Les comètes bilobées s'érodent aussi aux confins du système solaire, révélant leur structure interne
Publié par Redbran le 20/02/2019 à 14:00
Source: CNRS-INSU
Les comètes sont des corps glacés formés au début de l'histoire du système solaire. Depuis restées éloignées du Soleil, elles conservent en elle la mémoire de ce système solaire primordial. Si les comètes peuvent s'éroder lors de passage au voisinage (La notion de voisinage correspond à une approche axiomatique équivalente à celle de la topologie. La topologie traite plus naturellement les notions globales comme la continuité qui s'entend...) du Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile centrale du système solaire. Dans la classification astronomique, c'est...), leur évolution géologique reste méconnue. Cependant, une équipe internationale de chercheurs a mis en évidence un nouveau processus d'érosion, dû à la forme même de la comète (En astronomie, une comète est un petit astre brillant constitué de glace et de poussière du système solaire, dont l'orbite a généralement la forme d'une ellipse très...). En étudiant la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, cible de la mission Rosetta, les chercheurs ont ainsi montré que les comètes dites de "forme bilobée" évoluent principalement par érosion mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes (engrenages, poulies, courroies, vilebrequins, arbres de transmission, pistons, ...), bref, de tout ce qui produit ou transmet un...) due aux mouvements de cisaillement d'un lobe par rapport à l'autre. Cette découverte apporte de nouvelles perspectives sur les processus d'érosion des comètes et leur structure interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou...).


Figure 1 - Images de la caméra OSIRIS montrant des fractures et failles formées par cisaillement (en rouge) se propageant à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet...) et dans l'intérieur du noyau, au niveau du cou (Le cou est la région du corps qui est située entre la tête et le reste du corps (torse ou tronc).) (a-b: vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) en coupe ; c-d: vue en plan) © Matonti et al. 2019 ; Nature Geoscience

Les planètes du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le Soleil et des corps célestes ou objets définis gravitant autour de lui (autrement dit, notre système...) se sont formées il y a environ 4,5 milliards d'années, par accrétion (L'accrétion désigne en astrophysique, en géologie et en météorologie l'accroissement par apport de matière.) progressive de corps plus petits, d'une taille variant de de 1 km à plus de 1000 km. Les comètes sont des petits corps glacés de taille kilométrique, qui ont survécu à cette période d'accrétion. Les comètes ont depuis été conservées loin du soleil, au-delà de Neptune, où la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...) ne dépasse pas quelques dizaines de degrés Kelvin (Le kelvin (symbole K, du nom de Lord Kelvin) est l'unité SI de température thermodynamique. Par convention, les noms d'unité sont des noms communs et s'écrivent en minuscule...). Dans cet environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les enjeux écologiques actuels, le terme environnement tend actuellement à prendre une...) glacé, elles ont pu conserver les propriétés physiques et chimiques du système solaire primordial. Celles-ci contiennent donc des informations essentielles pour comprendre les origines du système solaire et étudier les mécanismes de formation et la composition des planètes. Par ailleurs, les molécules organiques que renferment les comètes sont importantes pour comprendre le rôle qu'elles ont pu jouer dans le développement de la vie (La vie est le nom donné :) sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des quatre planètes...).

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, cible de la mission Rosetta et objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut...) de cette étude, provient de la ceinture de Kuiper (La ceinture de Kuiper (parfois appelée ceinture d'Edgeworth-Kuiper, ['kœj.pər] en néerlandais), est une zone du système solaire s'étendant au-delà de...), située au-delà de Neptune, où elle est restée depuis sa formation dans un environnement très froid (Le froid est la sensation contraire du chaud, associé aux températures basses.). La forme bilobée du noyau de 67P résulte de l'accrétion de deux objets, qui a probablement eut lieu pendant le premier milliard (Un milliard (1 000 000 000) est l'entier naturel qui suit neuf cent quatre-vingt-dix-neuf millions neuf cent quatre-vingt-dix-neuf mille neuf cent quatre-vingt-dix-neuf...) d'année (Une année est une unité de temps exprimant la durée entre deux occurrences d'un évènement lié à la révolution de la Terre autour du Soleil.) suivant la formation du système solaire. Les formes bilobées sont courantes pour les comètes et se retrouvent sur plus de la moitié de celles qui ont été visitées par des sondes spatiales. Les images récentes de Ultima Thulé prises par la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui...) New Horizon (Conceptuellement, l’horizon est la limite de ce que l'on peut observer, du fait de sa propre position ou situation. Ce concept simple se décline en physique, philosophie, littérature, et bien...) montrent que cette forme bilobée pourrait aussi être commune pour de nombreux objets de la ceinture de Kuiper.

Les comètes sont des corps glacés, qui s'érodent et perdent de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses trois états les plus communs sont l'état solide, l'état liquide, l'état gazeux. La...) lorsqu'elles s'approchent du Soleil. L'étude des processus d'érosion est fondamentale (En musique, le mot fondamentale peut renvoyer à plusieurs sens.) pour comprendre comment ils modifient la forme globale du noyau, et ainsi séparer l'inné ("le primordial") de l'acquis ("l'évolutif") pour déterminer dans quelle mesure les comètes contiennent-elles encore des traces (TRACES (TRAde Control and Expert System) est un réseau vétérinaire sanitaire de certification et de notification basé sur internet sous la responsabilité de la Commission...) du système solaire primordial. L'érosion du noyau cométaire par sublimation des glaces à sa surface est étudiée depuis les années 1950, mais le lien entre érosion et forme globale du noyau n'est toujours bien compris. Quant à l'importance des processus et des structures géologiques dans l'érosion du noyau, c'est un sujet nouveau, très peu étudié.

Cette étude s'appuie sur les images de la comète 67P, prises par les caméras OSIRIS de la sonde spatiale (Une sonde spatiale est un vaisseau spatial non habité envoyé par l'homme pour étudier à plus ou moins grande distance les corps...) Rosetta (Fig. 1) de l'Agence Spatiale Européenne (L’Agence spatiale européenne (ASE) (en anglais European Space Agency : ESA) est une agence spatiale intergouvernementale fondée...) (ESA) qui est restée deux ans en orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps autour d'un autre corps sous l'effet de la gravitation.) autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au genre Accipiter, soit...) d'elle. Avec l'exemple de la comète 67P, nous démontrons l'existence et l'importance de l'érosion mécanique pour les noyaux cométaires de forme bilobée. Cette érosion mécanique résulte de leur forme particulière, qui entraine des déformations par cisaillement au niveau de leur cou, la partie joignant les deux lobes. Plus précisément, notre étude tridimensionnelle de plus de 2800 linéaments montre la présence d'un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un...) de fractures et de failles formées par cisaillement, sur des échelles décamétriques à hectométriques (Fig. 1). Ce réseau se propage à l'intérieur du noyau, sur plus de 500 m de profondeur, dans un milieu mécaniquement homogène et cassant, i.e. qui n'entrave pas la propagation des fractures.

Le nouveau mécanisme d'érosion mécanique découvert ici est quasi indépendant de la distance au Soleil, puisque lié à la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces...) particulière des comètes bilobées, et a pu ainsi se poursuivre pendant plusieurs milliards d'années, lorsque 67P était dans la ceinture de Kuiper, au-delà de Neptune (Fig. 2). Ce mécanisme n'est pas restreint à 67P et pourrait s'appliquer aux autres comètes bilobées, ainsi qu'à tous les petits corps glacés de forme bilobées de la ceinture de Kuiper. C'est un processus important, qui modèle la forme globale du noyau et sa structure interne, même loin du soleil, lorsque la sublimation de la glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.) est négligeable

Les implications sont importantes puisque ce processus d'érosion mécanique pourrait expliquer la fragmentation inexpliquée de certains noyaux cométaires, dont le cou aurait été fragilisé par les fractures, ou encore certains sursauts d'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) à grande distance du soleil, résultant de l'ouverture de nouvelles fractures et le glissement de failles dans le noyau. Ces découvertes montrent aussi que, contrairement à ce que nous pensions, ces petits corps bilobés peuvent être géologiquement actifs, même s'ils résident aux confins du système solaire.


Figure 2 - Chronologie de l'évolution de la forme de 67P, après l'accrétion de ses deux lobes, montrant l'importance des deux processus complémentaires d'érosion mécanique et d'érosion par sublimation des glaces. Loin du soleil, l'érosion mécanique structure et fragilise le cou, avec l'apparition d'un réseau de fractures par cisaillement et de faille, et près du soleil, l'érosion par sublimation creuse préférentiellement cette zone du cou, fragilisée auparavant © Matonti et al. 2019 ; Nature Geoscience


Note:
Les laboratoire français impliqués dans cette étude sont: le Laboratoire d'Astrophysique (L’astrophysique (du grec astro = astre et physiqui = physique) est une branche interdisciplinaire de l'astronomie qui concerne principalement la physique et l'étude des propriétés des...) de Marseille (LAM, Aix-Marseille Université/CNRS/CNES), le Centre européen de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques. Par extension métonymique, la recherche scientifique...) et d'enseignement (L'enseignement (du latin "insignis", remarquable, marqué d'un signe, distingué) est une pratique d'éducation visant à développer les...) des géosciences de l'environnement (CEREGE, CNRS/Aix-Marseille Université), et le laboratoire Géosciences Paris-Sud (GEOPS, CNRS/Université Paris-Sud/Université Paris-Saclay).


Référence publication:
C. Matonti, N. Attree, O. Groussin, L. Jorda, S. Viseur, et al. Bilobate comets morphology and internal structure controlled by shear deformation, Nature Geoscience (2019) doi:10.1038/s41561-019-0307-9

Contacts chercheurs:
- Christophe Matonti, CEREGE
- Olivier Groussin, LAM
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