Premiers résultats de la mission Genesis

Publié par Michel le 25/02/2010 à 00:00
Source: CNRS - INSU
Illustration: © NASA
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L'analyse par une équipe du CRPG (INSU-CNRS), en collaboration avec des chercheurs Suisses et Américains, de la composition isotopique de l'azote des cibles irradiées durant 27 mois par le vent solaire dans le cadre de la mission américaine Genesis, révèle une composition isotopique du Soleil très différente (En mathématiques, la différente est définie en théorie algébrique des...) de celle des météorites et de la Terre. Cette mesure, seconde priorité de la mission parmi 27 autres, permet aux auteurs de conclure que le Soleil est bien la référence isotopique du système solaire (Le système solaire est un système planétaire composé d'une étoile, le...) et non la Terre. Cette hétérogénéité pourrait être le résultat de l'irradiation (En physique nucléaire, l'irradiation désigne l'action d'exposer (volontairement ou...) intense du gaz résiduel de la nébuleuse (Une nébuleuse (du latin nebula, « nuage ») désigne, en astronomie, un...) par le Soleil jeune. Lors de cette irradiation, des réactions photochimiques auraient formé des phases isotopiquement anormales, incorporées dans les précurseurs des météorites et des planètes terrestres. Un résultat publié récemment dans Geochimica et Cosmochimica Acta.


Vue d'artiste du vaisseau spatial de la mission Genesis pendant l'exposition au rayonnement solaire.
Les ions du vent solaire sont venus s'implanter dans les cibles centrales durant 27 mois.

Comprendre la formation des planètes

Le Soleil concentre 99 % de la masse du système solaire et représente le meilleur témoin de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) initiale qui a formé notre étoile et les planètes. Sa composition élémentaire est connue grâce à l'analyse spectrale (L'analyse spectrale est une méthode utilisée en physique pour déterminer les caractéristiques...) de la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil...) émise, mais celle des abondances isotopiques n'est pas accessible par cette méthode. Or, les rapports isotopiques constituent la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...) des processus de formation de notre système. Les seuls objets analysés précédemment sont la Terre et les météorites (et, très récemment, de la matière cométaire).

L'oxygène et l'azote montrent des variations isotopiques très importantes entre les différents réservoirs planétaires que sont la Terre, Mars, les météorites, les comètes et les planètes géantes. Cette disparité est vraisemblablement en rapport avec les processus très énergétiques de formation du système solaire. Seules les atomes ionisés émis continuellement dans l'espace par notre étoile, le vent solaire, offrent l'opportunité d'acquérir des données sur ces processus, à condition de pouvoir les capter. Telle était l'objectif de la mission Genesis de la Nasa.

Les résultats de la mission Genesis

La mission a consisté à exposer 27 mois durant des matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) ultra-purs (saphir recouvert d'or, diamant synthétique, silicium pur, aluminium) au vent solaire. Si la mission s'est bien passée, le retour fut plus mouvementé et la capsule portant les échantillons s'écrasa dans le désert de l'Utah. L'équipe du CRPG dû mettre au point une procédure analytique particulière pour "nettoyer" les échantillons des pollutions terrestres dues à l'atterrissage (L’atterrissage désigne, au sens étymologique, le fait de rejoindre la terre ferme....) et garantir la qualité des analyses. Le CRPG a été sélectionné par la NASA pour son savoir-faire démontré par l'analyse des échantillons lunaires des missions Apollo et de météorites, notamment de Mars. Il a fallu 6 ans à l'équipe pour développer un système spécifique d'analyse des quantités extrêmement faibles d'azote solaire. Cette installation a également permis la première analyse de gaz rares dans de la matière de comète lors de la Mission NASA Stardust.

L'analyse isotopique de l'azote des échantillons de Genesis a permis tout d'abord de s'assurer que la composition isotopique de N n'avait pas évolué dans le Soleil. En effet, le rapport 15N/14N du Soleil est semblable à celui de l'atmosphère de Jupiter, analysé il y a dix ans par une sonde américaine. Cette similarité montre que les planètes géantes dont Jupiter, ont capté dans leurs atmosphères massives une partie de la nébuleuse primitive d'une part, et que la composition du Soleil actuel reflète bien celle du gaz initial. En d'autres termes, les processus de nucléosynthèse (La nucléosynthèse est un ensemble de processus physiques conduisant à la synthèse de noyaux...) (fabrication d'éléments) internes à notre étoile dont le Soleil tire son énergie, et ceux liés à la genèse du vent solaire, n'ont pas affecté l'azote.

Par ailleurs, Genesis a également permis l'échantillonnage et l'analyse d'autres éléments tels que les gaz rares, qui montrent une constance dans leurs compositions isotopiques et donc le peu d'influence des processus de transfert entre Soleil interne et vent solaire.

L'azote du vent solaire montrent que la Terre et les météorites (système solaire interne) d'une part, et les comètes (système solaire lointain) d'autre part sont enrichies en azote-15 (l'isotope rare de l'azote, l'autre isotope, majoritaire, est l'azote-14) de 60 % et de 300 %, respectivement. Ces variations contrastent fortement avec les variations isotopiques des éléments non volatils qui ne sont que de quelques parties pour mille dans tout le système solaire. Elles indiquent que des processus physicochimiques intenses ont affecté le gaz de la nébuleuse protosolaire et non les solides (grains). Ces processus sont probablement dus à une irradiation intense du gaz par le Soleil jeune lors d'interactions avec les solides, et/ou des réactions chimiques à très basse température entre espèces azotées, peut être catalysées par la lumière solaire. De tels processus ont dû se produire dans des régions différentes de celles des planètes internes, impliquant des mélanges de matière à très grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un...) dans tout le système solaire.
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