Comètes et astéroïdes

Les comètes

Une comète est un petit corps rocheux recouvert d’une épaisse couche de glace sale, tournant autour du Soleil sur une orbite très elliptique, qui peut aller bien au-delà de l’orbite de Pluton. La durée d’une orbite de comète peut être de 10 ans, 76 ans comme la comète de Halley, voire plus de 1.000 ans (exemple : la comète Hale-Bopp avec 2.400 ans environ), mais certaines ne mettent que 1 ou 2 ans à revenir près du Soleil.

Lorsqu‘une comète se rapproche du Soleil, les rayonnement (en particulier infra-rouges) dégagés par celui-ci réchauffent la glace. Dans l’espace la glace ne fond pas mais se sublime, se transformant directement en gaz (en vapeur d’eau quand il s’agit de glace composée d’eau). Puis le mélange gaz et poussière, repoussé par les vents solaires, forme la chevelure (aussi appelée “coma”) et la queue de la comète. Cette dernière peut atteindre des dimensions considérables, celle de la comète Hale-Bopp a été estimée à 100 millions de km.

La queue d’une comète est composée de deux parties distinctes : 1) la queue de poussières qui est plutôt blanchâtre et qui va se former derrière la comète par rapport à son déplacement, elle est éclairée par le Soleil — 2) une queue ionisée, de couleur bleutée, qui est toujours opposée au soleil par rapport à la comète comme le montre le schéma suivant, ce qui est compréhensible puisqu’elle est modelée par les vents solaires (les rayonnements ultra-violets émis par le Soleil). Ces rayons UV excitent les molécules de gaz qui deviennent ionisées et émettent une lueur bleutée, généralement visible .

La taille d’une comète est variable, le diamètre de la comète de Halley est d’environ 15 km. Quant au diamètre du noyau de Hale-Bopp, il a été estimé entre 40 et 50 km. Hale-Bopp avait deux queues bien distinctes, l’une composée de matière solide (de poussières), l’autre était formée par le dégazage ionisé de Hale-Bopp. A chaque passage d’une comète près du Soleil, celui-ci lui arrache de la matière jusqu’au jour où, l’enveloppe de glace ayant disparu, il ne restera plus de cette comète que le noyau rocheux.

Les fragments de la comète Schumaker-Levy 9 en route vers Jupiter :

En Août 1994, se produisit un phénomène fabuleux pour les observateurs; en effet, il fut annoncé que la comète Schumaker-Levy9, qui avait frôlé Jupiter, avait été pulvérisée (par les forces de marée de Jupiter) en de nombreux fragments, dont le plus gros avait un diamètre d’environ 1,5 km et que, après une nouvelle et dernière orbite, ces morceaux allaient entrer en collision avec la planète géante. Le spectacle fut grandiose, 21 morceaux de la comète brisée foncèrent vers Jupiter, pour s’écraser à sa surface, l’un après l’autre. Cette collision entre Jupiter et Shumaker-Levy9 laisse à penser que la théorie sur la disparition des dinosaures peut s’être produite de la même manière (la collision entre une grosse comète et la Terre).

Le spectacle était au rendez vous…

 

Mais la plus belle comète de ces 100 dernières années reste Hale-Bopp :

 

La sonde cométaire Rosetta et la comète 67/P Chourioumov-Guérassimenko

Rosetta a été lancée par une fusée Ariane 5 G+ le 2 mars 2004 en direction de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko. Pour se placer sur une orbite identique à celle de la comète, la sonde spatiale a recours à quatre reprises à l’assistance gravitationnelle de la Terre et de Mars. Durant son périple, la sonde spatiale survole 2 astéroïdes (Šteins et Lutetia). Rosetta est ensuite mise en sommeil pendant 31 mois afin de réduire la consommation d’énergie durant la phase de sa trajectoire où elle se trouve la plus éloignée du Soleil. La sonde spatiale est réactivée en janvier 2014 puis se place sur une orbite identique à celle de la comète à moins de 100 kilomètres de celle-ci. Le 6 août 2014 la sonde spatiale débute les manœuvres devant la mener à son orbite finale autour de Tchourioumov-Guérassimenko.

La mission de Rosetta est d’étudier, à l’aide des 21 instruments scientifiques embarqués sur l’atterrisseur et l’orbiteur, le lien qui existe entre les comètes et la matière interstellaire et le rôle joué par les comètes dans la formation du Système solaire. Les mesures effectuées par la sonde lorsqu’elle aura atteint la comète portent sur :

• les principales caractéristiques du noyau, son comportement dynamique, la composition et la morphologie de sa surface;
• la composition chimique, minéralogique et isotopique des matériaux volatils et solides du noyau;
• les caractéristiques physiques et les interactions entre les matériaux volatils et solides du noyau;
• le déroulement de l’activité de la comète (dégazage) et les processus à la surface et dans la chevelure (interactions entre la poussière et les gaz).

L’atterrisseur Philae s’est posé le 12 novembre 2014 sur le noyau de la comète pour étudier in situ les caractéristiques de celui-ci à l’aide des 10 instruments scientifiques dont il dispose.

Déroulement de la mission Rosetta / Philæ :

1. mars 2004 : lancement de Rosetta
2. mars 2005 : première assistance gravitationnelle de la Terre
3. février 2007 : assistance gravitationnelle de Mars
4. novembre 2007 : deuxième assistance de la Terre
5. septembre 2008 : survol de l’astéroïde Šteins
6. novembre 2009 : 3ème et dernière assistance gravitationnelle de la Terre
7. juillet 2010 : rendez vous avec l’astéroïde 21 Lutetia
8. juillet 2011 : mise en sommeil de la sonde
9. janvier 2014 : réactivation de la sonde
10. aout 2014 : mise en orbite autour de la comète
11. novembre 2014 : atterrissage Philæ à la surface de la comète
12. 30 septembre 2016 : fin de la mission

Après avoir parcouru plus de 600 millions de km en une dizaine d’années, la sonde Rosetta s’est mise en orbite autour de la comète 67/P Chouryoumov-Guérassimenko, familièrement surnommée “Tchouri”. Exploit très difficile à réaliser car l’attraction gravitationnelle de ce tout petit corps (moins de 5 x 3 km) est extrêmement faible. Après quelques mois en orbite autour de la comète, Rosetta a largué l’atterrisseur Philæ qui devait se poser en douceur sur la comète en novembre 2014. L’approche se passe bien, mais l’atterrissage, qui devait donner lieu un amarrage avec des harpons pour plaquer Philæ au sol se passe mal : les harpons n’ont pas fonctionné et Philæ a rebondi 3 fois avant de s’encastrer dans une faille où ses panneaux solaires ne recevaient pas assez de lumière pour se recharger. Des résultats ont quand même été obtenus via Rosetta et Philæ (qui a fonctionné 60 heures) et ont fait considérablement avancer nos connaissances sur les comètes. La mission a pris fin avec la dépose de Rosetta sur Tchouri le 30/09/2016.

La comète 67/P Tchourioumov-Guérassimenko
Autre vue de la comète et de ses deux lobes	Des reliefs très accidentés par endroits
En s’approchant du Soleil, la comète chauffe et commence à “dégazer” poussières et gaz
Dégazage de plus en plus intense à proximité du Soleil, avant de repartir dans le vide glacé…

Résultats de la mission :     

Premier enseignement, les comètes ne sont pas des « boules de neige sales », comme on le pensait. On a trouvé sur Tchouri des oxydes de carbone et des molécules organiques comme le méthane et l’ammoniac, ainsi qu’un acide aminé, la glycine, premier élément constitutif des protéines, véritables briques élémentaires du vivant. Ces découvertes renforcent la possibilité que les constituants du vivant aient pu exister avant la formation des planètes.

Deuxième apport de la mission : l’eau présente sur la comète n’a pas la même structure moléculaire que celle qu’on trouve dans nos océans. Jusque-là, les scientifiques privilégiaient l’hypothèse que notre eau provenait des comètes s’écrasant contre la Terre. La découverte de Rosetta ne remet pas totalement en cause cette version. Mais pour valider l’origine extraterrestre de l’eau, il faudra donc se tourner vers d’autres familles de comètes, ou vers les astéroïdes.

Enfin, la sonde a repéré de l’oxygène moléculaire (O₂) en quantité importante sur Tchouri. Une «surprise totale» pour les scientifiques puisqu’il s‘agit de la première découverte jamais enregistré de dioxygène dans une comète. Celui-ci est par ailleurs plus âgé que notre système solaire, ce qui oblige à revoir le mécanisme de la formation de ce dernier.

 

Le second objet extra-solaire détecté, une comète :

On a découvert, le 30 août 2019 un second objet interstellaire, la comète C/2019 Q4 (Borisov), repérée dans le système solaire par Guennadi Borisov au Mobil Astronomical Robotics Genon Observatory (MARGO), à Naoutchnyï, en Crimée. Elle est maintenant appelée 2I/Borisov. 2 pour le deuxième objet venant de l’extérieur du système solaire, I pour caractériser un corps “interstellaire”. C’est une comète à trajectoire hyperbolique avec une très forte excentricité (e = 3,357) qui ne devrait que traverser notre système solaire pour ne plus y revenir. Toutes les comètes ou autres corps qui ont des orbites se situant à l’intérieur du système solaire ont une excentricité inférieure à 1, déterminant une orbite elliptique. Avec e = 1 on aurait une trajectoire parabolique. Au-delà de 1 on a une trajectoire hyperbolique.

Trajectoires comparées de 1I/ʻOumuamua et de 2I/Borissov

Les astrophysiciens pensent que la comète interstellaire n’était jamais passée près d’une étoile avant de frôler le Soleil en 2019. Elle doit donc, elle aussi, garder la mémoire du nuage de gaz et de poussière où elle est née et qui a dû donner également une ou plusieurs protoétoiles. Le fait que 2I/Borisov soit aussi proche de Hale-Bopp laisse donc penser que la nébuleuse primitive à l’origine de notre Système solaire avait probablement une composition très similaire, ce qui laisse songeur quant à l’universalité des conditions favorables à l’apparition de la vie dans la Voie lactée.

C’est bien ce qu’explique Alberto Cellino, de l’Observatoire d’astrophysique de Turin, Institut national d’astrophysique (INAF), Italie, coauteur de l’étude, dans le communiqué de l’ESO annonçant les deux articles : « Le fait que les deux comètes soient remarquablement similaires laisse supposer que l’environnement dans lequel 2I/Borisov a vu le jour n’est pas si différent, en matière de composition et de l’environnement des débuts du Système solaire. »

Son collègue Olivier Hainaut, astronome à l’ESO en Allemagne, qui étudie les comètes et d’autres objets géocroiseurs mais qui n’a pas participé à cette découverte en convient également, toujours dans le même communiqué : « Le résultat principal – à savoir que 2I/Borisov ne ressemble à aucune autre comète à l’exception de Hale-Bopp – est très fort. Il est très plausible qu’elles se soient formées dans des conditions très similaires. »

Alma a observé du gaz de cyanure d’hydrogène (HCN) et du monoxyde de carbone (CO) sortant de la comète interstellaire 2I / Borisov.

La comète 2I/Borisov, vue par le télescope spatial Hubble (Les stries obliques qui semblent passer sont provoquées par des étoiles, car le télescope suivait la comète en mouvement. Ce mouvement provoque ce “filé” d’étoiles car celle-ci sont fixes dans la réalité).  ↓

http://gap47.astrosurf.com/wp-content/uploads/2021/04/Animation-of-Comet-2I_Borisov.mp4

Les images montrent un objet de type cométaire, avec une coma discrète mais bien dessinée, suggérant qu’elle possède effectivement un noyau glacé, et un soupçon de queue. Les chercheurs sont impatients d’obtenir un spectre qui leur permettrait de déterminer quels composés s’en échappent.

L’excentricité de C/2019 Q4 (Borisov), quant à elle, est estimée à 3,2. Ce qui confère à l’objet une orbite hyperbolique signe que cette comète n’est pas liée à notre Soleil. Elle pourrait venir de la direction du plan galactique situé dans Cassiopée. Elle voyage actuellement à 150.000 km/h, vitesse phénoménale pour un objet du Système solaire, ce qui fournit aux astronomes un indice supplémentaire en faveur d’une origine interstellaire.

Arrivant de biais, avec un angle de 40° par rapport au plan de l’écliptique (défini par l’orbite de la Terre, et approximativement des autres planètes, autour du Soleil), elle a traversé celui-ci le 26 octobre 2019, avant de poursuivre sa route et de quitter notre Système. Autre donnée, tirée cette fois de la réflectivité de sa surface : C/2019 Q4 (Borisov) serait un objet relativement grand, entre 2 et 16 kilomètres. À comparer aux 400 mètres de long estimés pour ‘Oumuamua (voir ci-après).

 

 

 

ASTÉROÏDES, MÉTÉORITES ET ÉTOILES FILANTES

La plupart des astéroïdes sont situés sur une orbite comprise entre Mars et Jupiter.

Les astéroïdes sont aussi appelés planétoïdes (petites planètes). Les plus grands d’entre eux peuvent avoir un diamètre compris entre un kilomètre et un millier de kilomètres. Par exemple Gaspra dont les mensurations sont 20 x 12 x 11 km, et qui a la forme d’une cacahuète. Cérès, lui, est plus rond; son diamètre est de 950 km environ et c’est le seul astéroïde qui fait désormais partie de la catégorie des “planètes naines”.

↑   Cérès

 

Le tout premier astéroïde extra-solaire détecté :

Des observations de l’ESO témoignent de l’étrange nature du tout premier astéroïde interstellaire détecté à ce jour. Le VLT dévoile un objet de couleur rouge foncé et de forme allongée

↑   Épreuve d’artiste représentant l’astéroïde Oumuamua

Des astronomes ont pour la toute première fois étudié un astéroïde en provenance de l’espace interstellaire lors de sa traversée de notre Système Solaire. Des observations effectuées au moyen du Very Large Telescope de l’ESO au Chili et d’autres observatoires disséminés à la surface du globe ont montré que cet objet particulier a voyagé dans l’espace des millions d’années avant de pénétrer à l’intérieur de notre système stellaire. C’est un objet de couleur rouge foncé, de forme très allongée, de composition métallique ou rocheuse, qui ne ressemble en rien aux composants habituels du Système Solaire. Les résultats de cette étude paraîtront au sein de l’édition du 20 novembre 2017 de la revue Nature. Le 19 octobre 2017, le télescope Pan-STARRS 1 détecta depuis Hawaï un petit point de lumière se mouvant dans le ciel. A première vue, il ressemblait à un astéroïde de faibles dimensions se déplaçant à vitesse élevée. Toutefois, des observations complémentaires ont permis de précisément définir son orbite. Les calculs révélèrent, sans l’ombre d’un doute, que son origine différait nettement de celle de l’ensemble des astéroïdes et autres comètes observés à ce jour. Cet objet provenait, non pas de l’intérieur du Système Solaire, mais de l’espace interstellaire, en effet. Bien que classifié en premier lieu parmi les comètes, les observations de l’ESO ainsi que d’autres observatoires ne révélèrent aucun signe d’activité cométaire lors de son passage à proximité du Soleil en septembre 2017. L’objet a donc été rangé dans la classe des astéroïdes interstellaires et baptisé 1I/2017 U1 (‘Oumuamua).

“Il nous fallait agir rapidement” précise l’un des membres de l’équipe, Olivier Hainaut de l’ESO à Garching en Allemagne. « ‘Oumuamua s’éloignait déjà du Soleil en direction de l’espace interstellaire ». Le Very Large Telescope de l’ESO fut aussitôt réquisitionné dans le but de déterminer l’orbite de l’objet, sa brillance ainsi que sa couleur, avec une précision meilleure que celle caractérisant les plus petits télescopes. La rapidité d’exécution fut essentielle, la luminosité d’`Oumuamua diminuant drastiquement à mesure qu’il s’éloignait du Soleil, de l’orbite terrestre notamment, vers l’extérieur du Système Solaire. D’autres surprises étaient à venir. En combinant les images acquises au travers de quatre filtres différents intercalés sur l’instrument FORS du VLT avec les clichés obtenus au moyen d’autres grands télescopes, l’équipe d’astronomes emmenée par Karen Meech (Institut d’Astronomie, Hawaï, Etats-Unis) a mis en évidence la variation périodique de luminosité de `Oumuamua : sa brillance varie d’un facteur dix en effet au fil de sa rotation autour de son axe, soit en l’espace de 7,3 heures.

↑  Animation de la trajectoire de l’objet A/2017 U1 récemment découvert. Comète ou astéroïde, il n’a jamais rencontré les 8 planètes de notre Système solaire. Cet objet est le premier identifié à venir d’un autre système planétaire. © Nasa, JPL

Karen Meech revient sur cette découverte : “Cette variation importante et inhabituelle de luminosité s’explique par la forme très allongée de l’objet : il est une dizaine de fois plus long que large, d’apparence compliquée, ondulée. Nous avons par ailleurs constaté qu’il était de couleur rouge foncé, semblable à celle des objets situés en périphérie du Système Solaire, et qu’il était totalement inerte, aucune trace de poussière n’ayant été détectée dans son environnement proche.” Ces propriétés laissent à penser que `Oumuamua est un objet dense, potentiellement rocheux voire majoritairement constitué de métal, dépourvu de quantités significatives d’eau ou de glace, et que la couleur sombre de sa surface résulte des effets de l’irradiation par les rayons cosmiques sur des millions d’années. Sa longueur est estimée à plus de 400 mètres.

Les calculs orbitaux préliminaires indiquent que l’objet provenait d’une région du ciel voisine de l’étoile Vega, dans la constellation boréale de la Lyre. Toutefois, bien qu’il se meuve à la vitesse éclair de 90 000 kilomètres par heure, le voyage depuis l’espace interstellaire jusqu’à notre Système Solaire dura quelque 300 000 ans. A cette époque reculée, Véga n’occupait pas sa position actuelle. `Oumuamua a probablement erré dans la Voie Lactée, indépendamment de tout système stellaire, des centaines de millions d’années avant qu’il ne rencontre fortuitement le Système Solaire. Les astronomes estiment qu’un astéroïde interstellaire semblable à `Oumuamua pénètre à l’intérieur du Système Solaire chaque année ou presque. Toutefois, leur faible luminosité les rend difficiles à détecter. A l’heure actuelle, seuls les télescopes de sondage tel Pan-STARRS s’avèrent suffisamment puissants pour les détecter. “Nous continuons d’observer cet objet si particulier”, conclut Olivier Hainaut, “et espérons déterminer, avec une précision accrue, sa provenance ainsi que sa destination prochaine au sein de la galaxie. Maintenant que nous avons découvert le tout premier rocher interstellaire, nous nous préparons à en observer d’autres !”

 

Une météorite est un corps solide naturel d’un système planétaire qui en traversant l’atmosphère d’un autre corps n’a pas perdu toute sa masse et qui atteint la surface de la Terre ou d’un autre astre (planète, exoplanète, satellite naturel, astéroïde) sans être complètement volatilisé lors de l’impact avec cette surface.

↑ Meteor Crater en Arizona. Provoqué par la chute d’une météorite (il y a environ 50 000 ans) de 50 m de diamètre et de 300.000 tonnes. Ce cratère mesure entre 1.200 et 1.400 m de diamètre avec une profondeur de 190 mètres. On a récupéré près de 30 tonnes du matériau original, composé essentiellement de fer et de nickel. ↑ Le cratère de Chicxulub (pratiquement invisible en surface) est le fruit de la chute d’une grosse météorite de près de 10 km de diamètre lors de l’impact (il y a 66 millions d’années). Il est tombé à cheval sur la presqu’île du Yucatan (Mexique) et sur la mer (Golfe du Mexique). Cet impact serait responsable de l’extinction des dinosaures et de nombreuses autres espèces animales. Le cratère fait environ 180 km de diamètre. La puissance de l’explosion aurait été équivalente à plusieurs milliards de fois celle de la bombe atomique d’Hiroshima !

La majorité des météorites proviennent de petits corps célestes du Système solaire appelés météoroïdes (99,4 % des météorites analysées proviennent de fragments d’astéroïdes, quelques centaines de spécimens sont d’origine lunaire ou martienne), elles sont plus rarement produites par l’impact de gros astéroïdes.

La traînée lumineuse produite par l’entrée dans l’atmosphère du météoroïde à des vitesses de l’ordre de dizaines de km/s s’appelle un météore qui est soit une étoile filante (petit météoroïde dont la combustion illumine le ciel la nuit), soit un bolide (gros météoroïde brillant assez pour être visible même de jour), ce météore lumineux s’éteignant à une altitude le plus souvent de 20 km et prenant le nom de météorite lorsque son ablation dans la troposphère n’est pas complète et qu’il atteint le sol en chute libre. La réaction de la météorite lors de son contact avec l’atmosphère, et ensuite éventuellement avec le sol, peut se traduire par un champ de dispersion.

Le chasseur de météorites distingue les « chutes », météorites qu’on a vu tomber sur Terre et qu’on a retrouvées peu après leur atterrissage, des « trouvailles », météorites découvertes par hasard sans que leur chute soit observée.

 

 

 

Parfois, certaines météorites sont gigantesques. La plus grosse connue à ce jour, c’est la météorite de fer HOBBA découverte en Namibie, qui pèse 60 tonnes.

En 2016, il y a plus de 54 000 météorites classifiées (nom officiel validé) par la Meteoritical Society qui publie chaque année un catalogue des nouvelles météorites analysées, le Meteoritical Bulletin. Ce nombre augmente d’environ 1 500 chaque année.

 

Vous pouvez consulter notre document PowerPoint qui recense de nombreux impacts d’astéroïdes ayant laissé des traces visibles sur la Terre. La plupart des très vieux cratères ont été recouverts par de la végétation, c’est pourquoi ceux qui sont encore visibles sont très jeunes ou bien dans des déserts. =>> Cratères d’impacts

La collection de météorites du Muséum National d’Histoire Naturelle

La plus ancienne

Les météorites de la collection sont classées selon leur ordre d’entrée dans cette collection. Celle d’Ensisheim (Haut-Rhin), porte le numéro un. Tombée le 7 novembre 1492, elle a longtemps été la météorite la plus ” ancienne “, non par son âge, mais par celui de sa chute. Celle-ci a été décrite et illustrée, et constitue le premier témoignage complet relatif à une chute de météorite (d’autres sont tombées longtemps avant, mais on ne possède aucun témoignage sur leur chute). La météorite d’Ensisheim a été détrônée il y a une dizaine d’années, quand a été retrouvée, dans un sanctuaire japonais, une météorite avec une inscription datant la chute du 19 mai 861.

 

Les plus grosses

” La Caille ” est une météorite de fer pesant 625kg. C’est l’une des plus grosses météorites du Muséum. Lors de son identification comme météorite en 1828, elle servait de banc devant l’église, sur la place du village de Caille, dans les Alpes-Maritimes. Celle de Saint-Séverin est une météorite de pierre de près de 271 kg. Elle a été retrouvée en Charente, où elle est tombée en 1966.

 

La plus précieuse

Il est difficile de définir laquelle, de toutes les météorites de cette collection, est la plus précieuse. Peut-être la météorite d’Orgueil, et pas seulement à cause de son nom; il s’agit d’une chondrite carbonée d’une classe très rare, trouvée dans le Tarn et Garonne. On ne connaît que sept météorites de ce type en tout dans le monde: cinq d’entre elles ne pèsent que quelques grammes, une 700 grammes, tandis que celle du Muséum pèse près de 11 kg. Ces météorites sont très primitives, et leur composition chimique est très proche de celle du soleil; ce sont celles que l’on utilise pour déterminer la composition de la nébuleuse primitive qui a donné naissance au système solaire, il y a 4,5 milliards d’années.

 

La plus singulière

La plus singulière est sans doute la météorite de Chassigny (Haute-Marne), tombée en 1815. Alors que la quasi-totalité des autres météorites sont des morceaux d’astéroïdes, celle-ci, avec ses 376 grammes, aurait pour origine la planète Mars.

 

La plus célèbre

C’est une chondrite carbonée, la météorite d’Allende, qui est la plus célèbre de toutes les météorites du Muséum. Elle est tombée au Mexique en 1969, l’année où l’homme a marché sur la Lune. C’est dans de petites inclusions de cette météorite, qui sont les plus vieux témoignages du système solaire que l’on connaisse (4,566 milliard d’années), qu’ont été trouvées pour la première fois des anomalies isotopiques Cette découverte a fortement modifié les idées que l’on se faisait sur la formation du système solaire.

 

Les étoiles filantes sont, en grande majorité, les restes de la chevelure d’une comète qui a coupé l’orbite de la Terre. Quand elles entrent en contact avec l’atmosphère de la Terre à la vitesse de 70 km/s, ces petites particules (ce sont aussi des météores) s’échauffent, brûlent, en laissant derrière eux une brève traînée de gaz et de poussière brillante.

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