que ces poussières ont une origine principalement astéroïdale et non cométaire avec des conséquences sur les modèles d’évolution dynamique du système solaire. Cette étude est publiée le 16 juin 2015 dans the Astrophysical Journal.

Les micrométéorites sont des poussières extraterrestres faisant généralement une taille inférieure au millimètre et qui en masse représentent la fraction la plus importante de la matière extraterrestre accrétée par la Terre au cours du temps. Bien que petites, ce sont elles qui sont à l’origine de la plupart des étoiles filantes que l’on observe dans le ciel.

Une équipe menée par un chercheur du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM – CNRS/AMU) a comparée les propriétés spectrales des astéroïdes riches en glace (comme Cérès par exemple, visité en ce moment par la sonde américaine DAWN) avec celles de toutes les classes de météorites et de poussières interplanétaires récoltés sur Terre ou dans la stratosphère. L’étude montre que seules les poussières interplanétaires anhydres sont compatibles avec les propriétés spectrales des astéroïdes riches en glace.

Tout d’abord, ce constat remet en cause le statut de référence des météorites dans la connaissance de la ceinture d’astéroïde, et cela au profit des poussières interplanétaires. Mais aussi, et en conséquence, il faut reconsidérer l’origine que l’on attribuait à ces poussières qui au lieu de provenir principalement des comètes comme on le supposait, proviennent essentiellement de la ceinture principale. En effet la comparaison avec les propriétés spectrales des comètes donne de moins fortes similitudes.

Ainsi la fraction la plus importante de la matière accrétée par la Terre – les poussières interplanétaires – est représentative de la fraction la plus importante des astéroïdes formant la ceinture principale – les astéroïdes glacés. En d’autres termes, la ceinture principale d’astéroïdes est la source principale de la matière accrétée aléatoirement par la Terre ; et les poussières interplanétaires – de part leur diversité spectrale – en sont les meilleures représentantes.

Cette étude résout un malaise de longue date puisqu’aucune roche extraterrestre n’apparaissait comme un analogue convaincant des astéroïdes riches en glaces qui dominent outrageusement (en masse) la ceinture principale. Elle conforte par ailleurs l’aspect cométaire de ces objets ; en effet, certains dégazent comme les comètes (c’est notamment le cas de Cérès) et d’autres possèdent de la glace à la surface (comme 24 Thémis).

**Vue de Ceres à une distance de 13,600 kilometres. Image prise par la sonde Dawn de la NASA.**
*Crédit : NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA*

**Illustration des liens entre les différents groupes de petits corps du systeme solaire (asteroides, cometes) et les deux groupes de matériaux extraterrestres (météorites, IDPs).**
*Crédit : Vernazza et al. 2015 (ApJ)*

Par ailleurs, il faut savoir que, le modèle de Nice de formation du Système solaire prédit grosso modo que des objets du Système solaire externe, tels que les Objets Trans-Neptuniens (TNOs), ont été implantés dans la ceinture principale. De ce point de vue, les présents résultats abondent dans ce sens en apportant une preuve supplémentaire de l’aspect cométaire de ces objets. En se basant sur les modèles récents de l’évolution dynamique du système solaire, il apparait également que les météorites échantillonnent la diversité des planetésimaux qui se sont formés dans la région interne du système solaire (0.5-4 UA) alors que les poussières interplanétaires échantillonnent la diversité des planetésimaux qui se sont formés dans la région externe du système solaire (au delà de 5 UA).

Après plusieurs mois de recherches, les équipes du Laboratoire d’Astrophysique de Marseille, celles du SONC et plusieurs scientifiques impliqués dans les instruments CONSERT et ROMAP pensent avoir retrouvé l’atterrisseur Philae largué sur la comète 67P le 12 novembre dernier.

Libéré de son étreinte mécanique avec l’orbiteur Rosetta le 12 novembre 2014, après une décennie de voyage dans le Système solaire, Philae est tombé sur le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. Si tout s’était déroulé comme prévu, Philae serait toujours actuellement juste à côté du point d’atterrissage visé par les équipes de mécaniques spatiale du SONC (CNES, Toulouse) et baptisé à l’époque Algikia. Mais le propulseur de gaz froid qui devait plaquer l’atterrisseur au sol pendant que ses harpons s’enfonçaient dans la surface pour l’arrimer ne s’est pas déclenché, les harpons n’ont pas fonctionné et Philae a rebondi plusieurs fois durant 2 heures avant d’aller s’encastrer dans un recoin de falaise mal éclairé à plus de 1 km d’Algikia. Ses instruments scientifiques ont pu fonctionner plus ou moins bien, certains tirant profit des rebonds inattendus pour enregistrer des données supplémentaires, d’autres étant handicapés par l’orientation de Philae par rapport à la surface qui ne leur permettait pas de forer et de prélever des échantillons pour analyses, mais, le plus grave, a vraiment été cette dérive vers une région bien moins exposée au Soleil.

**Images OSIRIS-NAC du 22 octobre et des 12 et 13 décembre 2014 montrant la possible détection de Philae dans un repli du terrain (champ de 20 x 20 m environ)**
*Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA*

Philae ne pouvait pas collecter suffisamment d’énergie solaire pour charger sa batterie et prolonger sa mission scientifique qui a donc pris fin avec l’épuisement de sa pile, une soixantaine d’heures après l’arrivée au sol.

Si les images et les mesures réalisées par différents instruments de Rosetta et de Philae ont permis de circonscrire rapidement une zone d’atterrissage de moins de 200 m d’envergure, située non loin de la bordure de la dépression d’Hatmehit sur le petit lobe, retrouver Philae dans ce chaos mal éclairé s’est avéré bien plus incertain. Après des mois d’efforts, et même s’il la probabilité que les chercheurs aient enfin localisé Philae semble très forte, il subsiste malgré tout un doute. Localiser précisément Philae est pourtant primordial pour exploiter pleinement les données récoltées par ses instruments, notamment celles de CONSERT grâce auxquelles les scientifiques auront une compréhension bien plus intime de la structure du noyau. Cela permettra également de déterminer la période à partir de laquelle l’évolution des conditions d’ensoleillement à l’approche du Soleil favorisera le réveil de l’atterrisseur et sa reprise de contact avec l’orbiteur.

**Images prises le 12 novembre 2014 par OSIRIS juste avant et après le 1er rebond de Philae sur le site Algikia ; les heures sont indiquées en TU.**
*Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA*

La quête de Philae

Le 12 novembre 2014 à 15h34 TU, Philae est entré en contact avec la surface du noyau et a rebondi. Ce 1er contact et ce rebond ont été photographiés par la caméra de navigation (NavCam) et par la caméra à haute résolution OSIRIS-NAC de l’orbiteur. Cette dernière a même pu suivre Philae alors qu’il partait en direction de la dépression d’Hatmehit. Sur Philae, la caméra de l’instrument ROLIS a fourni des images de la surface jusqu’à moins de 10 m d’altitude avant le premier rebonds et ROMAP a donné des indications précises sur le champ magnétique mesuré durant les heures suivantes, ce qui a permis de connaître l’heure exacte des différents contacts : 16h20 TU, 17h25 TU et 17h32 TU.

Finalement, une fois Philae immobilisé sur un site inconnu, baptisé depuis Abydos, les caméras de CIVA ont effectué un panoramique montrant son environnement immédiat : il était apparemment coincé à l’ombre d’une sorte de falaise de glace poussiéreuse. Dans les heures qui ont suivi, l’instrument CONSERT, sur Philae et à bord de Rosetta, a réalisé des mesures qui ont été utilisées pour finalement réduire la zone d’atterrissage à une ellipse de 160 x 16 m. Ensuite, la recherche visuelle de Philae a commencé.

**L’ellipse représente la zone d’atterrissage potentielle de Philae après ses rebonds, le 12 novembre 2014. Elle mesure 16 x 160 m.**
*Crédit : ESA/Rosetta/Philae/CONSERT*

Toutes les images réalisées par la NavCam et OSIRIS ont été scrutées pour essayer de retrouver l’atterrisseur, mais rien ne ressemble plus au reflet du Soleil sur un panneau solaire que le reflet du Soleil sur un morceau de glace ! Naturellement, il fallait tenir compte de l’éclairement de la zone et de la résolution des images. Mi-décembre 2014, alors que Rosetta effectuait des survols du petit lobe à près de

18 km de distance, la résolution des images d’OSIRIS-NAC était proche de 34 cm par pixel, donc largement suffisante pour voir Philae dont la partie centrale mesure près de 1 m de large, mais le Soleil éclairait la zone sous un angle de 90° et les ombres étaient très grandes.

L’orientation de l’atterrisseur et le fait qu’il se situait probablement de biais dans un renfoncement du terrain n’ont pas simplifié la tâche des personnes qui se sont attaquées au problème. Durant des semaines, tous leurs efforts ont été vains. Chaque fois qu’un « candidat » était trouvé, une autre image prise sous un angle ou un éclairage différent permettait de l’écarter.

Finalement, un candidat a fini par sortir du lot. Il a été détecté par Guillaume Faury d’AKKA Technologies, une entreprises qui travaille sous contrat pour le Laboratoire d’Astrophysique de Marseille (LAM) et l’Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), en comparant des images prises le 22 octobre à près de 8 km de la surface avec d’autres prises les 12 et 13 décembre à près de 18 km. Pour l’astrophysicien Philippe Lamy (LAM, unité CNRS/Aix-Marseille Université), qui a participé à la conception et à la réalisation de la caméra OSIRIS-NAC et qui a inlassablement recherché Philae : « les images prises avant et après l’atterrissage n’ont pas la même résolution, mais les détails topographiques correspondent, à l’exception d’une petite tache lumineuse que l’on ne voit que sur les images de décembre et qui semble donc être un bon candidat ! De plus, le fait que ce candidat soit visible sur les images prises le 12 et le 13 décembre prouve qu’il ne s’agit pas d’un reflet, d’un artefact sur le capteur électronique, voire d’une poussière passant dans le champ. »

**Gros plan sur la zone de recherche de Philae.**
*Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA*

Éric Jurado, responsable des activités de mécanique spatiale au SONC (Science Operation & Navigation Center, CNES, Toulouse) et ses collègues ont depuis confirmé que ce candidat était à prendre vraiment au sérieux, car sa position est compatible avec les reconstructions de trajectoire qu’ils ont réalisées et avec les critères d’ensoleillement et de visibilité radio qui ont été déterminés depuis novembre. Il se situe légèrement en dehors de la zone calculée à partir des données de CONSERT, mais l’analyse de ces données se poursuit et la zone pourrait être décalée pour tenir compte de l’amélioration du modèle de terrain.

Par ailleurs, il n’est pas impossible que des modifications de la surface soient intervenues entre les images d’octobre et de décembre provoquant l’apparition de nouvelles portions de matériau plus claires, mais cela semble improbable car les conditions d’ensoleillement ont peu varié sur la période.

Seules de nouvelles images à haute résolution de la zone avec un bon éclairage permettraient de trancher, mais les survols rapprochés du noyau sont à présent proscrits à cause de l’accroissement de son activité à l’approche du Soleil. Il faudra donc attendre l’automne et la baisse de cette activité pour revenir à proximité, en espérant que les modifications locales de la surface n’auront pas de facto mis un terme aux recherches en enfouissant Philae ou en le catapultant dans l’espace. À moins, bien sûr, que Philae se réveille et nous dise tout simplement : « je suis là ! »

Devant les météorites, les poussières interplanétaires sont de meilleurs marqueurs pour connaître la ceinture principale d’astéroïdes

On a retrouvé Philae !

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