Rosetta est arrivée ! Les opérations scientifiques commencent

La comète 67P/Churyumov–Gerasimenko et Rosetta se trouvent maintenant (6 août 2014) à 405 millions de kilomètres de la Terre et à 540 millions de kilomètres du Soleil, entre les orbites de Mars et de Jupiter, filant à travers le système solaire à la vitesse de 55 000 kilomètres par heure soit un peu plus 15 kilomètres par seconde !

Les comètes sont des objets primitifs du système solaire que l’on soupçonne d’avoir apporté l’eau sur la Terre, et peut-être même les ingrédients nécessaires au développement de la vie. Mieux connaître les comètes c’est donc aussi mieux connaître nos origines. Une quête exaltante à laquelle Rosetta apporte d’ores et déjà une contribution historique avec ce rendez-vous et les futures mesures in situ que son atterrisseur Philae devrait fournir, conjointement à celles de l’orbiteur.

Le CNRS-INSU peuvent d’ores et déjà se réjouir de ce premier succès qui implique ses chercheurs et 10 de ses laboratoires de différentes universités participant à l’élaboration des instruments et à l’analyse des données (voir la liste en bas de page). Deux des laboratoires de l'IPSL, le LATMOS et le LISA, sont impliqués sur 8 instruments de la mission.

Aujourd’hui, la sonde se trouve à seulement 100 kilomètres du noyau de la comète, mais continuera à s’approcher durant les prochaines semaines en spiralant de manière triangulaire, réduisant la distance à 50 kilomètres, avant l’étape de mise en orbite effective autour du noyau.

Dès avril 2014 et au fur et à mesure que Rosetta se rapprochait de sa cible, les images prises par la caméra OSIRIS-NAC, conçue et développée par le Laboratoire d’astrophysique de Marseille (CNRS/Aix-Marseille Université) ont révélé un noyau de forme singulière, composé de deux parties distinctes mais accolées, suggérant qu’il pourrait  résulter de la  rencontre de deux planétésimaux. Cependant cette forme  pourrait également être le fruit d’une érosion asymétrique, plus forte dans la zone centrale. La question est donc ouverte. Les dernières images acquises par la NAC montrent une incroyable richesse de structures (piliers, cheminées) qui témoignent de l’activité passée de la comète. De fait un premier et bref sursaut d’activité a été observé fin avril. La comète est donc déjà active et les images de fin juillet montrent nettement une coma, enveloppe de gaz et de poussières qui se dégagent du noyau à son approche du soleil. Le LESIA et le LATMOS sont aussi contributeurs de l’expérience OSIRIS.

Durant la même période, les premières mesures de l’instrument MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter) ont montré que la comète dégageait près de 300 millilitres d’eau chaque seconde. Sur cette expérience, le CNRS a contribué à travers le LERMA et le LESIA pour l'instrumentation et l'analyse scientifique des données.

L’instrument VIRTIS (Infrared Thermal Imaging Spectrometer), quant à lui nous apprenait - à partir de la mesure de la température moyenne de la comète (-70°C) - que la surface de son noyau est probablement composée majoritairement de poussières sombres qui la rendent peu réfléchissante à la lumière du Soleil et donc plus chaude que s’il elle eut été recouverte de glace pure. Au CNRS, ce sont le LESIA, l’IPAG et l’IAS qui ont contribué à cette expérience. Plus particulièrement, le LESIA a fourni la voie haute résolution spectrale de VIRTIS, et est responsable de la fourniture des données orbitographiques de l'instrument.

Aujourd’hui, la sonde entre dans une nouvelle phase qui prépare sa mise en orbite finale et le choix du meilleur site pour l’atterrissage de Philae sur la comète, l’autre moment fort de la mission. Mais au delà de ces étapes de manœuvre sous la responsabilité des agences spatiales dont le CNES, l’arrivée ce jour de la sonde au voisinage très proche de la comète marque le début des prises de données scientifiques à plein régime qui permettront d’en savoir plus sur la composition du noyau de la comète et sur son comportement à l'approche du Soleil, et faire avancer nos connaissances sur les comètes et nos origines, raison d’être de la mission.

Les chercheurs du CNRS vont alors jouer pleinement leur rôle dans le dépouillement et l’interprétation des données scientifiques issues des 14 instruments de la mission auxquels ils contribuent : composition chimique des matériaux de la surface, structure interne et composition du noyau, images directes et indirectes à différentes longueurs d’ondes, dynamique des émissions de poussières et leurs types, dégazage de surface, magnétisme etc.

Plus particulièrement et toujours sur le plan scientifique, la France, à travers le CNRS et ses partenaires, est leader sur 3 instruments de la mission : CIVA, CONSERT et RPC-MIP. Voir les notes ci-après pour en savoir plus sur le fonctionnement et les objectifs de ces 3 instruments, ainsi que la liste des 14 instruments sur lesquels sont impliqués les laboratoires du CNRS.

>> ANIMATION disponible sur le site de l' ESA

Note(s): 

Les instruments auxquels le CNRS contribue (ceux auxquels l'IPSL contribue sont en caractères gras italiques):

• Orbiteur (9 instruments sur 11) : ALICE, CONSERT, COSIMA, MIDAS, MIRO
, OSIRIS
, ROSINA
, RPC, VIRTIS et anciennement GIADA.
• Atterrisseur (5 instruments sur les 10) : APXS, CIVA, CONSERT, COSAC et SESAME.

Les laboratoires CNRS impliqués dans Rosetta-Philae :

• LESIA (Observatoire de Paris/CNRS/Université Paris Diderot/UPMC)
• IPAG (CNRS/Université Joseph Fourier)
• IAS (CNRS/Université Paris Sud)
• LATMOS/IPSL (CNRS/UPMC/UVSQ)
• LPC2E (CNRS/Université d'Orléans)
• IRAP (CNRS/Université Paul Sabatier - Toulouse III)
• LPP (École Polytechnique/CNRS/Université Paris Sud/UPMC)
• LAM (CNRS/Aix-Marseille Université)
• LERMA (Observatoire de Paris/CNRS/ENS/Université Cergy Pontoise/UPMC)
• LISA/IPSL (CNRS/Université Paris Diderot/UPEC)

L’instrument CIVA : Comet nucleus Infrared and Visible Analyzer
Principal Investigator : Jean-Pierre Bibring, enseignant chercheur de l’Université Paris Sud à l’Institut d’astrophysique spatiale (CNRS/Université Paris Sud)
Laboratoires CNRS impliqués : IAS, LAM
L’instrument CIVA est composé de trois sous-systèmes. L’instrument CIVA-P est un ensemble de 7 caméras destinées à réaliser le panorama stéréoscopique du site d’atterrissage, avec une résolution millimétrique près de Philae, et métrique à l’horizon. CIVA-M est lui-même un ensemble de deux microscopes. CIVA-M/V est un microscope optique : des échantillons prélevés par forage seront successivement éclairés en 3 couleurs du vert au rouge, et les images permettront d’identifier des détails de quelques micromètres. CIVA-M/I est un microscope infrarouge hyperspectral, qui réalisera des images des échantillons dans plus de 500 couleurs balayant le domaine du proche infrarouge : le but est de caractériser la composition des glaces, des grains et des molécules organiques présents dans le matériau cométaire. Ces analyses sont non destructives, les échantillons pourront donc être ensuite soumis à des mesures complémentaires, en particulier par spectrométrie de masse (instruments Ptolemy et COSAC).
Au total, CIVA devrait permettre de mettre en évidence les processus actifs à la surface du noyau cométaire, et d’en caractériser les constituants majeurs et mineurs. L’ensemble de ses systèmes a été développé sous la responsabilité de l’IAS, ainsi que leur unité centrale électronique de pilotage.

L’instrument CONSERT : Comet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission
Principal Investigator : Wlodek Kofman, chercheur CNRS à l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (CNRS/Université Joseph Fournier)
Laboratoires CNRS impliqués : IPAG, LATMOS, IRAP
L'expérience consiste à faire propager un signal radio (90 MHz) depuis l'atterrisseur posé sur la comète, à travers le noyau cométaire et à le réceptionner sur la sonde en orbite. À la manière d’une radiographie, le signal ainsi propagé contient des informations sur le milieu qu'il a traversé et permettra d'obtenir des connaissances sur les propriétés physiques et électriques du noyau de la comète, une première et une expérience unique sur Rosetta. Avec plusieurs orbites d'observation, il sera possible d’imager la structure interne dans sa globalité. L’analyse détaillée du signal radio qui a traversé le noyau de la comète donnera des contraintes fortes sur les matériaux, les inhomogénéités et permettra d’identifier des blocs, des lacunes ou des vides.
Avec ces informations nous essaierons de répondre à certaines questions sur la constitution des comètes. Les réponses à ces questions devraient permettre de mieux cerner le problème essentiel de la formation des comètes. Se sont-elles formées à partir de grains interstellaires non transformés ou à partir de grains condensés dans la nébuleuse présolaire ? Comment a opéré l’accrétion ? En formant d’abord les cometésimaux et puis par collisions formant des corps kilométriques ?...

L’instrument RPC-MIP : Rosetta Plasma Consortium - Mutual Impedance Probe
Principal Investigator : Jean-Pierre Lebreton, chercheur associé au Laboratoire de Physique et Chimie de l’Environnement et de l’Espace (CNRS/Université d’Orléans) Laboratoires CNRS impliqués : LPC2E, IRAP, LATMOS
La sonde à Impédance mutuelle (MIP : Mutual Impedance Probe) est l’un des cinq instruments du consortium Plasma (RPC : Rosetta Plasma Consortium). Ces cinq instruments partagent une interface commune à bord de l’orbiteur. Les instruments du RPC ont été conçus afin de faire des mesures complémentaires de l’environnement ionisé de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, ainsi que des propriétés magnétiques du noyau. MIP est une sonde radio-fréquence qui comprend une antenne électrique (avec deux émetteurs et deux récepteurs montés sur un barreau d’un mètre de long) et un boîtier électronique. Cette antenne est installée sur un bras de 2 m de long. MIP peut être utilisé soit en mode actif, soit en mode passif. En mode actif, un courant est injecté dans le plasma afin de mesurer l’impédance de couplage entre le dipôle émetteur et le dipôle récepteur en fonction de la fréquence dans la gamme de 7 kHz à 3.5 MHz. Lorsque la longueur caractéristique du plasma appelée longueur de Debye est supérieure à environ 25 cm, MIP utilise l’une des deux sondes de Langmuir de l’instrument RPC-LAP comme émetteur qui est situé à environ 4 m des récepteurs. La gamme de fonctionnement de MIP permet de couvrir tous les régimes de plasma attendus dans l’environnement de la comète le long de la trajectoire autour du soleil. Les paramètres déduits de la réponse en fréquence de MIP en mode actif comprennent la fréquence plasma, qui donne la densité électronique, ainsi que la température des électrons et la vitesse globale radiale du flux de plasma.  En mode passif, MIP permet d’étudier les émissions électriques des ondes naturelles dans le plasma cométaire.

Contacts chercheurs :

Contacts OSIRIS, MIRO, VIRTIS :

Philippe Lamy (OSIRIS) - 04 91 05 59 32 - 06 30 14 92 33 - philippe.lamy@lam.fr
Stéphane Erard (VIRTIS) - 01 45 07 78 19 - stephane.erard@obspm.fr
Nicolas Biver (MIRO) - 01 45 07 78 09 - nicolas.biver@obspm.fr

Contacts Principal Invastigator :

Jean-Pierre Bibring (CIVA) - 01 69 85 86 86 - jean-pierre.bibring@ias.u-psud.fr
Wlodek Kofman (CONSERT) - 04 76 51 41 47 - 06 46 23 03 34 - wlodek.kofman@obs.ujf-grenoble.fr
Jean-Pierre Lebreton (RPC-MIP) - 02 38 25 52 57 - jean-pierre.lebreton@cnrs-orleans.fr

Source : CNRS-INSU