La communauté astronomique et scientifique et de nombreuses personnes à travers le monde se souviennent de la formidable odyssée de la sonde Rosetta, de l’Agence Spatial Européenne (ESA). Petit rappel des contours de la mission : Rosetta était partie le 2 mars 2004 à bord d’une fusée Ariane5G+. Après une distance parcourue de 6,5 milliards de kilomètres et des manœuvres d’approche, Rosetta se met en orbite finale autour (à 30 km) de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko le 10 septembre 2014, puis y dépose l’atterrisseur Philae le 12 novembre. La comète est au plus près du Soleil le 13 août 2015. Rosetta finira sa mission le 30 septembre 2016 en allant se poser sur la comète. Quant à l’atterrisseur, celui-ci ne s’était pas posé correctement et avait rebondi plusieurs fois sur la comète pour finir dans une crevasse où, ses panneaux solaires ne recevant plus la lumière du Soleil, il avait cessé très vite de fonctionner.
Publication de l’ESA du 28 octobre 2020
Le mystère est enfin résolu de l’atterrissage avec rebonds de Philae sur la comète Tchouri en 2014.
Le second site d’atterrissage de Philae a été découvert sur la « crête du crâne ».
Après des années d’un travail de détective, le second site sur lequel l’atterrisseur Philae de Rosetta s’est posé a été identifié sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko dans un lieu dont la forme rappelle un crâne. Philae a laissé son empreinte dans de la glace vieille de plusieurs milliards d’années, révélant ainsi que l’intérieur de la comète glacée est plus onctueux que la mousse d’un capuccino.
Histoire de détective
Philae est descendu à la surface de la comète le 12 novembre 2014. Il a atterri sur le site prévu, Agilkia, avant de rebondir et d’embarquer pour un vol d’une durée de deux heures pendant lequel il est entré en collision avec le bord d’une falaise et a dégringolé vers un second site d’atterrissage. Philae s’est finalement arrêté à Abydos, dans un lieu abrité qui n’a été identifié dans les images prises par Rosetta que 22 mois plus tard, quelques semaines avant la fin de la mission Rosetta.
Laurence O’Rourke de l’ESA, qui avait joué le rôle principal dans la découverte de Philae à Abydos, était également déterminé à localiser le site d’atterrissage précédent, jusque-là inconnu.
« Philae nous avait laissé un dernier mystère à résoudre, » explique Laurence O’Rourke. « C’était important de trouver le site d’atterrissage parce que les capteurs de Philae indiquaient qu’il avait pénétré la surface, exposant ainsi vraisemblablement la glace primitive cachée sous celle-ci, ce qui nous donnerait un accès inestimable à de la glace vieille de plusieurs milliards d’années ».
Avec une équipe de scientifiques et d’ingénieurs de la mission, il s’est attelé à rassembler des données des instruments de Rosetta et de Philae pour trouver et confirmer l’emplacement du site d’atterrissage manquant.
La star des recherches
Même si une zone de « glace tranchée » observée dans les images haute-résolution de la caméra OSIRIS de Rosetta s’est avérée cruciale pour confirmer l’emplacement, c’est la perche du magnétomètre ROMAP qui a été la star des recherches. L’instrument a été conçu pour effectuer des mesures du champ magnétique dans l’environnement local de la comète, mais pour cette nouvelle analyse, l’équipe a examiné les changements enregistrés dans les données quand la perche (qui dépasse de 48 cm du corps de l’atterrisseur) s’est déplacée alors que l’atterrisseur touchait la surface. Cela a créé une série caractéristique de pics dans les données magnétiques alors que la perche se déplaçait par rapport au corps de l’atterrisseur, ce qui a fourni une estimation de la durée pendant laquelle Philae a marqué la glace de son empreinte. Les données ont également pu être utilisées pour évaluer l’accélération de Philae pendant ces contacts.
Les données de ROMAP ont été corrélées avec celles collectées au même moment par le magnétomètre RPC de Rosetta, afin de déterminer l’attitude de Philae et d’exclure toute influence du champ magnétique de l’environnement ionisé de la comète.
« Nous n’avons pas pu effectuer en 2014 toutes les mesures que nous avions prévu de faire avec Philae, donc c’est vraiment extraordinaire d’utiliser le magnétomètre de cette manière et de combiner les données de Rosetta et de Philae d’une façon qui n’avait pas été prévue afin d’obtenir ces formidables résultats, » explique Philip Heinisch, qui a dirigé l’analyse des données de ROMAP.
Une nouvelle analyse des données de l’atterrissage a déterminé que Philae a passé presque deux minutes complètes sur le second site d’atterrissage et effectué au moins quatre contacts distincts avec la surface alors qu’il la « labourait ». Une empreinte particulièrement notable révélée dans les images a été créée alors que le dessus de Philae s’enfonçait de 25 cm dans la glace de la paroi d’une crevasse, laissant des marques identifiables de son instrument de forage et de ses côtés. Les pics dans les données du champ magnétique qui découlent du mouvement de la perche montrent qu’il a fallu trois secondes à Philae pour créer cette empreinte spécifique.
Le crâne
“La forme des rochers heurtés par Philae m’a fait penser à un crâne vu de dessus, j’ai donc décidé de surnommer cette région « la crête du crâne » et de continuer dans le même thème pour les autres caractéristiques observées, » déclare Laurence O’Rourke.
« L’œil droit du crâne a été formé par le dessus de Philae alors qu’il comprimait la poussière, et l’espace entre les rochers où Philae est passé à la manière d’un moulin à vent a été nommé la crevasse du crâne ».
↑ L’atterrisseur Philae de la sonde Rosetta s’est posé sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko le 12 novembre 2014 et a eu de multiples contacts avec la surface avant d’arriver à sa place finale. Ce gif animé montre le site du deuxième contact, qui est caractérisé par un endroit brillant constitué de glace d’eau couvrant une zone d’environ 3,5 m2. Bien que la glace soit essentiellement dans l’ombre au moment du contact, le Soleil éclairait directement la zone 22 mois plus tard, éclairant comme un phare, par rapport à tout ce qui l’entourait. Dans ce gif animé la seconde image a sa luminosité et son contraste totalement réduits pour montrer que la glace de la crevasse est plus lumineuse que tout le terrain environnant.
L’analyse des données et des images d’OSIRIS et du spectromètre VIRTIS de Rosetta confirme que la zone brillante était de la glace d’eau sur une surface d’environ 3,5 mètres carrés. Même si la glace était principalement dans l’ombre au moment de l’atterrissage, le Soleil illuminait de manière directe la zone quand les images ont été prises quelques mois plus tard, la faisant se démarquer de tout ce qui l’entoure. La glace était plus claire que les environs parce qu’elle n’avait encore jamais été exposée à l’environnement spatial et n’en avait pas subi les assauts.
« C’était comme un phare dans l’obscurité, » déclare Laurence O’Rourke, qui note que cette zone était située à seulement 30 mètres de l’endroit où Philæ a été photographié à la surface de la comète.
Mousse de cappuccino
Tout en étant une conclusion passionnante à cette recherche du second site d’atterrissage de Philae, cette étude fournit également les premières mesures in situ de la tendreté de l’intérieur glacé et poussiéreux d’un rocher sur une comète.
« Le simple fait que Philae a laissé son empreinte sur la paroi d’une crevasse nous a permis de déduire que ce mélange de glace et de poussière vieux de plusieurs milliards d’année est extraordinairement mou, plus moelleux que la mousse d’un capuccino, d’un bain moussant, ou encore que l’écume des vagues sur la plage », ajoute Laurence O’Rourke.
L’étude a aussi permis d’estimer que la porosité du rocher (la quantité d’espace vide entre les grains de glace et de poussière à l’intérieur du rocher) est de l’ordre de 75%, ce qui correspond à la valeur mesurée précédemment pour l’ensemble de la comète dans une autre étude. Cette même étude a démontré que l’intérieur de la comète est homogène sur toutes les échelles de taille jusqu’à environ un mètre. Cela implique que les rochers sont représentatifs de l’état général intérieur de la comète au moment de sa formation il y a environ 4,5 milliards d’années.
« C’est un fantastique résultat multi-instruments qui non seulement comble les lacunes de l’histoire des rebonds de Philae, mais nous en apprend davantage sur la nature de la comète », explique Matt Taylor, scientifique du projet Rosetta de l’ESA. « Il est particulièrement important de comprendre la dureté d’une comète pour de futures missions embarquant un atterrisseur. Le fait que la comète ait un intérieur si moelleux est une information très importante à la fois pour la conception de mécanismes d’atterrissage et pour les procédés mécaniques qui seront peut-être nécessaires pour récolter des échantillons ».
↑ L’atterrisseur Philae de la sonde Rosetta s’est posé sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko le 12 novembre 2014 et a eu de multiples contacts avec la surface avant d’arriver à sa place finale à un endroit appelé Abydos.
Cette vidéo présente un survol de la vallée d’Abydos, dont l’endroit du second contact de Philae dans une région surnommée “la crête du sommet du crâne”, que l’on peut voir dans le modèle de terrain, numériquement reconstruit à partir des images d’OSIRIS de la sonde Rosetta. La vallée d’Abydos est un endroit parsemé de rochers avec la zone du contact situé en haut d’une caractéristique ressemblant à une colline qui se situe 30 mètres au-dessus de la vallée à son point le plus haut.
Le survol commence avec les rochers du sommet du crâne encerclés, avant que le spectateur ne vole vers eux et fasse une rotation de 360 degrés. Bien que les petits détails de l’interaction avec le site de contact ne soient pas montrés dans ce modèle, la glace présente dans la crevasse elle-même est clairement visible.
Pour s’orienter, à 45 secondes de la vidéo, le “chapeau du crâne” se situe à gauche de la crevasse et le visage du crâne est à droite. Le chapeau du crâne a une longueur de 5 mètres. Le rocher qui constitue la face du crâne a une longueur de 6 mètres. Les deux rochers ont une largeur d’environ 2,5 mètres. Bien que les rochers aient une forme distincte, telle que vue dans le vol initial en perspective, le challenge est de les trouver quand on se place à d’autres endroits.
Note
L’étude “The Philae lander reveals low-strength primitive ice inside cometary boulders,” par O’Rourke et al. a été publiée dans la revue Nature.
Cette étude a utilisé des données des instruments OSIRIS, VIRTIS et RPC-MAG de Rosetta, et de l’instrument ROMAP de Philae. Les données de l’instrument MIRO de Rosetta ont également été examinées mais l’empreinte de l’instrument était trop large pour tirer des conclusions pertinentes dans le cadre de cette étude. Des « modèles de forme » qui détaillent la topographie de cette région en plus haute résolution que ceux disponibles au moment de l’atterrissage ont été essentiels à l’obtention d’une perspective 3D de cette région, tout comme de nouvelles modélisations de la trajectoire de vol de Philae.
Une nouvelle analyse des données ROMAP montre que le contact initial à l’atterrissage a eu lieu à 17 heures, 23 minutes et 48 secondes, soit environ une minute et demi plus tôt que ce qui a été indiqué précédemment. L’heure indiquée à l’origine correspond au contact le plus significatif de Philae avec la surface, mais il est maintenant clair que Philae a touché la surface à plusieurs reprises pendant son second atterrissage, et passé environ deux minutes sur cette zone.
Remise en contexte des sites d’atterrissage de Philae