Rosetta et la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko : résultats scientifiques publiés à partir des données du survol rapproché d'août et septembre 2014

Pierre Thomas

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

02/02/2015

Résumé

Ce qu'on sait de la comète Chury (ou Tchouri, ou encore 67P/CG) après la publication d'un numéro spécial de Science. Propriétés physiques et chimiques, cartographie, morphologie, observation de jets de gaz... en attendant des données plus complètes.


La seconde moitié de l'année 2014 a été celle de la comète, avec la mise en orbite (parfaitement réussie) de la sonde Rosetta autour de la comète Chury en août, et l'atterrissage de Philae, à moitié réussi seulement, en novembre (mais un réveil n'est pas exclu à partir de mars 2015). Nous vous avons rapporté les deux premiers mois de cette exploration sous forme d'une conférence (film des diapositives avec le son, ou diapositives seules, ou son seul) mise en ligne le 17 octobre 2014 ( La sonde Rosetta explore la comète Churyumov-Gerasimenko. Résultats communiqués au public au bout de 10 semaines d'approche, 1 mois avant l'atterrissage du module Philae ). Que s'est-il passé et quels ont été les principaux résultats depuis mi-octobre 2014 ?

Précisions préliminaires

Avant de décrire les résultats publiés récemment, deux précisions.

Rappelons tout d'abord l'intérêt de l'étude des comètes en général et de Chury en particulier.

  1. Les comètes sont des objets de petite taille, maintenues jusqu'à très récemment très loin du Soleil. Avant que leur orbite n'ait été modifiée et les amène "près" du Soleil, ces objets n'ont jamais été chauffés ni de l'intérieur ni de l'extérieur. Ce sont en quelque sorte des "fossiles" des premiers temps du système solaire, à peine "sortis du congélateur" où ils "dormaient" depuis plus de 4 Ga.
  2. Les comètes font partie, avec les chondrites (et les astéroïdes chondritiques), des candidats potentiels à l'origine de l'eau sur Terre.
  3. Les comètes (et les chondrites) sont, avec des réactions bien terrestres du genre "olivine + eau + dioxyde de carbone → serpentine + oxydes + molécules organiques", de bons candidats à l'origine des molécules pré-biotiques sur Terre, elles-même à l'origine de la vie terrestre.
  4. Les corps de glace, bien que presque oubliés dans les programmes de l'Éducation Nationale, font partie des constituants majeurs (et parmi les plus nombreux) du système solaire. Étudier leur nature, leur structure et leur fonctionnement est indispensable à une connaissance complète de notre système solaire.

Précisons aussi les sources qui permettent de suivre les découvertes de Rosetta et de Philae.

Toutes les données qui ont servi à écrire cet article (et les deux qui suivront) proviennent des sites de l'ESA (données parfois reprises et retraitées par des amateurs) et des articles du magazine Science du 23 janvier 2015.

Le 23 janvier 2015, la revue Science a publié un numéro spécial (23 January 2015, vol 347, issue 6220, pages 349-452) consacré aux résultats obtenus pendant les deux premiers mois de Rosetta autour de la comète (en août et septembre 2014). Les résumés des articles de ce numéro spécial Catching A Comet sont accessibles à tous, quant aux les articles complets, ils sont disponibles en ligne pour les abonnés, ou dans les bibliothèques. La majorité des photographies publiées dans ce numéro spécial sont aussi en ligne (avec parfois une meilleure résolution) sur le site de l'ESA.

L'ESA dispose de plusieurs sites dédiés dont, en particulier, Rosetta ainsi que le blog Rosetta blog . Sur ces sites, l'ESA a fourni des photographies (environ 250 entre début août 2014 et le 23 janvier 2015), des news (25 depuis le jour de la mise en orbite), et quelques (rares) informations scientifiques sur son blog. Ce qui caractérise la communication de l'ESA, c'est sa relative parcimonie en ce qui concerne les informations scientifiques. Il s'agit plus souvent de communication (pour ne pas dire de promotion) que de véritables informations scientifiques. Bien sûr, il est normal que les équipes scientifiques aient la primeur des données. Mais cela justifie-t-il cette rétention ? Pourquoi ne diffuser qu'aussi peu de résultats partiels et préliminaires (en précisant bien qu'ils ne sont que partiels et préliminaires) ? La situation la moins compréhensible concerne les images. Rosetta possède une caméra de navigation, de relativement basse résolution, et des caméras scientifiques à champs large ( Wide Angle Camera ) et étroit ( Narrow Angle Camera ) à bien meilleure résolution et aptes à faire des images "couleur" (l'expérience OSIRIS). Avant le 23 janvier, date à laquelle une trentaine d'images OSIRIS ont été publiées dans la revue Science et en même temps sur le site de l'ESA, la quasi-totalité des 250 images disponibles provenaient de la caméra de navigation et étaient de (relativement) basse résolution. Les images de haute résolution étaient retenues par l'équipe OSIRIS. Pour couvrir l'ensemble de la comète, il faut en général 4 images de cette caméra de navigation, qui couvrent chacune un champ plus petit que l'ensemble de la comète. Du fait de la révolution de Rosetta autour de la comète, et de la rotation de Chury sur elle-même, ces quatre photos, faites à quelques minutes d'intervalle ne sont pas prises exactement sous le même angle, et faire une mosaïque montrant l'ensemble de la comète n'est pas immédiat. Parfois l'écart des prises de vue est si grand que faire une mosaïque est impossible. Parfois, l'écart est si faible que le plus simple des logiciels non-professionels y arrive sans problème. Parfois la situation est intermédiaire, et élaborer une mosaïque nécessite un logiciel relativement élaboré. Souvent, dans ce cas, l'ESA y renonçait (la situation s'améliore avec le temps). Mais des amateurs "éclairés" font ces mosaïques et les mettent sur le web à la disposition du public. On peut, par exemple, trouver de telles mosaïques "privées" sur le site Rosetta mission . La parcimonie de mise à disposition du public des images à haute résolution (images OSIRIS) est d'autant plus difficile à comprendre qu'une comparaison avec la NASA, autre agence spatiale publique, vient tout de suite à l'esprit. En cinq mois et demi, l'ESA a rendu publiques 250 photographies de la comète, soit moins de 2 par jour en moyenne. Depuis août 2012, la NASA a rendu publiques la totalité des 213 100 images prises par Curiosity, soit en moyenne plus de 200 par jour. Pourquoi les scientifiques européens (en dehors de ceux des équipes de l'ESA), les enseignants et les étudiants européens, les astronomes amateurs européens… pourtant tous contribuables européens, pourquoi tous ces citoyens européens ont-ils plus facilement accès aux données américaines qu'aux données européennes, et en particulier à leurs images ? Si l'ESA et les laboratoires associés ont fait la preuve de leur grande maîtrise dans les sciences et les techniques spatiales, il y aurait vraiment quelque chose à changer dans la façon de penser et de mettre en œuvre la communication scientifique et à l'ESA, et dans les laboratoires qui "émargent" à l'ESA.

Nous allons diviser ces quatre derniers mois d'actualité cométaire en trois articles distincts.

Le premier article (ci-dessous) résume les principaux résultats scientifiques publiés dans le magazine Science du 23 janvier 2015, Catching A Comet , et ne concerne que les mois d'août et septembre 2014, ainsi que les quelques (trop) rares résultats (hors imagerie) publiés sur les sites de l'ESA à ce jour.

Le deuxième article consistera en une sélection d'images prises et/ou mises en ligne après le 17 octobre 2014, images rapidement commentées montrant l'extraordinaire variété des paysages à la surface de Chury.

Le troisième article résumera l'épopée de l'atterrissage de Philae et les (trop) rares résultats publiés sur les sites de l'ESA concernant les différentes expériences effectuées par Philae avant son entrée en hibernation.

Venons en donc maintenant au résumé des 8 articles du Science du 23 janvier 2015.

Une carte d'identité physique de 67P/Churyumov-Gerasimenko

Dimensions, masse, densité, topographie…

Pendant les mois d'août et septembre 2014, les principales caractéristiques physiques de Chury ont pu être déterminées avec précision. Les spectres IR ont permis de déterminer sa température. La mesure précise de la trajectoire de Rosetta a permis de déterminer sa masse (1013 kg). Les caméras braquées sur Chury ont permis de mesurer sa période de rotation (12,4043 h), ses dimensions précises (lobe principal : 4,1 × 3,2 × 1,3 km et lobe secondaire  2,5 × 2,5 × 2,0 km), et de retrouver son volume (21,4 km3). Masse et volume ont permis de calculer la masse volumique (470 kg/m3). La composition physique des panaches a pu être déterminée, avec un rapport (en masse) poussière/gaz de 4. Ce rapport donne une idée du rapport des masses composés réfractaires/composés volatils, rapport qui couplé à la masse volumique permet d'estimer la porosité du noyau de Chury (de 70 à 80%). Chury a plus la constitution d'une "éponge" que d'une roche ou d'un glaçon !

Figure 1. Principaux paramètres physiques de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Principaux paramètres physiques de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Quand on connaît masse, rayon, masse volumique, vitesse de rotation, on peut calculer le champ et le potentiel de gravité en surface avec des hypothèses simples, comme une répartition homogène de la masse volumique. Les auteurs n'ont pas pour l'instant publié de carte du champ, mais seulement (1) du potentiel (donnée peu exploitable par des non-spécialistes) et (2) la carte de la pente, c'est-à-dire de l'angle entre la surface et la perpendiculaire à la direction du champ de gravité. La surface est très souvent "en pente" (assez fréquemment entre 20 et 40°). Les grandes falaises qui dominent le "cou" ont une pente supérieure ou égale à 45°. Rappelons qu'avec un calcul simple, en assimilant Chury à une sphère de rayon 1500 m de masse volumique de 500 kg/m3, on trouve un champ g d'environ 2.10-4 m.s-2, soit environ 1/50 000 de la gravité terrestre.

Figure 2. Carte des pentes (écart angulaire entre la surface et la perpendiculaire à la verticale locale) à la surface de Chury

Carte des pentes (écart angulaire entre la surface et la perpendiculaire à la verticale locale) à la surface de Chury

Découpage régional et morphologique

Les études morphologiques ont permis de découper la surface de 67P/CG en dix-neuf régions, chacune étant définie par ses caractéristiques morphologiques. Ces régions ont reçu des noms tirés de divinités ou de personnages de l'Égypte antique.

Figure 3. Découpage de la comète Chury en 19 régions, toutes nommées d'après des divinités ou personnages de l'Égypte antique

Dix-huit sont visible sur cette figure. La 19ème, Hathor, est localisée sur la figure 18.


Les variations spatiales d'Insolation

Rosetta a pu mesurer / calculer l'énergie reçue par chaque élément de la surface de Chury, énergie reçue directement du Soleil ou reçue depuis d'autres fragments de la comète réémettant / réfléchissant l'énergie solaire. La connaissance des paramètres orbitaux a permis de calculer la totalité de l'énergie reçue intégrée sur une révolution complète. Que ce soit pendant la période considérée par cet article (août-septembre 2014) ou sur l'ensemble d'une révolution, la région Hapi, celle qui montre actuellement le plus de dégagement gazeux, reçoit moins d'énergie que la moyenne de la surface. L'importance locale de ces dégagements doit avoir une autre origine qu'un excès d'énergie reçue. La température de surface a été mesurée entre -93°C et -43°C selon les régions pendant les mois d'août et septembre 2014.

Figure 4. Énergie reçue par unité de surface, en J/m2, à la surface de la comète 67P/CG

Énergie reçue par unité de surface, en J/m2, à la surface de la comète 67P/CG

À gauche, l'énergie cumulée reçue pendant une rotation (12,4h) le 6 août 2014. À droite l'énergie reçue cumulée pendant une révolution (6,4 années terrestres). Pendant ces mois d'août-septembre 2014, la région d'Hapi, celle qui émet le plus de jets, reçoit 15% d'énergie de moins que la région la plus ensoleillée.


Les dégagements gazeux de 67P/Churyumov-Gerasimenko

La quantité de gaz (principalement de vapeur d'eau) qui s'échappe de 67P/CG a pu être mesurée. Elle augmente au fur et à mesure que Chury s'approche du Soleil, passant de 0,3 kg/s à 1,2 kg/s de début juin à fin août 2014. Si on estime la variation quantitative de ce dégagement en fonction de sa distance au Soleil (de 1,24 à 6,68 ua le long d'une orbite complète) et qu'on l'intègre tout au long des 6,4 années (terrestres) son orbite, on obtient une perte par sublimation de 3 à 5.109 kg par orbite. La comète ayant une masse de 1013 kg, on voit que la comète « se dévolatiliserait » complètement par sublimation en quelques dizaines de milliers d'orbites, c'est-à-dire en quelque centaines de milliers d'années, temps géologiquement très bref. Cela fait donc très peu de temps (géologiquement parlant) que Chury a quitté la Ceinture de Kuiper et a acquis cette orbite la faisant passer près du Soleil tous les 6,4 ans.

Figure 5. Jets de gaz et de poussière émis par la comète Chury, le 10 septembre 2014

La majorité des jets provient de la région nommée Hapi, la région lisse qui forme la base du "cou".

L'image a été surexposée pour faire ressortir les jets.


Les différents instruments de Rosetta et surtout l'instrument ROSINA ( Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis ) ont fourni la composition chimique et isotopique des gaz qui s'échappent de la comète. Le "débit" et la composition des gaz reçus par Rosetta varient en fonction de la rotation de Chury sur elle-même, de la révolution de Rosetta autour de Chury, et de la distance entre la comète et la sonde. C'est H2O qui constitue le composé majoritaire, suivit par CO2 et CO. À la "verticale" du lobe principal, CO2 et CO sont plus abondant qu'H2O, révélant une hétérogénéité de la composition des glaces superficielles qui se subliment. Les autres composés identifiés (cf. The ‘perfume’ of 67P/C-G ,) sont : l'ammoniac (NH3), le méthane (CH4), le méthanol (CH3OH), le formaldéhyde (CH2O), le sulfure d'hydrogène (H2S), le cyanure d'hydrogène (HCN), le dioxyde de soufre (SO2) et le sulfure de carbone (CS2). Les proportions relatives de ces gaz n'ont pas encore été publiées.

Figure 6. Variation des quantités d'H2O, de CO2 et de CO reçues par le détecteur ROSINA durant la journée du 18 septembre 2014

Variation des quantités d'H2O, de CO2 et de CO reçues par le détecteur ROSINA durant la journée du 18 septembre 2014

Le maximum d'H2O est reçu quand Rosetta survole le "cou" ; le maximum de CO2 est reçu quand Rosetta survole le sommet du lobe principal. Les 5 vues de la comète représentent l'orientation de Chury vue par Rosetta pour 5 moments du 18 septembre. L'éclairage vient du haut (flèche jaune).


Figure 7. Carte du rapport CO2/H2O dans les gaz émis par le “sommet” du lobe principal

Carte du rapport CO2/H2O dans les gaz émis par le “sommet” du lobe principal

Alors que ce rapport est le plus souvent voisin de 0,5, il atteint 2 à l'aplomb du "sommet" du lobe principal. Il doit y avoir une hétérogénéité chimique à cet endroit-là, car cet excès de CO2 ne provient pas d'un excès d'insolation.


Rosetta a aussi mesuré le rapport D/H (soit 2H/1H ou encore hydrogène" lourd"/hydrogène "léger") de la vapeur d'eau émise par la comète. L'origine de l'eau sur Terre est un problème vieux comme la géologie. Jusque dans les années 1990, l'eau et les autres éléments volatils étaient censés provenir du dégazage de la Terre pendant son accrétion-fusion-différenciation. Mais on s'est aperçu que la haute température superficielle régnant à cette époque avait du "éjecter" la majeure partie de ces volatils pendant cet épisode précoce. L'eau et les autres volatils présent aujourd'hui ont donc dû arriver sur une Terre déjà différencié et avec une surface déjà relativement refroidie. On parle de « vernis tardif ». Deux classes de corps ont pu apporter cette eau et les autres volatils. Ce sont (1) des corps silicatés s'étant condensés en deçà de la limite des glaces dans le système solaire interne, des astéroïdes, dont on connaît des fragments, les chondrites, dont certaines contiennent jusqu'à 15% d'eau, et (2) des comètes s'étant condensées au-delà de la limite des glaces dans le système solaire externe.

Parmi les comètes, et d'après les études de leur orbite, on peut distinguer deux réservoirs de comètes : les comètes venant du nuage de Oort, et celles venant de la ceinture de Kuiper, dont l'orbite parfois fortement perturbée par Jupiter donnerait des comètes à très courte période (comètes dites joviennes), comme 67P/CG. On espérait que le rapport D/H permettrait de distinguer parmi ces 3 sources possibles. En effet, l'hydrogène terrestre a un rapport D/H de 1,56.10-4. Le rapport D/H des météorites est voisin de celui de la Terre. Le rapport D/H des 9 comètes venant du nuage de Oort dont on connaissait le rapport D/H était différent de celui de la Terre, plus élevé, et voisin de 3.10-4. Le rapport D/H des 2 comètes venant de la ceinture de Kuiper dont on connaissait la valeur était voisin du rapport terrestre. On pensait donc que Chury aurait un rapport D/H "terrestre", confirmant par là-même que l'eau terrestre pouvait venir soit des astéroïdes, soit des comètes de type Kuiper (ou jovien).

Les mesures effectuées par ROSINA ont mis ce beau scénario "par terre", montrant que la réalité est plus complexe que ce qu'on pensait. 67P/Churyumov-Gerasimenko a en effet à un rapport D/H de 5,3±0,7.10−4, le plus élevé des rapports D/H mesurés pour des corps du système solaire. La classification des comètes est à revoir, et le problème de l'origine de l'eau terrestre n'a pas beaucoup évolué.

Figure 8. Schémas (pas à l'échelle) des deux principaux réservoirs de comètes : le nuage de Oort ( Oort Cloud ) et la ceinture de Kuiper ( Kuiper Belt )

Schémas (pas à l'échelle) des deux principaux réservoirs de comètes : le nuage de Oort (Oort Cloud) et la ceinture de Kuiper (Kuiper Belt)

Les comètes à courte période comme 67/P Churyumov-Gerasimenko, appartenant à la famille dite "de Jupiter", auraient pour origine la ceinture de Kuiper. Avant la mission Rosetta, on pensait que les comètes "de Kuiper" avaient un rapport D/H bas (terrestre) et que les comètes "de Oort" avaient un rapport plus élevé. Les mesures de Rosetta ont montré qu'au moins une comète de Kuiper avait un rapport élevé, plus grand que la valeur moyenne de comètes "de Oort".


Figure 9. Rapport D/H de différents objets du système solaire

Rapport D/H de différents objets du système solaire

Bien qu'appartenant aux comètes de la famille de Jupiter (venant probablement de la ceinture de Kuiper), 67P/Churuymov Gerasimenko à un rapport D/H supérieur à celui des comètes venant du nuage de Oort.


Tous ces gaz, H2O, CO2… sont partiellement ionisés par les rayons UV solaires. Ce plasma, dont la densité augmente avec la proximité du Soleil, interagit avec le vent solaire et donne naissance à une magnétosphère. La naissance et l'évolution de cette magnétosphère cométaire durant son approche du périhélie permettra de mieux comprendre les interactions complexes entre le vent solaire et les hautes atmosphères (cf. Nilsson et al., Birth of a comet magnetosphere: A spring of water ions ).

D'autres caractéristiques ont été déterminées par Rosetta. L'ESA les a rassemblées dans une figure qu'elle a appelée COMET 67P / CHURYUMOV-GERASIMENKO'S VITAL STATISTICS .

Figure 10. Fiche signalétique de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Fiche signalétique de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Cette fiche, qui résume tout ce qui vient d'être rapporté, a été publiée par l'ESA le 22 janvier 2015.


La chimie et la couleur de la surface de 67P/Churyumov-Gerasimenko

La chimie de la surface de la comète peut être étudiée par Rosetta depuis son orbite de deux manières différentes : par l'étude des spectres (Ultra-Violet, domaine du visible ou Infra-Rouge) et par l'analyse des poussières captées par la sonde, poussières qui proviennent de la surface ou de la sub-surface. On peut citer le résumé de l'article de F. Capaccioni et al. , The organic-rich surface of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko as seen by VIRTIS/Rosetta , résumé (ici traduit) qui se suffit à lui-même : « L'instrument VIRTIS ( Visible, Infrared and Thermal Imaging Spectrometer ) a pu déterminer [avec les mesures d'albédo (0,06 ± 0,003 à 0,55 µm), les pentes des spectres (de 0,5 à 4 µm) et les bandes d'absorption (de 2,9 à 3,6 µm)] que l'ensemble de la surface éclairée par le Soleil était compatible avec des minéraux opaques (silicates, sulfures ?) associés à des macro-molécules organiques non volatiles. Ce matériel organique semble constitué d'un mélange complexe de molécules présentant des fonctions carbone-hydrogène et carbone-oxygène, avec une petite contribution des fonctions azote-hydrogène. Dans les régions actives, les spectres suggèrent une faible présence de glace d'eau. Aucun secteur riche en glace d'eau n'a été spectralement observé, ce qui indique que la surface est généralement déshydratée ».

Figure 11. Exemple de spectres obtenus par VIRTIS pour trois régions différentes de la comète 67P/CG

Exemple de spectres obtenus par VIRTIS pour trois régions différentes de la comète 67P/CG

Les couleurs distinguent les trois régions : le cou en gris bleu, le corps en noir et la tête en rouge. Spectres obtenus par l'instrument VIRTIS M (entre 0,5 et 4 µm) et par l'instrument VIRTIS H (entre 2 et 4 µm).


Figure 12. Comparaison entre les données spectrales de la tête de la comète Chury, entre 2,5 et 4,5 µm (en noir), et quatre substances pouvant être présentes à la surface de la comète

Comparaison entre les données spectrales de la tête de la comète Chury, entre 2,5 et 4,5 µm (en noir), et quatre substances pouvant être présentes à la surface de la comète

Les substances testées sont l'éthanol (rouge), l'acide acétique (bleu), et deux composés (vert et jaune) obtenus en irradiant par des ions ou des photons UV des mélanges organiques complexes.

C'est avec la comparaison entre les spectres observés sur la comète et des combinaisons de spectres obtenus avec des "mixtures" de molécules organiques simples et/ou irradiées que l'on espère remonter à la nature et aux proportions des différentes molécules organiques présentes à la surface de la comète.


Avec ces spectres, ou plutôt avec des images prises avec des filtres dans telle ou telle longueur d'onde, on peut reconstituer les couleurs, en combinant plusieurs images correspondant à différentes longueurs d'onde. La comète 67P/CG est très sombre (albédo de 0,06 à 0.55 µm). Elle paraîtrait noire à un œil humain situé à proximité, ou plutôt gris sombre plus ou moins foncé selon l'éclairement. Dans toutes les photographies publiées, la brillance et les contrastes ont été fortement exagérés. Et comme l'œil humain ne voit pas les couleurs dans les faibles luminosités (« la nuit, tous les chats sont gris » dit le proverbe, et « c'est une histoire de cônes et de bâtonnets » disent les physiologistes de la vision), on peut se demander à quoi rimerait une image couleur. C'est le parti qu'a pris l'équipe d'OSIRIS qui n'avait publié aucune image en couleurs, en disant que de toute façon ça n'apporterait pas grand chose, mais sans trop expliquer pourquoi cela n'apporterait presque rien. Mais on peut toujours se demander quelle serait la couleur de Chury (au sens de ce que verrait un humain) si elle était fortement éclairée, par exemple si elle s'approchait beaucoup du Soleil, ou ce que verrait une chouette, un chat, ou tout autre animal nocturne s'il avait des cônes dans sa rétine. Cela revient à non seulement augmenter brillance et contraste de luminosité, mais aussi à augmenter les contrastes de couleurs. Il n'est pas sûr qu'on ait le droit physique et physiologique de le faire, mais cela "fait plaisir" et cela peut aussi (et surtout) révéler-visualiser-exagérer d'éventuelles subtiles différences de composition chimique. Pour l'instant, je n'ai vu que deux images en couleurs publiées dans des sites "officiels" indiquant bien les filtres utilisés pour reconstituer ces couleurs : la figure qui suit (figure 13) et la figure 25. Cela montre que publier des images en couleurs n'est pas du tout inutile.

Figure 13. Composition colorée montrant les "vraies couleurs" (voir commentaires ci-dessus) de 67P/Churyumov-Gerasimenko

Composition colorée montrant les "vraies couleurs" (voir commentaires ci-dessus) de 67P/Churyumov-Gerasimenko

Cette image a été reconstituée avec 3 images de la Narrow Angle Camera obtenus avec des filtres à 882, 649 et 480 nm, images prises à une distance de 70 km.


On peut également étudier la composition de la surface et de la sub-surface depuis Rosetta en orbite autour de la comète en "comptant" et analysant les grains de poussière arrivant sur Rosetta par les instruments GIADA ( Grain Impact Analyser and Dust Accumulator ) et COSIMA ( COmetary Secondary Ion Mass Analyzer ). GIADA compte les grains de poussière et mesure leur masse, leur vitesse… COSIMA peut les observer au "microscope" et peut analyser leur composition chimique. L'association des deux mesures devrait permettre, à terme, d'avoir une estimation de la composition chimique moyenne globale de ces poussières, donc de la surface et de la sub-surface dela comète Chury. Pour l'instant quelques images de grains ont été publiées, ainsi qu'une analyse chimique très partielle (cf. COSIMA detects sodium and magnesium in a dust grain called Boris ) : un grain de poussière collecté entre le 18 et le 24 août 2014, grain nommé Boris, contient du magnésium et du sodium (en proportion non révélée).

Figure 14. Photographies (sous 2 angles d'éclairage différents) de deux grains de poussière cométaire collectés par COSIMA entre le 25 et 31 octobre 2014 

(a) le grain nommé Eloi, (b) le grain nommé Arvid.

Le fait que chacun de ces grains ait été "éclaté" en une multitude de sous-grains montre qu'un grain individuel est en fait un agglomérat peu solide de micro-grains élémentaires mal soudés entre eux. Si ces micro-grains avaient été soudés par de la glace, l'éclatement n'aurait pas du tout engendré les mêmes figures.


La morphologie et l'activité de la surface de 67P/Churyumov-Gerasimenko

L'article de N. Thomas et al. , The morphological diversity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko , entreprend une première classification "morphologique", qualitative et très préliminaire des différents types de terrains visibles sur les quelques dizaines de km2 de la surface de la comète pendant ces deux premiers mois de mission. Les auteurs distinguent entre autres :

  • les terrains recouverts de poussière (DCT = Dust-Covered Terrains ),
  • les terrains "cassants", ou "fracturés" (BM = Brittle Material ),
  • les dépressions de grande taille (LSDS = Large-Scale Depression Structures ),
  • les terrains lisses (ST = Smooth Terrains ),
  • les surfaces consolidées exposées (ECS = Exposed Consolidated Surfaces )...

Les terrains recouverts de poussières (DCT) semblent recouverts d'une couche de poussière (ou de neige noire) d'épaisseur incertaine. La source de ces poussières serait des jets de " vapeur + poussières" éjectées avec une vitesse très faible, plus faible que la vitesse de libération (ou d'échappement). Rappelons que la vitesse de libération peut s'estimer aisément avec la masse et le rayon. Elle vaut environ 1 m/s pour Chury (11 200 m/s pour la Terre).

Les surfaces consolidées exposées (ECS) donnent l'impression d'être des surfaces "rocheuses", parfois affectées de fractures ou de "linéaments". Ces terrains forment de véritables falaises de matériel cométaire consolidé (CCM = Consolidated Cométary Matérial ). La plus haute de ces falaises, Hathor, mesure 900 m de haut.

Les terrains lisses (ST) sont lisses comme les terrains recouverts de poussière, mais ce caractère lisse ne semble pas être dû à une couverture de poussière. En particulier, les limites avec les terrains environnant beaucoup moins lisses et faits de matériel cométaire consolidé (CCM) peuvent être très nettes. Parfois les rebords de cette unité qui permet de la voir "en coupe" donne l'impression que cette unité est "litée" ( layered , disent les auteurs).

Les matériaux cassant (BM) correspondraient à des terrains relativement consolidés mais plus ou moins intensément fracturés ou constitués d'amoncellements de blocs. Ces terrains remplissent souvent des dépressions à fond plus ou moins plat, interprétées non pas comme des cratères d'impact, mais comme des structures de collapse de vides obtenus par sublimation.

Les dépressions de grande taille (LSDS) seraient de vastes dépressions obtenues par sublimations-collapse. Ces dépressions sont parfois "remplies" de terrains cassants, parfois recouverts de poussières, parfois pleins de terrains lisses. Ce même vocable cache peut-être une grande variété.

De très nombreuses "dépressions" de plus petite taille auraient la même origine. Certaines sont si profondes (relativement à leur diamètre) qu'elles méritent le nom de "puits". Une seule dépression a les caractéristiques d'un cratère d'impact (C, sur la figure 15).

Nous vous montrons trois mosaïques couvrant de vastes portions de la comète et montrant ces différents types de terrains. Ces trois mosaïques proviennent de photographies postérieures à la fin du mois de septembre 2014, et n'ont donc pas été utilisées dans l'article de N. Thomas et al. . La localisation des différents types de terrains qui y est reportée n'est donc qu'une interprétation personnelle.

Figure 18. Situation, vue détaillée et interprétation de la plus importante surface des Surfaces Consolidées Exposées (ECS)

Situation, vue détaillée et interprétation de la plus importante surface des Surfaces Consolidées Exposées (ECS)

Ici, ces terrains forment la plus haute falaise (900 m) nommée Hathor. Ces surfaces donnent l'impression d'être des surfaces "rocheuses", parfois affectées de fractures ou de linéaments. Ces terrains forment de véritables falaises de matériel cométaire consolidé (CCM). En haut à gauche, vue globale sur Chury avec localisation de la falaise Hathor et de quelques autres unités morphologiques. En bas à gauche, zoom sur cette falaise au pied de laquelle se trouve l'unité Hapi, formée de terrains lisses parsemés de gros "rochers". À droite, vues interprétées de cette falaise Hathor montrant 2 types de structures : en rouge, des figures linéaires parallèles et verticales (des fractures ?), et en vert des structures linéaires "horizontales" alignées avec des petites terrasses et qui suggèrent un litage interne ( inner layering ). L'origine de ces structures est énigmatique. Comment faire un réseau de fractures parallèles (structures rouges) affectant un tel volume, et comment engendrer un litage interne qui ressemble à une stratification (structures vertes) sur une comète ?


Figure 19. Zoom sur le haut de la falaise Hathor, montrant en détail la double structuration figurée, en rouge et vert, sur la figure précédente

En examinant une telle falaise sur Terre, il serait tentant de proposer que cet affleurement soit constitué d'une superposition de strates horizontales, recoupées par un réseau de fractures verticales. Mais nous ne sommes pas sur Terre, mais sur une comète. Alors ?


Figure 20. Un secteur de la région d'Imhotep, la plus caractéristiques des régions faites de terrains lisses (ST)

Un secteur de la région d'Imhotep, la plus caractéristiques des régions faites de terrains lisses (ST)

Les auteurs distinguent : (A) des terrains lisses, (B) les marges de ces terrains lisses qui semblent litées, (C) des terrains lisses formant une topographie plus élevée, (D) des petites structures circulaires, certaines remplies mais d'autres vides formant des anneaux creux, (E) du matériel lité consolidé au pied d'une structure semi-circulaire de 650 m de diamètre, et (F) du matériel consolidé fracturé. Curieusement, les "sillons" allongés serpentant dans les terrains lisses ne donnent lieu à aucun commentaire. Les auteurs attendaient sans doute des photos plus précises non encore disponibles fin septembre 2014. Sans doute pour la même raison, les auteurs ne proposent aucune explication aux morphologies qu'ils décrivent, en particulier pour les structures circulaires pleines ou vides d'une trentaine de mètres de diamètre visibles à droite.


N. Thomas et al. [5] et H. Sierks et al. [4] décrivent aussi d'autres éléments morphologiques remarquables et/ou "étranges". Citons en quatre : des surfaces consolidées exposées (ECS) très fracturées (figures 21 et 22), des surfaces consolidées avec une structure « en chair de poule » (figures 23 et 24), des petites "taches" de matériel clair et brillant (de la glace ?) (figure 25), et un "puits" suggérant la sortie d'un jet (figure 26).



Figure 23. Paroi "verticale" d'un "puits", sans doute dû à des phénomènes de dégazage sur Churyumov-Gerasimenko

Paroi "verticale" d'un "puits", sans doute dû à des phénomènes de dégazage sur Churyumov-Gerasimenko

Cette vue et la suivante montrent, sous deux angles différents, une paroi à allure "grumeleuse" que H. Sierks et al. ont appelé « en chair de poule ».

Aucune explication définitive n'est actuellement proposée pour cette morphologie de surface : morphologie superficielle due au dégazage, ou reflet plus intime d'une structure interne faite d'un assemblage de blocs de quelques mètres de diamètre ? Une telle structure de surface a été trouvée dans d'autres sites. Le caractère non exceptionnel de cette allure suggère qu'il s'agit plus que d'une propriété anecdotique.


Figure 24. Paroi "verticale" d'un "puits", sans doute dû à des phénomènes de dégazage sur la comèe Chury

Paroi "verticale" d'un "puits", sans doute dû à des phénomènes de dégazage sur la comèe Chury

Cette vue et la précédente montrent, sous deux angles différents, une paroi à allure "grumeleuse" que H. Sierks et al. ont appelé « en chair de poule ».

Aucune explication définitive n'est actuellement proposée pour cette morphologie de surface : morphologie superficielle due au dégazage, ou reflet plus intime d'une structure interne faite d'un assemblage de blocs de quelques mètres de diamètre ? Une telle structure de surface a été trouvée dans d'autres sites. Le caractère non exceptionnel de cette allure suggère qu'il s'agit plus que d'une propriété anecdotique.


Figure 25. Taches toujours claires, quel que soit l'éclairage, possibles traces de glace sur Chury

Taches toujours claires, quel que soit l'éclairage, possibles traces de glace sur Chury

Aucune surface claire et brillante de grande taille pouvant être constituée de glace n'a été identifiée sur Chury. Les raies spectrales de la glace n'y ont pas (encore) été vues. Mais quelques rares petites taches infra-décamétriques claires (quelle que soit la direction de l'éclairage) ont été identifiées au fond ou sur les parois d'"alcôves" affectant du matériel consolidé. On en voit deux sur cette image "en couleurs" obtenue avec les filtres à 882, 700 et 481 nm. Enfin de la glace à la surface de la comète ?


Figure 26. Jet sortant d'un puits, sauf artefact, à la surface de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Jet sortant d'un puits, sauf artefact, à la surface de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

Peu d'images détaillées montrant les points de sortie des jets ont été publiées à ce jour. Mais il doit en exister dans les "trésors jalousement gardés" de l'équipe d'OSIRIS. En témoigne une "éruption" surprise le 28 août à la sortie d'un puits dans la région de Seth. Avec une exposition normale (à gauche), on ne voit rien de particulier. En surexposant violemment et en traitant l'image pour que les environs du puits ne soient pas complètement blancs, on voit de fines structures "verticales" dans l'ombre du puits, structures que l'on peut interpréter comme des jets sortant du puits (si ce ne sont pas des artefacts dus au traitement d'image).


Rappelons que cet article, bien qu'écrit en janvier 2015, a été fait quasiment qu'avec des données des mois d'août et septembre 2014, qu'il n'est qu'un résumé de 8 articles publiés dans Science le 23 janvier 2015, articles écrits par les équipes scientifiques avant la mi-octobre 2014. Il ne reste plus qu'à attendre des nouvelles images et données publiées par l'ESA "au jour le jour" sur son site, et des publications scientifiques de fond utilisant images et données obtenues à partir du début octobre 2014.

Références

K. Altwegg, H. Balsiger, A. Bar-Nun, et 29 co-auteurs, 2015. 67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter family comet with a high D/H ratio , Science, 347, 6220, 1261952, 1-3

F. Capaccioni, A. Coradini, G. Filacchione, et 75 co-auteurs, 2015. The organic-rich surface of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko as seen by VIRTIS/Rosetta , Science, 347, 6220, aaa0628, 1-4

M. Hässig, K. Altwegg, H. Balsiger, et 33 co-auteurs, 2015. Time variability and heterogeneity in the coma of 67P/Churyumov-Gerasimenko , Science, 347, 6220, aaa0276, 1-4

Holger Sierks, Cesare Barbieri, Philippe L. Lamy, et 63 co-auteurs, 2015. On the nucleus structure and activity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko , Science, 347, 6220, aaa1044, 1-5

Nicolas Thomas, Holger Sierks, Cesare Barbieri, et 56 co-auteurs, 2015. The morphological diversity of comet 67P/Churyumov-Gerasimenko , Science, 347, 6220, aaa0440, 1-6