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Rosetta révèle l'étonnant cycle de l'eau des comètes

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À partir des données fournies par la sonde Rosetta de l'Esa sur la comète Tchouri, des chercheurs apportent la première preuve observationnelle de l'existence d'un cycle quotidien de la glace d'eau à la surface de la comète.

Le noyau de Tchouri photographié avec la NavCam de Rosetta, le 21 septembre 2015 à 330 km du centre de la comète. La récente étude sur le cycle de l’eau a été réalisée à partir des observations, accomplies un an plus tôt, de la région Hapi, sur le cou de la comète. Sur cette image prise un mois et une semaine après le périhélie, on peut observer de nombreux jets émis depuis cette région qui relie les deux lobes caractéristiques de cet astre escorté depuis plus d’un an par la sonde Rosetta. © Esa, Rosetta, NavCam – CC BY-SA IGO 3.0

Les comètes sont de grands agrégats de glaces et de poussières, qui perdent régulièrement une partie de leur matière lorsqu'elles passent près du Soleil sur leurs orbites très excentriques. Quand la lumière du Soleil chauffe leur noyau gelé, la glace dans le sol - composée principalement de glace d'eau, mais aussi d'autres substances volatiles - sublime. Le gaz qui en résulte s'échappe de la comète, emportant avec lui des poussières solides : ensemble, ce mélange de gaz et de poussière constitue la coma, la chevelure, et les queues brillantes qui rendent observables nombre de ces astres depuis la terre

Parvenue à destination en août 2014, Rosetta étudie de près, depuis plus d'un an, 67P/Churyumov-Gerasimenko alias Tchouri, surveillant la façon dont son activité augmente régulièrement au cours des mois. La comète a atteint le périhélie, le point le plus proche du Soleil sur son orbite de 6 ans et demi, le 13 août 2015, et retourne depuis lentement vers le Système solaire extérieur.

Une des questions ouvertes étudiée par les spécialistes des comètes concerne les processus physiques qui alimentent l'activité de dégazage. L'idée est de savoir s'il existe un mécanisme qui réapprovisionne la surface des noyaux cométaires au quotidien en glace fraîche.

Le cycle de l’eau sur la comète Tchouri. En haut, à gauche : son noyau bilobé photographié en septembre 2014. En dessous, à gauche : images de Virtis (Visible, InfraRed and Thermal Imaging Spectrometer) centrées sur la région Hapi, le cou de la comète, comparant l’abondance de l’eau et les températures au cours des 12, 13 et 14 septembre 2014. À droite : illustrations de l’impact du rayonnement solaire sur la surface et jusqu’à quelques cm de profondeur, au cours de la rotation de 12,5 heures de l’astre. © Esa, Rosetta, Virtis, Inaf-IAPS, Observatoire de Paris-Lesia, DLR, M.C. De Sanctis et al (2015), NavCam – CC BY-SA IGO 3.0

Un cycle de l’eau réglé sur l’alternance du jour et de la nuit

Selon une étude présentée le 23 septembre dans la revue Nature, une équipe scientifique a constaté que de la glace d’eau apparaît et disparaît périodiquement dans une région du noyau bilobé. Ces observations ont été fournies par Virtis, le spectromètre imageur visible, infrarouge et thermique de la sonde spatiale, en septembre 2014 lorsque la comète s'approchait du Soleil. « Nous avons trouvé ce qui maintient la comète en vie », explique Maria Cristina de Sanctis, de l'Inaf-IAPS à Rome (Italie), auteure principale de ces recherches.

L'équipe a étudié un ensemble de données de l'instrument recueillies en septembre 2014 et focalisées sur Hapi, une région située sur le « cou », entre le petit et le grand lobe de la comète (voir la carte avec CometViewer). Durant cette période, Tchouri se trouvait à environ 500 millions de km du Soleil et le cou était l'un des endroits les plus actifs du noyau.

Lors de la rotation d'un peu plus de 12 heures de ce corps poreux de plus de 4 km de long, 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 elle se trouvait dans l'ombre, ajoute Maria Cristina de Sanctis. 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. » 

Les données suggèrent que, lorsqu'une région du noyau est éclairée, la glace d'eau sublime dans les premiers centimètres du sol, se transformant en gaz qui s'échappe ensuite du noyau cométaire. Lorsque cette zone 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.

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