Rosetta: les comètes composées de poussières riche en carbone
Publié par Redbran le 15/03/2017 à 00:00
Source: CNRS-INSU
Les mesures de l'expérience CONSERT de la mission Rosetta ont permis pour la première fois d'observer l'intérieur d'une comète et d'estimer la composition moyenne du noyau. Cette étude décisive montre que les comètes sont principalement composées de poussières riches en matériau carboné. Ce travail a été publié, le 7 mars 2017 dans le journal MNRAS (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society) édité par Oxford University Press1. Il a été mené par une équipe dans laquelle des chercheurs français de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics...) de Planétologie (La planétologie est la science de l'étude des planètes. La discipline recouvre de nombreuses branches de la science ; son domaine d'étude s'étend des grains...) et 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 objets de l'univers...) de Grenoble (CNRS/Université Grenoble Alpes), du Laboratoire Atmosphères, Milieux, Observations (L’observation est l’action de suivi attentif des phénomènes, sans volonté de les modifier, à l’aide de moyens d’enquête et d’étude...) Spatiales (CNRS/Université Pierre et Marie Curie/Université Versailles St-Quentin) et de l'Institut 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...) en Astrophysique et Planétologie (CNRS/Université de Toulouse Paul Sabatier) sont fortement impliqués.


Diagramme de la permittivité (En électromagnétisme, la permittivité ε d'un matériau est le rapport D/E du déplacement électrique (aussi appelé induction électrique ou excitation électrique) D (en...) 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 matière occupe de...) réfractaire en fonction de la proportion volumique de glace (La glace est de l'eau à l'état solide.) (axe vert) de poussière (axe bleu) et de la porosité (axe rouge): l'échelle de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).) représente la valeur de permittivité maximale que peut avoir la matière réfractaire 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 allongée,...) 67P/C-G pour donner un mélange (Un mélange est une association de deux ou plusieurs substances solides, liquides ou gazeuses qui n'interagissent pas chimiquement. Le résultat de l'opération est une...) poussière glace et poussière de permittivité 1.27. Ce diagramme montre qu'un mélange constitué en volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.) de 75% de matière carbonée et de 25% de minéraux (limite rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait usage.) sur le graphique) est compatible avec la constante diélectrique (La constante diélectrique ou constante électrique, également nommée permittivité du vide ou encore permittivité diélectrique du vide, est une constante...) déterminée par CONSERT, ainsi qu'avec d'autres résultats relatifs à la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de...) (limites vertes) et au rapport poussières / glaces (limites bleue). Le noyau de la comète doit alors être très poreux (72-87%), avec 6 à 12% de glaces et 16 à 21% de matériau réfractaire (poussières) en volume. Crédits: MNRAS
Le radar (Le radar est un système qui utilise les ondes radio pour détecter et déterminer la distance et/ou la vitesse d'objets tels que les avions, bateaux, ou encore la pluie. Un émetteur envoie des ondes radio,...) bistatique CONSERT, installé sur la sonde Rosetta (Rosetta est une sonde spatiale conçue par l'Agence spatiale européenne (ESA), ayant pour objectif de récolter des informations sur la comète...) et sur l'atterrisseur (Un atterrisseur (lander en anglais) désigne en dans le domaine de l'astronautique un engin spatial embarqué dans un véhicule spatial...) Philae avait exploré l'intérieur d'un noyau cométaire, plus exactement le petit lobe du noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, en novembre 2014. Ces mesures exceptionnelles ont établi (Kofman et al, Science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au...), 2015)2, à partir de la vitesse (On distingue :) de propagation des ondes (La propagation des ondes est un domaine de la physique s'intéressant aux déplacements des ondes électromagnétiques dans les milieux. On distingue généralement deux catégories de propagation :) dans ce milieu, que la constante diélectrique moyenne (La moyenne est une mesure statistique caractérisant les éléments d'un ensemble de quantités : elle exprime la grandeur qu'auraient chacun des...) est de (1,27 ± 0,5), ce qui n'est que peu supérieur à 1, la constante diélectrique du vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.). Cette très faible valeur indique que le milieu est extrêmement poreux, comme le confirme sa faible masse volumique (Pour toute substance homogène, le rapport de la masse m correspondant à un volume V de cette substance est indépendante de la quantité choisie : c'est une caractéristique du matériau appelée masse volumique: ) (de l'ordre de 0.53 g cm-3, Sierks et al, 20153, Pätzold et al., 20164). Compte tenu du rapport massique poussières / glaces élevé de 2 à 6 (Rotundi et al., 20155), la porosité estimée est de l'ordre de 80% (Kofman et al, Science, 2015).

Les études actuelles s'appuient sur une interprétation plus précise de la constante diélectrique du noyau (proche de 1,27) à partir de mesures en laboratoire de la permittivité de glaces (d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), de monoxyde et de dioxyde de carbone) et de minéraux ainsi que d'analogue de matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.) cométaires (Brouet et al., 20166 ; Herique et al, 20027 ; Heggy et al., 20128). Cette analyse, utilise les formules de mélanges de matériaux diélectriques ainsi que les estimations de la densité et du rapport poussières / glaces pour montrer que la fraction réfractaire doit avec une permittivité faible pour pouvoir expliquer la constante diélectrique mesurée par CONSERT. Ces résultats permettent d'exclure que les particules de poussière cométaire aient une composition essentiellement minérale. Les modèles proposés pour la composition de l'intérieur du noyau permettent d'affirmer que la matière carbonée est largement présente, correspondant jusqu'à 75% en volume dans la composition des poussières.

Ces nouveaux résultats changent de la vision classique d'une comète "boule de neige (La neige est une forme de précipitation, constituée de glace cristallisée et agglomérée en flocons pouvant être ramifiés d'une infinité de façons. Puisque les flocons sont...) sale". Ils suggèrent que la comète cible de la mission Rosetta (et probablement aussi les autres comètes) présente une fraction considérable de matériau carboné au niveau de ses poussières. Cette conclusion renforce sensiblement les hypothèses selon lesquelles la composante réfractaire des comètes, par sa composition et sa structure, aurait pu contribuer à l'émergence 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...).

Référence publication:
Cosmochemical implications of CONSERT permittivity characterization of 67P/CG, MNRAS, 7 mars 2017

Contacts scientifiques:
- Alain Herique, Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble, +334 76 51 41 73, alain herique univ-grenoble-alpes
- Wlodek Kofman, Institut de Planetologie et d'Astrophysique de Grenoble, +334 76 51 41 47, wlodek kofman univ-grenoble-alpes
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