Le cycle de la glace d’eau sur Tchouri observé par Rosetta

Les données fournies par Rosetta ( lancée il y a 10 ans)permettent d’apporter la première preuve de l’existence d’un cycle quotidien de la glace d’eau à la surface de la comète Tchouri : études  faites par des chercheurs du Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (Observatoire de Paris / CNRS / UPMC / Université Paris Diderot) et de l’Institut de planétologie et d’astrophysique de Grenoble (Université Joseph Fourier / CNRS).

Le voyage de Rosetta

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Les comètes?

Les comètes proviennent des régions les plus externes de notre Système Solaire.

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.

Les comètes  se sont formées il y a 4.5 mlliards d’années. Elles sont des résidus de l’époque où les planètes  se sont formées.

La comète Tchouri 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.

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Tchouri:Credits: Image: ESA/Rosetta/NAVCAM; Dimensions: ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

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( passage de l’état solide à l’état gazeux)

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.
Quels sont les processus physiques qui alimentent l’activité de dégazage? Comment s’extrait la glace d’eau de l’intérieur pour approvisionner la coma en vapeur d’eau?

Les observations  de Tchouri ont révélé que l’activité de dégazage a une variation diurne de l’intensité résultant de l’évolution des conditions d’ensoleillement.

Une équipe scientifique a observé de la glace d’eau qui apparaît et disparaît quotidiennement sur une région de la comète ( étude présentée dans la revue scientifique Nature).

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.

Instruments de l'orbiteur Rosetta © ESA

Instruments de l’orbiteur Rosetta © ESA

« VIRTIS est un spectromètre imageur qui combine trois canaux de données en un instrument. Deux des canaux de données sont conçus pour réaliser une cartographie spectrale (220 – 5060 µm). Le troisième canal est consacré à la spectroscopie (2 – 5 µm). VIRTIS détectera, caractérisera et cartographiera les bandes spectrales typiques des minéraux et des molécules émises par les composants de la surface du noyau et par les matériaux dispersés dans la coma . » source CNES

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

Les observations sont 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.

En effet lors de la rotation de la comète Tchouri , 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. »

Que suggèrent ces données?

  • 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.

Titre Le cycle de l'eau-glace de la comète de Rosetta Sortie 23/09/2015 19:00 Droit d'auteur de données: ESA / Rosetta / VIRTIS / INAF-IAPS / OBS DE PARIS-LESIA / DLR; MC De Sanctis et al (2015); Comet: ESA / Rosetta / NavCam - CC BY-SA 3.0 IGO Description Gauche, en haut: la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko en fonction de quatre images prises par la caméra de navigation de Rosetta le 2 Septembre ici 2014. A gauche, en bas: les images de la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko prises avec visible, infrarouge et thermique spectromètre imageur de Rosetta, VIRTIS (à gauche), et des cartes de l'abondance de la glace d'eau (au milieu) et la température de surface (à droite). Les images ont été prises le 12 (en haut), 13 (au milieu) et 14 Septembre (en bas) et se concentrent sur Hapi, une région sur «cou» de la comète, un des endroits les plus actifs sur le noyau à l'époque. En comparant ces images et les cartes, les scientifiques ont constaté que la glace d'eau est présente sur les correctifs les plus froids, alors qu'il est moins abondante ou absente sur les correctifs les plus chauds. En outre, la glace d'eau n'a été détectée sur un patch de la surface quand il a été jeté dans l'ombre. Cela indique un comportement cyclique de glace d'eau au cours de chaque rotation comète. A droite: le cycle quotidien de glace d'eau. Pendant la journée, locale, de la glace et de l'eau sur quelques centimètres sous la surface et sublime de fuites; pendant la nuit locale, la surface se refroidit rapidement, tandis que les couches sous-jacentes sont encore chaudes, afin glace d'eau souterraine continue sublimer et de trouver son chemin vers la surface, où elle gèle à nouveau. Le jour suivant la comète, sublimation recommence à compter à partir de la glace d'eau dans la couche de surface nouvellement formée.

Droit d’auteur de données: ESA / Rosetta / VIRTIS / INAF-IAPS / OBS DE PARIS-LESIA / DLR; MC De Sanctis et al (2015); Comet: ESA / Rosetta / NavCam – CC BY-SA 3.0 IGO

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Ce cycle de l’eau semble être un processus important dans l’évolution de la comète Tchouri, conduisant à la modification cyclique de l’abondance relative de la glace d’eau sur sa surface.

« 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 maintenant, grâce à la surveillance continue par Rosetta de 67P/Tchourioumov-Guerassimenko, 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, le spectromètre micro-ondes installé sur 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. »

 

Parler de Rosetta en SVT et Physique Chimie :  système solaire, comètes, vie sur terre …

Des pistes :

– Photos  ESA de la mission Rosetta (Creative Commons CC BY SA) sur Flick ici

– un dessin animé réalisé par l’ESA:Image de prévisualisation YouTube

– à voir sur Eduscol

les cahiers de l’espace du CNES à télécharger

Vous pouvez télécharger  la brochure de l’ESA consacrée à Rosetta: Rosetta/ ESA ou la feuilleter en ligne ici

Comètes : un rêve plus loin ! De Rosetta à nos origines (n° 2): CahierRosetta2004

Ailleurs… la vie ! Possible ou probable ? (n° 1):Cahier1_Ailleurs_la_vie

Le jeu  éducatif de la NASA: Comet Quest « A Rosetta Adventure

La brochure ESA en français: Rosetta, rendez vous avec une comète

La mission Rosetta est une première mondiale, cela  suffira-t-il  pour répondre complètement à ces deux grandes questions: la formation du système solaire et l’apparition de la vie sur Terre …

Mais combien d’exploits technologiques et de découvertes au cours des dix ans de cette odyssée  exceptionnelle !

L’atterrisseur Philae devrait continuer à fonctionner jusqu’en mars 2015, Rosetta jusqu’à la fin 2015….Il restera à analyser toutes ces données …

L’aventure ne fait que commencer …A suivre sur les sites de l’ESA , du CNES

Voir mon article complet sur Rosetta ici

source partielle : communiqué du CNRS cp_cycle_glace_virtis_rosetta_vdef