ESEP

Fin de la mission Rosetta

Severine Raimond — 2016-10-31T14:43:27Z

Rosetta, mission historique de l'ESA, s'est achevée comme prévu par un impact contrôlé de la sonde à la surface de la comète qu'elle accompagnait depuis plus de deux ans.

Le centre de contrôle de l'ESA, à Darmstadt (Allemagne), a déclaré la mission officiellement terminée à 11 h 19 temps universel (13 h 19 heure de Paris), après avoir constaté la perte du signal de Rosetta, au moment de l'impact.

Hier soir, à 20 h 50 temps universel (22 h 50 heure de Paris), Rosetta avait amorcé une trajectoire de collision avec la comète, depuis une altitude d'environ 19 km, exécutant ainsi sa dernière manœuvre. La destination ciblée était située sur le plus petit lobe de la comète 67P/Tchourioumov-Guerassimenko, à proximité d'une zone d'hébergement de fosses actives, dans la région de Ma'at.

Au cours de sa descente, Rosetta a eu l'occasion d'étudier les gaz, les poussières et le plasma à proximité directe de la surface de la comète, et de prendre des clichés à très haute résolution.

Les fosses sont particulièrement intéressantes, car elles jouent un rôle important dans l'activité cométaire et fournissent de précieux indices sur la composition de l'intérieur de la comète.

Les informations collectées lors de la descente vers cette région fascinante ont été envoyées sur Terre avant l'impact. Il n'est désormais plus possible de communiquer avec la sonde.


Les différents sites d'atterrissage: Les sites d'atterrissage de la sonde Rosetta et de son atterrisseur Philae.
Crédits : ESA

Soutenance de thèse de Sophie Musset le lundi 3 octobre 2016 à 10h00

Severine Raimond — 2016-09-19T20:31:20Z

Sophie Musset soutient sa thèse au LESIA le 3 octobre 2016, à 10h, dans la salle de conférence du Château (bâtiment 9) à Meudon. Sa thèse s'intitule : "Accélération et propagation des particules énergétiques dans la couronne solaire : de l'analyse des données de l'instrument RHESSI à la préparation de l'exploitation de l'expérience STIX sur Solar Orbiter"

Résumé de thèse :

Lors des éruptions solaires, une partie importante de l'énergie magnétique disponible dans une région active est transmise aux particules du milieu qui sont accélérées typiquement jusqu'à des énergies de plusieurs centaines de keV à quelques MeV pour les électrons et quelques dizaines de MeV à quelques centaines de MeV pour les ions. Cependant, les détails des processus physiques permettant l'accélération efficace et rapide de ces particules dans l'atmosphère solaire puis leur transport des régions d'accélération jusqu'aux sites d'interaction et d'émission sont encore mal connus. Les travaux réalisés dans cette thèse se situent dans le contexte d'études de l'accélération et du transport des particules (et en particulier des électrons) dans la couronne solaire. Dans une première partie de la thèse, j'ai utilisé les données du satellite RHESSI qui fournit des observations en rayons X permettant de réaliser des diagnostics des électrons énergétiques interagissant dans l'atmosphère solaire. Dans une première étude, j'ai étudié le lien entre les émissions X émises par les électrons énergétiques et les régions de fortes densités de courants électriques mesurés au niveau photosphérique afin d'étudier la relation entre accélération de particules et courants électriques associés à l'énergie magnétique non-potentielle au sein des régions actives. Une évolution quasi-simultanée des émissions X et des courants électriques a également été mise en évidence pour certaines éruptions. Dans une seconde étude, j'ai étudié l'effet du transport des électrons énergétiques dans la couronne en utilisant les capacités de spectro-imagerie de RHESSI. J'ai montré qu'un transport diffusif des électrons dans les boucles coronales permet d'expliquer à la fois les observations X et radio de cette éruption, et que le libre parcours moyen des électrons diminue avec leur énergie. Le deuxième volet de la thèse est axé autour de la préparation de l'expérience de spectro-imagerie X STIX sur Solar Orbiter et je présenterai quelques-uns des travaux auxquels j'ai participés au sein de l'équipe de développement logiciel d'analyses de données.

Des macromolécules organiques détectées par Rosetta dans la comète Churyumov-Gerasimenko

Severine Raimond — 2016-09-07T21:37:34Z

Une équipe scientifique internationale impliquant des chercheurs de l'UPEC, des universités d'Orléans, Paris-Sud et Grenoble-Alpes, et du CNRS a détecté de la matière organique de haut poids moléculaire dans les poussières éjectées par le noyau de la comète.

Ces résultats, issus de l'instrument COSIMA (Mission Rosetta), sont publiés dans la revue Nature et en ligne le 7 septembre 2016.

Les comètes sont parmi les objets contenant le plus de carbone dans le système solaire. La couleur sombre de leur noyau a d'ailleurs souvent été associée à sa présence. Elles ont pu apporter sur la Terre primitive des molécules organiques (à base principalement de carbone, hydrogène, azote et oxygène) qui ont pu jouer un rôle dans l'évolution chimique qui a conduit à l'apparition de la vie sur notre planète. La nature des molécules cométaires pourrait aussi nous aider à déchiffrer l'histoire de la matière depuis son origine dans le milieu interstellaire jusqu'à son incorporation sur Terre. Ainsi, nous comprendrions mieux la formation et l'évolution de notre système solaire dans son ensemble.

L'un des objectifs de la mission Rosetta de l'Agence spatiale européenne (ESA) est de dresser un inventaire le plus complet possible des ingrédients chimiques constituant le noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. L'un des instruments de la sonde, ROSINA, a déjà mesuré une très grande diversité de molécules gazeuses relativement légères dans l'atmosphère de la comète, dont des hydrocarbures, alcools, aldéhydes, ou encore récemment de la glycine. Ces mesures ont été complétées par la détection d'autres molécules en phase gazeuse mesurées à la surface du noyau par les instruments COSAC et PTOLEMY à bord de l'atterrisseur Philae.

L'instrument COSIMA est un spectromètre de masse dédié à l'étude des particules solides présentes dans l'atmosphère cométaire. Il est placé sur la sonde spatiale qui continuera à naviguer à proximité du noyau jusqu'au 30 septembre 2016, date à laquelle la sonde européenne Rosetta terminera sa mission. Depuis août 2014, cet instrument a collecté plusieurs dizaines de milliers de petites particules solides éjectées depuis le noyau de la comète. Certains de ces fragments du noyau ont été analysés à bord de Rosetta.

Les chercheurs ont détecté des macromolécules organiques solides dans les particules de la comète. Cette matière est si complexe qu'on ne peut pas lui attribuer une formule chimique, ni même un nom suivant la nomenclature chimique usuelle. Elle présente des analogies avec la matière organique insoluble contenue dans les météorites carbonées, mais elle contient plus d'hydrogène que celle-ci, ce qui laisse penser qu'elle serait plus primitive. Elle aurait ainsi été moins altérée dans les comètes que la forme présente dans les météorites qui a été chauffée et transformée depuis son origine. Elle résulterait donc de processus présents lors des tout premiers stades de formation du système solaire.

En s'appuyant, entre autres, sur des simulations en laboratoire, les scientifiques s'attendaient aussi à trouver une multitude de molécules organiques, avec des formules dans le prolongement de ce qui a été détecté en phase gazeuse, mais en plus lourd, sous forme solide et avec des structures bien définies. Ces molécules de masses intermédiaires n'ont pour l'instant pas été détectées en phase solide dans les particules cométaires. La discontinuité entre les familles de composés gazeux détectés par les autres instruments de Rosetta, et cette phase organique macromoléculaire mise en évidence par COSIMA, suggèrent qu'il pourrait y avoir plusieurs sources distinctes de matière organique qui ont été mélangées lors de la formation du noyau cométaire. Le fait que les macromolécules détectées soient omniprésentes, et qu'elles soient la seule forme de matière organique détectée à ce jour dans les particules cométaires, sont des indices précieux pour comprendre la formation des comètes et déchiffrer l'histoire des tout premiers temps du système solaire.

Ces travaux ont été financés en grande partie par le CNES et le Labex ESEP.

: Images de deux particules cométaires, appelées Kenneth et Juliette, collectées et analysées par l'instrument COSIMA, et dans lesquelles des macromolécules organiques ont été détectées.
Crédits image : ESA/Rosetta/MPS for COSIMA Team MPS/CSNSM/UNIBW/TUORLA/IWF/IAS/ESA/BUW/MPE/LPC2E/LCM/FMI/UTU/LISA/UOFC/vH&S/ Fray et al (2016)

: Comparaison entre un spectre de masse mesuré par l'instrument COSIMA de la sonde spatiale Rosetta de la particule cométaire Kenneth, et des macromolécules (IOM, Insoluble Organic Matter) extraites de la météorite de Murchison. Les spectres rouges sont mesurés sur les échantillons, et les spectres noirs à proximité, pour références instrumentales. Les IOM météoritiques sont les seules molécules de la bibliothèque de spectres de références de l'instrument présentant une similarité avec les échantillons cométaires. La comparaison entre l'intensité des pics attribués à CH+, CH2+ et CH3+ et l'intensité du pic attribué à C+ dans les deux échantillons laisse penser que la matière cométaire est la plus riche en hydrogène, et donc mieux préservée que la matière météoritique connue à ce jour.
Crédits image : ESA/Rosetta/MPS for COSIMA Team MPS/CSNSM/UNIBW/TUORLA/IWF/IAS/ESA/BUW/MPE/LPC2E/LCM/FMI/UTU/LISA/UOFC/vH&S/ Fray et al (2016)

Contacts Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphériques (LISA)
Nicolas Fray, nicolas.fray lisa.u-pec.fr, 01 45 17 15 43
Hervé Cottin, herve.cottin lisa.u-pec.fr, 06 98 28 98 25

Références :
High-molecular-weight organic matter in the particles of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, Fray, N., Bardyn, A., Cottin, H., Altwegg, K., Baklouti, D., Briois, C., Colangeli, L., Engrand, C., Fischer, H., Glasmachers, A., Grün, E., Haerendel, G., Henkel, H., Höfner, H., Hornung, K., Jessberger, E.K., Koch, A., Krüger, H., Langevin, Y., Lehto, H., Lehto, K., Roy, L.L., Merouane, S., Modica, P., Orthous-Daunay, F.-R., Paquette, J., Raulin, F., Rynö, J., Schulz, R., Silén, J., Siljeström, S., Steiger, W., Stenzel, O., Stephan, T., Thirkell, L., Thomas, R., Torkar, K., Varmuza, K., Wanczek, K.-P., Zaprudin, B., Kissel, J. and Hilchenbach, M. Nature, 2016, (http://dx.doi.org/10.1038/nature19320).

À propos de l'UPEC

Avec sept facultés, cinq instituts et un observatoire des sciences de l'Univers, l'Université Paris-Est Créteil Val de Marne est présente dans tous les domaines de la connaissance depuis 1971. Les enseignants-chercheurs et les enseignants forment chaque année plus de 30 000 étudiants et actifs de tous les âges. Acteur majeur de la diffusion de la culture académique, scientifique et technologique, l'université dispense un large éventail de formations dans plus de 300 disciplines, de la licence au doctorat. Elle offre ainsi un accompagnement personnalisé de toutes les réussites, grâce à des parcours de formation initiale, des validations d'acquis et la formation continue, ou encore par le biais de l'apprentissage.

À propos du Laboratoire inter-universitaire des systèmes atmosphériques (LISA)

Le LISA est un laboratoire de l'Université Paris-Est Créteil Val de Marne, de l'Université Paris Diderot et du CNRS.Ses principaux thèmes de recherche portent sur la compréhension du fonctionnement des atmosphères terrestres et planétaires, et des impacts liés à la modification de la composition de l'atmosphère par les activités humaines. Les méthodes utilisées sont fondées sur des observations en atmosphère réelle, sur de la simulation expérimentale en laboratoire et de la modélisation numérique.
Il fait partie de l'Observatoire des Sciences de l'Univers EFLUVE, de la Fédération de recherche IPSL et du Labex ESEP en ce qui concerne les activités spatiales.

On a retrouvé Philaé !

Severine Raimond — 2016-09-05T14:00:54Z

Moins d'un mois avant la fin de la mission, la caméra haute résolution de Rosetta a retrouvé l'atterrisseur Philaé coincé dans une crevasse sombre sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko.

Les images ont été prises le 2 septembre par la caméra à angle étroit de OSIRIS, tandis que la sonde Rosetta était à 2,7 kilomètres de la surface de la comète et montrait clairement Philae ainsi que 2 de ses 3 pieds.

Les images révèlent également l'orientation de Philae, ce qui explique la raison pour laquelle les communications étaient si difficile après son atterrissage le 12 novembre 2014.

Les détails sont disponibles via le communiqué de presse de l'ESA.

Cette découverte intervient moins d'un mois avant la descente de Rosetta jusqu'à la surface de la comète.
En effet, le 30 septembre 2016, l'orbiteur Rosetta y sera envoyé pour sa dernière tâche afin d'étudier la comète de près. On espère que ces observations cruciales aideront à révéler les secrets de la structure interne de la comète 67P/C-G.

: Crédits : Image principale et encadré en bas à droite : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA ; vue plus globale de la comète en haut à droite : ESA/Rosetta/ NavCam – CC BY-SA IGO 3.0

L'atterrisseur Philaé a été identifié sur des images prises par la caméra à angle étroit de OSIRIS le 2 septembre 2016 à une distance de 2,7 km. L'échelle de l'image est d'environ 5 cm / pixel.

Le corps de Philaé, large de 1 mètre, et deux de ses trois jambes peuvent être observés plus en détails sur l'image en bas à droite. L'orientation de Philae y est également révélée.

Une image prise le 16 avril 2015 par la caméra de navigation de Rosetta, en haut à droite, montre avec un point rouge l'emplacement approximatif de Philaé sur le petit lobe de la comète Churyumov-Gerasimenko.

Soutenance de thèse d'Irina Kovalenko le mercredi 28 septembre 2016 à 16h00

Severine Raimond — 2016-09-05T13:21:03Z

Irina Kovalenko, dont la thèse est co-financée par le Labex ESEP, soutiendra le mercredi 28 septembre 2016 à 16h dans la salle du Conseil, sur le site de Paris.

Directeurs de thèse :
Alain Doressoundiram (LESIA)
Daniel Hestroffer (IMCCE)

Le résumé de la thèse est disponible sur le site du LESIA.

Appel à sujets pour des CDD ingénieurs en instrumentation ou des contrats post-doctoraux

Severine Raimond — 2015-12-18T01:33:38Z

Le laboratoire d'excellence ESEP, créé en juin 2011, lance un appel à sujets pour :

des Contrats à Durée Déterminée « Ingénieur en instrumentation »
des contrats post-doctoraux
pour une durée de 12 mois à deux ans.

Le LabEx ESEP est un réseau de neuf laboratoires (LESIA, LATMOS, LPC2E, LISA, IAP, LMD, IMCCE, USN, LERMA) qui mettent en commun les compétences de leurs équipes dans le domaine de l'exploration spatiale des environnements planétaires. L'accent est mis sur l'instrumentation (des concepts théoriques aux spécifications techniques) en vue de la préparation des réponses aux appels des agences, et l'accompagnement théorique lié à de futures missions.

Les trois thématiques scientifiques identifiées dans ce cadre sont :

l'étude des relations Soleil-Terre et la Météorologie de l'Espace
l'exploration planétaire dans le système solaire
les observations des planètes extrasolaires

Les sujets proposés seront examinés par le Comité Scientifique d'ESEP, composé de six membres d'ESEP représentant les thématiques/WP et six personnalités extérieures à ESEP.

Le dossier comprendra (4 pages max.), en format libre :

le sujet proposé, et le nom du responsable
une description du thème scientifique et/ou instrumental proposé
un avis du directeur du laboratoire d'accueil

Au cas où un candidat potentiel est identifié, il pourra en être fait mention et le dossier pourra être accompagné de lettres de recommandation.

Une première sélection sera faite par le comité scientifique sur la base de la qualité et de l'intérêt scientifique des projets proposés et de leur faisabilité dans le cadre du projet ESEP. Les sujets proposés pourront être aussi bien théoriques qu'expérimentaux. Les applications tournées vers l'instrumentation spatiale, qui est un objectif central d'ESEP, et les projets impliquant des activités « interlaboratoires » sont encouragés.

Dans un deuxième temps, les candidats pré-sélectionnés devront être validés par le Comité Scientifique d'ESEP.
La prise de fonction pourra avoir lieu à partir de juin 2014.

Les demandes devront être transmises avant le 31 janvier 2016 à l'adresse suivante : directeur.esep obspm.fr

Appel à sujets pour des allocations doctorales

Severine Raimond — 2015-12-18T01:33:31Z

Le LabEx ESEP, créé en juin 2011, lance un appel à sujets pour des allocations doctorales d'une durée de trois ans.

Le LabEx ESEP est un réseau de neuf laboratoires (LESIA, LATMOS, LPC2E, LISA, IAP, LMD, IMCCE, USN, LERMA) qui mettent en commun les compétences de leurs équipes dans le domaine de l'exploration spatiale des environnements planétaires.
L'accent est mis sur l'instrumentation (des concepts théoriques aux spécifications techniques) en vue de la préparation des réponses aux appels des agences, et l'accompagnement théorique lié à de futures missions.

Les trois thématiques scientifiques identifiées dans ce cadre sont :

l'étude des relations Soleil-Terre et la Météorologie de l'Espace
l'exploration planétaire dans le système solaire
les observations des planètes extrasolaires

Les sujets proposés pour un financement ESEP devront avoir été soumis à une des écoles doctorales dont relèvent les laboratoires participant à ESEP (en Île-de-France ou Région Centre). Le dossier comprendra (en 4 pages max.) :

le titre du sujet de thèse proposé et le nom du responsable,
l'école doctorale à laquelle est rattaché le directeur de thèse,
la description du sujet de thèse soumis à l'École Doctorale,
l'avis du laboratoire d'accueil.

Au cas où un candidat potentiel est identifié, il pourra en être fait mention.
Le dossier devra préciser si un cofinancement est demandé dans un autre cadre (CNES, École Doctorale, etc...).

L'allocation est prévue pour trois ans. ESEP peut prendre en charge les « missions doctorales » (enseignement, communication, etc..) dans la mesure où celles-ci sont dans le périmètre d'ESEP. Le soutien d'ESEP devra être mentionné dans les travaux, communications, liés à ces sujets.

Les sujets proposés seront examinés par le Comité Scientifique d'ESEP, composé de six membres d'ESEP représentant les thématiques/WP et six personnalités extérieures à ESEP. Le Comité Scientifique proposera un classement aux financements, qui permettra la sélection des candidats en fonction des priorités retenues en coordination avec les écoles doctorales.

La sélection sera faite sur la base de la qualité et de l'intérêt scientifique des projets proposés et de leur faisabilité dans le cadre du projet ESEP. Les sujets proposés pourront être aussi bien théoriques qu'expérimentaux. Les applications tournées vers l'instrumentation spatiale, qui est un objectif central d'ESEP, et les projets impliquant des activités « interlaboratoires » sont encouragés.

La prise de fonction pourra avoir lieu à partir de septembre 2016.

Les demandes devront être transmises par les directeurs des laboratoires ESEP, avec avis motivé, avant le 31 janvier 2016 à l'adresse suivante :
directeur.esep obspm.fr

Première détection d'oxygène moléculaire sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Severine Raimond — 2015-11-04T02:43:12Z

L'instrument ROSINA à bord de Rosetta a permis pour la première fois la détection in situ de molécules d'oxygène s'échappant de la comète. Cette observation étonnante suggère que ces molécules ont été piégées à l'intérieur de la comète lors de sa formation.

Rosetta étudie la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko depuis plus d'un an et a détecté de nombreux gaz s'échappant du noyau cométaire : vapeur d'eau, monoxyde de carbonne, dioxyde de carbone (les plus abondants), ainsi que des composés de l'azote, du soufre et du carbone, mais aussi des "gaz nobles".

L'oxygène est le troisième élément le plus abondant dans l'Univers, mais sa molécule O₂ est difficile à observer, même dans les nuages de formation stellaire, car il est hautement réactif et peut se lier facilement avec d'autres atomes ou molécules.
Par exemple, les atomes d'oxygène peuvent se combiner à des atomes d'hydrogène sur des grains de poussière froids pour former de l'eau, ou alors un atome d'oxygène libéré par le rayonnement ultraviolet solaire peut se recombiner avec une molécule d'O₂ pour former de l'ozone O₃.

En dépit de sa détection dans les lunes glacées de Jupiter et de Saturne, O₂ demeure absent de l'inventaire des espèces volatiles associées aux comètes jusqu'à maintenant.
Ainsi, la détection de O₂ en si grande quantité par l'instrument ROSINA est une surprise. Le dioxygène O₂ doit avoir été incorporé à l'intérieur de la comète pendant sa formation, ce qui ne s'explique pas aisément avec les modèles actuels de formation du système solaire.

L'équipe a analysé plus de 3000 échantillons collectés autour de la comète entre septembre 2014 et mars 2015 pour identifier O₂. Ils ont déterminé une abondance relative de 1 à 10% par rapport à H₂O, avec une valeur moyenne de 3.80 ± 0.85%, soit un ordre de grandeur supérieur à ce que prédisent les modèles décrivant la chimie dans les nuages moléculaires.

La quantité d'oxygène moléculaire détectée montre une forte relation avec la quantité d'eau mesurée, ce qui suggère que leur origine dans le noyau et leur mécanisme de libération sont liés.
Par opposition, la quantité de O₂ observée est très peu corrélée avec le monoxyde de carbone CO et l'azote moléculaire N₂, même s'ils ont une volatilité similaire à celle de O₂. En outre, l'ozone n'a pas été détecté.

Sur les six mois qu'a duré l'étude, Rosetta s'est rapproché du Soleil et a orbité de 10 à 30 kilomètres du noyau cométaire. Malgré la distance décroissante de la comète avec le Soleil, le rapport O₂/H₂O reste constant au fil du temps et ne varie pas avec la longitude et la latitude de Rosetta au niveau de la comète.
Plus précisément, le rapport O₂/H₂O s'est vu décroître pour de fortes abondances de H₂O. Cette observation pourrait être influencée par la glace d'eau de surface produite dans le processus de sublimation/condensation observé quotidiennement.

L'équipe a exploré les possibilités pour expliquer la présence et la constante forte abondance de O₂ et son rapport avec l'eau, de même que le manque d'ozone, en considérant premièrement les phénomènes de photolyse et de radiolyse de la glace d'eau sur une grande échelle de temps.

Lors de la photolyse, les photons rompent les liaisons entre les molécules, tandis que la radiolyse implique des photons plus énergétiques ou des électrons plus rapides et des ions dépositaires d'énergie dans la glace et les molécules ionisées ; ce processus est observé sur les lunes glacées du système solaire externe et dans les anneaux de Saturne. Un tel processus peut en principe mener à la formation et à la libération d'oxygène moléculaire.

La radiolyse aura opéré sur les milliards d'années que la comète a passé dans le ceinture de Kuiper et conduit à l'accumulation d'O₂ à quelques mètres de profondeur. Cependant, ces couches supérieures doivent toutes avoir été supprimées au cours du temps tandis que l'orbite de la comète se déplaçait vers le système solaire interne, excluant cette hypothèse comme étant la source de l'O₂ observé aujourd'hui.

Une production plus récente de O₂ via un mécanisme de radiolyse et de photolyse par les particules du vent solaire et les photons UV ne devrait s'être produite qu'au niveau des quelques premiers micromètres à la surface de la comète.
Mais si cela constituait la source principale d'O₂, alors on aurait dû s'attendre à observer une décroissance du rapport O₂/H₂O à mesure que cette couche s'effaçait au long des six mois d'observation.

La production immédiation de O₂ semble également peu probable puisque cela devrait conduire à des rapports de O₂ variables sous des conditions d'illumination différentes. À la place, il semble plus probable que le O₂ primordial ait été incorporé d'une manière ou d'une autre dans les glaces de la comète pendant sa formation, et qu'il soit libéré aujourd'hui dans la vapeur d'eau.

Dans un scénario, le O₂ gazeux devrait d'abord être incorporé dans la glace d'eau lors des premiers stades de la nébuleuse protosolaire primitive de notre système solaire. Les modèles chimiques de disques protoplanétaires prédisent que de fortes abondances de O₂ gazeux devraient être valables dans la zone de formation de la comète mais qu'un refroidissement rapide de températures supérieures à -173°C à des températures inférieures à -243°C serait nécessaire pour former de la glace d'eau avec du O₂ piégé sur les grains de poussière. Les grains devraient ensuite être incorporés dans la comète sans être altérés chimiquement.

D'autre possibilités imaginent que le système solaire s'est formé dans une partie inhabituellement chaude d'un nuage moléculaire dense, à des températures de 10 à 20°C supérieures à -263°C ou auxquelles on s'attend pour de tels nuages.
Cela est cohérent avec les estimations pour les conditions de formation de la comète dans la nébuleuse solaire externe et avec les découvertes précédentes de la comète vu la faible abondance de N₂.

Autrement, la radiolyse des grains de poussière gelés peut avoir pris place avant l'accrétion de la comète dans un corps plus gros. Dans ce cas, O₂ resterait piégé dans les vides de la glace d'eau sur les grains tandis que l'hydrogène se diffuse, évitant la reformation de O₂ en eau, et impliquant un niveau accru et stable de O₂ dans la glace solide.

L'incorporation de tels grains gelés dans le noyau pourrait expliquer la forte corrélation observée avec le H₂O observé au niveau de la comète aujourd'hui.

Indépendamment de la façon dont il s'est formé, O₂ a été d'une manière ou d'une autre protégé durant l'accrétion de la comète : cela doit s'être passé doucement pour éviter que le O₂ ne soit détruit par d'autres réactions chimiques.

Ce résultat est intrigant pour les études aussi bien à l'intérieur qu'au-delà de la communauté des cométologues, avec de possibles implications pour les modèles d'évolution du système solaire.


Détection par Rosetta d'oxygène moléculaire: Crédits : sonde : ESA/ATG medialab ; comète : ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0 ; données : A. Bieler et al. (2015)

Ces travaux proviennent de l'article “Abundant molecular oxygen in the coma of 67P/Churyumov–Gerasimenko”, de A. Bieler et al., publié le 29 october 2015 dans le journal Nature.

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko est un objet binaire

Severine Raimond — 2015-10-16T17:13:02Z

La sonde Rosetta révèle que la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko a un noyau formé par deux corps indépendants qui montrent une accrétion par enveloppe à différentes stratifications.

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

Selon une étude présentée dans la revue scientifique Nature à partir des données fournies par l'instrument OSIRIS de la sonde Rosetta de l'ESA, incluant la participation d'une équipe du LESIA, on arrive à comprendre la formation d'un corps si étrange.

Les facteurs de mise en forme des noyaux cométaires sont encore largement méconnus, mais pourraient être le résultat d'effets simultanés de leur évolution et de processus physiques primordiaux. La forme bi-lobe particulière de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko peut être le résultat de la fusion de deux objets qui étaient autrefois séparés ou le résultat d'une excavation localisée par dégazage à l'interface entre les deux lobes. Nous rapportons ici que le lobe principal de la comète montre une série quasi continue de strates, jusqu'à 650 mètres d'épaisseur, qui sont indépendantes par rapport à l'enveloppe de stratifications vue sur le lobe secondaire.

: Crédits : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA ; M. Massironi et al. (2015)

67P/Churyumov-Gerasimenko est donc un corps accrété à partir de deux objets distincts avec une stratification « à oignon », formé bien avant leur fusion.

Les auteurs concluent que des collisions douces, à faible vitesse, se sont produites dans les premiers stades de formation du système solaire entre deux cométésimaux de taille kilométrique. Les similitudes structurelles et de composition entre les deux lobes de la comète 67P/CHuryumov-Gerasimenko indiquent que ces cométésimaux montrent une accrétion à stratification primordiale et qu'ils ont connu un processus de formation semblable, même s'ils se sont formés indépendamment.

Vues 3D du noyau et de strates de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko :
(a) noyau entier ; (b) lobes séparés.
Les plans en couleur représentent le meilleur ajustement dérivé de la forme de la comète. Les échelles de couleur indiquent l'écart angulaire entre le vecteur perpendiculaire au plan et le vecteur de la gravité locale calculés pour l'ensemble du corps (a) et les lobes séparés (b). Plus l'angle est petit, plus la stratification est perpendiculaire au vecteur de gravité. La meilleure modélisation est obtenue dans le cas des deux lobes séparés. Le point rouge en (b) est le point de contact entre les deux lobes.

Collaboration

Ce résultat, fruit d'une collaboration internationale, implique la participation de chercheurs du LESIA.

Contact LESIA
Antonella Barucci (antonella.barucci obspm.fr)
Sonia Fornasier (sonia.fornasier obspm.fr)

Rosetta observe le cycle de la glace d'eau sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Severine Raimond — 2015-09-23T21:50:52Z

À partir des données fournies par la sonde Rosetta de l'ESA sur la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko, des chercheurs, notamment du LESIA (Observatoire de Paris, CNRS, UPMC, Université Paris Diderot) et de l'IPAG (Université Joseph Fourier, CNRS) avec le soutien du CNES, apportent la première preuve observationnelle de l'existence d'un cycle quotidien de la glace d'eau à la surface de la comète.

Les comètes sont de grands agrégats de glaces et de poussières, qui perdent régulièrement une partie de leur matériel lorsqu'elles passent près du Soleil sur leur orbite très excentrique.

Quand la lumière du Soleil chauffe le noyau gelé d'une comète, la glace dans le sol – composée principalement de glace d'eau, mais aussi d'autres substances volatiles – sublime. Le gaz qui en résulte migre dans le sol, emportant avec lui des poussières solides : ensemble, ce mélange de gaz et de poussières constitue la coma et les queues brillantes qui rendent observables de nombreuses comètes depuis la Terre.

Parvenue à destination en août 2014, Rosetta étudie de près, depuis plus d'un an, la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, surveillant la façon dont son activité augmente régulièrement au cours des mois. La comète a atteint le périhélie, le point le plus proche du Soleil sur son orbite de 6 ans et demi, le 13 août 2015, et s'éloigne maintenant vers l'extérieur du système solaire.

Une des questions ouvertes étudiée par les spécialistes des comètes concerne les processus physiques qui alimentent l'activité de dégazage. L'idée est de savoir s'il existe un mécanisme qui réapprovisionne la surface des noyaux cométaires au quotidien en glace fraîche.

Selon une étude présentée aujourd'hui dans la revue scientifique Nature, une équipe scientifique a observé de la glace d'eau qui apparaît et disparaît quotiennement sur une région de la comète. Ces observations ont été fournies par l'instrument VIRTIS, le spectromètre imageur visible, infrarouge et thermique de Rosetta, en septembre 2014 lorsque la comète s'approchait du Soleil.

« Nous avons trouvé ce qui maintient la comète en vie », explique Maria Cristina de Sanctis, de l'INAF-IAPS à Rome (Italie), auteure principale de l'étude.

L'équipe a étudié un ensemble de données de VIRTIS recueillies en septembre 2014 et centrées sur Hapi, une région située sur le « cou » de la comète. Durant cette période, la comète se trouvait à environ 500 millions de kilomètres du Soleil, et le cou était l'un des endroits les plus actifs du noyau.

Lors de la rotation de la comète, qui effectue un tour complet en un peu plus de 12 heures, les différentes régions subissent des conditions d'éclairage variées.

« Nous avons vu des signes révélateurs de glace d'eau sur la région de la comète que nous avons analysée, mais seulement quand cette région sortait de l'ombre », ajoute Maria Cristina.

« En revanche, quand le soleil brillait sur cette région, il n'y avait plus de glace. Cela indique un comportement cyclique de la glace d'eau au cours de la rotation de la comète. »

Les données suggèrent que, lorsqu'une région du noyau est éclairée, la glace d'eau sublime dans les premiers centimètres du sol, se transformant en gaz et migrant vers la surface. Lorsque cette région se retrouve à l'ombre, la surface refroidit très rapidement ; les couches plus profondes, qui ont accumulé la chaleur solaire, refroidissent plus lentement et restent plus chaudes.

En conséquence, la glace d'eau sous la surface continue de sublimer et de migrer vers la surface à travers le sol poreux. Cependant, dès que cette vapeur d'eau « souterraine » atteint la surface froide, elle gèle à nouveau, créant ainsi une pellicule de glace fraîche sur cette région.

Lorsque le Soleil se lève à nouveau sur cette région, les molécules dans la couche de glace nouvellement formée subliment immédiatement.

« Nous avions soupçonné qu'un tel cycle de la glace d'eau pouvait exister dans les comètes, sur la base de modèles théoriques et d'observations antérieures d'autres comètes, mais grâce à la surveillance continue par Rosetta de 67P/Churyumov-Gerasimenko, nous disposons enfin d'une preuve observationnelle », précise Fabrizio Capaccioni, responsable scientifique de VIRTIS à l'INAF-IAPS à Rome, Italie.

À partir de ces données, il est possible d'estimer l'abondance relative de la glace d'eau par rapport à d'autres matériaux. Sur la portion sondée de la surface, la quantité de glace d'eau représente jusqu'à 10 ou 15% en masse, et elle est intimement mélangée avec les autres composants du sol.

Les scientifiques ont également calculé la quantité d'eau qui a sublimé dans la région qu'ils ont analysée avec VIRTIS, qui représente environ 3% de la quantité totale de vapeur d'eau mesurée simultanément par MIRO, l'instrument micro-ondes pour l'orbiteur de Rosetta.

« Il est possible que de nombreuses régions à la surface connaissent ce cycle, fournissant ainsi une contribution au dégazage global de la comète, mais d'autres mécanismes peuvent également contribuer à l'activité », ajoute Capaccioni.

Les scientifiques s'occupent actuellement de l'analyse des données recueillies lors des mois suivants, pendant lesquels l'activité de la comète a augmenté, alors qu'elle se rapprochait du Soleil.

« Ces résultats nous donnent une idée de ce qui se passe sous la surface, à l'intérieur de la comète », en conclut Matt Taylor, responsable scientifique de la mission Rosetta de l'ESA.

« Rosetta a la capacité essentielle de suivre les modifications de la comète sur des échelles de temps courtes ou longues, et nous avons hâte de pouvoir combiner toutes ces informations pour comprendre l'évolution de cette comète et des comètes en général. »

Référence
Ce travail de recherche fait l'objet d'un article intitulé « The diurnal cycle of water ice on cometary nuclei », par Maria Cristina de Sanctis, et al., publié dans la revue Nature, le 24 septembre 2015.

Les résultats sont basés sur des spectres infrarouges obtenus les 12, 13 et 14 septembre 2014 par VIRTIS, le spectromètre imageur visible, infrarouge et thermique de Rosetta.

Collaboration
Ce résultat, fruit d'une collaboration internationale, implique la participation de six chercheurs français du Labex ESEP, issus du LESIA :
Dominique Bockelée-Morvan, Stéphane Érard, Cédric Leyrat et Antonella Barucci.
Le LESIA a fourni la voie haute résolution de l'instrument VIRTIS et est responsable de ses observations.


Le cycle de la glace d'eau tel qu'observé par l'instrument VIRTIS de Rosetta dans la région Hapi de la comète Churyumov-Gerasimenko, en septembre 2014.: Crédits :
Données : ESA/Rosetta/VIRTIS/INAF-IAPS/OBSERVATOIRE DE PARIS-LESIA/DLR ; M.C. De Sanctis et al (2015) ; Comète : ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0