18 mai 2022

Étude physico-chimique des petits corps

Calibration sol des données COSIMA 


Il existe 2 modèle au sol de COSIMA servant à la calibration des données : le RM (Reference Model) au MPI de Lindau et l’OM (Orléans Model) au LPC2E.
En effet, l’équipe possède au laboratoire un spectromètre TOF-SIMS non commercial (construit durant la phase de qualification du module d’ionisation que le LPC2E a fourni), reconnu comme l’un des modèles de référence (OM pour « Orléans Model ») de COSIMA. Depuis le lancement de Rosetta, l’une des contributions majeures de l’équipe repose sur l’utilisation de ce modèle et la mise en oeuvre d’un programme d’analyse d’analogues cométaires en vue d’aider à l’interprétation des données de vol. Ces travaux donnent lieu à une importante activité scientifique soulignée par plusieurs publications et 2 thèses co-dirigées.

Phase opérationnelle de la mission COSIMA

La période 2014-2016 a été marquée par la phase opérationnelle de la mission. COSIMA a détecté plus de 31 000 grains de poussières cométaires, et ce même durant la phase initiale de rendez-vous de Rosetta avec la comète, période de faible activité cométaire entre 3 et 3,4 UA du Soleil, alors que les modèles prédisaient des taux de collecte très faibles. Le nombre et la taille de ces particules de poussières excédent toutes les prédictions (Schulz et al., 2014 ; Mérouane et al., 2016). Aucun cratère d’impact n’a été observé sur les cibles collectrices, ce qui est en accord avec de faibles vitesses d’impact (< à 10 m/s) comme déterminées par l’instrument GIADA (Rotundi et al., 2015). Les particules les plus abondantes sont les particules floculentes. Les différences observées dans la typologie des particules collectées sont telles qu’il est possible d’identifier plusieurs classes bien définies, avec une dichotomie majeure entre les particules compactes, et les particules en amas d’un large éventail de types (amas brisés, les amas collés et les amas en empilements lâches) (Langevin et al., 2016). L’analyse chimique de cette collecte a montré récemment que la matière carbonée composant la poussière de la comète Tchoury est de structure macromoléculaire (Fray et al., 2016).

L’expérience ROSINA

Analyse des gaz de la comète 67P/CG 
Depuis 2008, une forte collaboration scientifique est également engagée avec l’équipe de l’Université de Berne en charge de l’instrument ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) sur Rosetta. ROSINA est constitué de 2 spectromètres de masse permettant de connaître la composition de l’environnement atmosphérique et ionosphérique de la comète, et d’un senseur de pression. Sorte de renifleur, cet appareil analyse les gaz qui s’échappent du noyau de la comète. Il permet de déterminer la composition chimique ainsi que la température du gaz de l’atmosphère et des ions dans l’ionosphère de 67P/CG. Depuis son réveil début avril 2014, ROSINA a quasiment fonctionné en continu.

La période 2014-2016 a été marquée par une production scientifique majeure pour la communauté cométaire. 
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Les principales espèces volatiles mesurées sont l’eau (H2O), le monoxyde et le dioxyde de carbone (CO et CO2), mais ROSINA montre clairement que le rapport de concentration, dans la coma, entre ces espèces varie très sensiblement en fonction des régions observées au dessus de la surface, impliquant des sources différentes à la surface (Hässig et al., 2015).

ROSINA a aussi détecté un grand nombre d’espèces mineures (Le Roy et al., 2015).

La mesure du rapport D/H de 67P/CG était très attendue. ROSINA a révélé que ce rapport était 3 fois plus élevé (5,3×10-4) que celui des océans terrestres (Altwegg et al., 2014), encore plus élevé que n’importe quelle mesure effectuée sur une comète du nuage d’Oort. Cette découverte surprenante montre que la diversité des comètes est plus complexe que ce que prédisaient les modèles simples à deux familles de comètes, et indiquerait plutôt une origine différente celles de la famille de Jupiter, sur des distances beaucoup plus étendues que ce que l’on supposait jusqu’alors.

Pour la première fois, de l’azote moléculaire N2 a été détecté dans une comète (Rubin et al., 2015). Cette découverte indique une température très froide lors de la formation de la glace cométaire de la comète 67P/CG sans doute inférieure à 30K.
Elle conforte aussi l’idée que l’azote terrestre ne provient probablement pas de comètes de type de 67P/CG.

ROSINA a détecté pour la première fois la présence d’oxygène moléculaire, O2 (Bieler et al., 2015). L’oxygène atomique, O, est l’un des composants les plus abondants dans l’univers, l’oxygène gazeux (moléculaire O2), lui, est loin d’être fréquent. Les mesures montrent des valeurs extrêmement élevées du rapport O2/H2O variant entre 1 % et 10 %, avec une valeur moyenne de 3,8 %, et, surtout, que ce rapport n’a pas évolué de manière significative au fil des milliers de mesures réalisées entre septembre 2014 et mars 2015 alors que Rosetta circulait à une distance comprise entre 10 et 30 km du noyau. O2 aurait été incorporé dans la glace du noyau pendant sa formation et non pas produit actuellement par l’interaction des matériaux du noyau ou de la coma avec le vent solaire et le rayonnement UV du Soleil. O2 devait être présent dans la nébuleuse primitive et aurait ensuite été aggloméré dans la glace du noyau de la comète.

La glycine et le phosphore, des ingrédients considérés comme cruciaux dans l’origine de la vie sur Terre ont aussi été détectés (Altwegg et al., 2016)

Contact : 
C. Briois