Vue d'artiste de Rosetta alors qu'elle survolait l'astéroïde Steins le 5 septembre 2008 Image de C. Carreau, avec l'aimable autorisation de l'ESA Dans l'arrière-pays reculé de notre système solaire se cachent deux collections de corps glacés, les restes gelés des années de formation de notre système solaire. Une, les Ceinture de Kuiper , sonne le soleil juste au-delà de l'orbite de Neptune. L'autre, les Nuage d'Oort , entoure l'espace local quelque part entre 5, 000 et 100, 000 unités astronomiques du soleil (1 UA équivaut à la distance moyenne Terre-Soleil, environ 93 millions de miles, ou 150 millions de kilomètres). Lorsqu'un habitant glacial de l'une ou l'autre des communautés glaciales part à la recherche de l'aventure dans le système solaire intérieur, nous l'appelons une comète.
Les anciens Grecs se méfiaient de ces "étoiles" hippies "aux cheveux longs" comme des présages erratiques de malheur, mais les astronomes modernes apprécient les comètes pour les aperçus qu'elles offrent sur le passé du système solaire. Comme congelé, objets primitifs recouverts de substances volatiles, ils servent de stockage à froid pour les éléments constitutifs de notre système solaire. En tant que dépositaires du carbone, hydrogène, l'oxygène et l'azote qui composent les acides nucléiques et aminés, ils pourraient aussi aider à expliquer comment la vie est apparue sur notre planète [source :ESA].
Notre connaissance des comètes a décollé ces dernières décennies, alimenté par une succession d'engins spatiaux volant vers, rendez-vous avec et même éperonner les boules de glace sales [source :ESA] :
Plus nous pouvons nous rapprocher, mieux c'est :l'éclat d'une comète pâlit à côté de l'éclat de son fond étoilé, il défie donc l'observation facile à partir d'observatoires terrestres ou orbitaux. Il s'éclaire obligeamment de dégazage , larguer du matériel lorsqu'il se dirige vers le soleil, mais d'ici là un nuage environnant de gaz et de poussière, ou coma , obscurcit les vues de son noyau.
Avec la Mission Internationale Rosetta, nous avons posé un vaisseau spatial sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko en novembre 2014 avec l'intention de le faire tourner autour du soleil.
L'engin devait être aussi agile qu'un pilote de navette et presque aussi autonome qu'un équipage de voyous de forage pétrolier, car son approche devait éviter tout ce que la comète avait projeté et sa connexion radio avec le contrôle de mission approchait un décalage de 50 minutes [source :ESA]. Maintenant déployé, le duo d'orbiteur et d'atterrisseur tentera de répondre à certaines des nombreuses questions sans réponse concernant les comètes et la formation de notre système solaire.
Vue d'artiste de Rosetta arrivant sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko en août 2014 Image de C. Carreau, avec l'aimable autorisation de l'ESA Attraper une comète à grande vitesse, sans parler d'atterrir sur un, nécessite des billards trick-shot à une échelle astronomique. Imaginez que vous fouettez un roulement à billes en cercle au bout d'une ficelle. Imaginez maintenant que vous essayez de frapper le roulement avec une autre chaîne et un roulement à billes. Maintenant, essayez ceci pour la taille :si cette chaîne mesure 1 mètre (0,9 mètre) de long, alors les deux roulements à billes mesureraient une échelle équivalente de 10 nanomètres et 4 picomètres, plus petit qu'une molécule d'anticorps et un atome d'hydrogène.
Parlons maintenant vitesse et puissance. Rosetta est une boîte en aluminium mesurant 9,2 x 6,9 x 6,6 pieds (2,8 x 2,1 x 2,0 mètres) et pesant environ 6, 600 livres (3, 000 kilogrammes) au lancement. Les scientifiques du vol avaient besoin de l'engin pour attraper la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, un morceau déséquilibré mesurant environ 2 x 3 miles (3 x 5 kilomètres) et se déplaçant à un clip allant jusqu'à 83, 885 mph (135, 000 km/h) [sources :ESA; ESA].
Il y a juste un problème :nous ne fabriquons pas d'engins spatiaux capables de le faire. Au lieu, Rosetta s'est d'abord lancée sur une orbite de stationnement autour de la Terre à bord d'une fusée Ariane 5. Ensuite, il est parti pour une mission en boucle de 10 ans à travers le système solaire, empruntant la vitesse des frondes gravitationnelles au-delà de Mars (en 2007) et de la Terre (en 2005, 2007, 2009). En traversant la ceinture principale d'astéroïdes, Rosetta a également fait des observations des astéroïdes 2867 Steins (5 septembre, 2008) et 21 Lutetia (10 juillet, 2010) [sources :ESA; ESA; ESA; ESA].
Hurlant sur une trajectoire d'interception en courbe, la Rosetta en hibernation s'est réveillée alors qu'elle approchait de son rendez-vous à environ 3,5 UA du soleil. Parce qu'il est venu à chaud, il a passé de janvier à mai 2014 à tarauder périodiquement ses propulseurs de freinage, descendre à une vitesse relative de 6,6 pieds par seconde (2 mètres par seconde). En août, quand il s'est inséré en orbite, cette vitesse a encore baissé, à quelques centimètres par seconde [sources :ESA; ESA].
Puis, comme un photographe de mariage, l'engin a passé du temps à esquiver, prendre des photos et rechercher les meilleures conditions d'éclairage. Le contrôle de mission de l'Agence spatiale européenne a utilisé ces clichés pour calculer la position de la comète, Taille, forme et rotation. Une fois en orbite, Rosetta a cartographié la comète et observé l'orientation de l'axe de rotation, vitesse angulaire, repères majeurs et autres caractéristiques de base -- tout le nécessaire pour tracer cinq sites d'atterrissage potentiels [sources :ESA; Nasa].
En novembre, Rosetta a lâché son atterrisseur à environ 0,6 mile (1 kilomètre) au-dessus de la comète. Philae devait atterrir à la vitesse de marche humaine, utilisant ses pattes flexibles pour amortir son rebond et un harpon pour l'ancrer contre la faible gravité de la comète, mais l'atterrissage ne s'est pas déroulé comme prévu. De là, il chevauchera la comète dans et autour du soleil, effectuer des observations aussi longtemps que possible. La mission devrait s'achever en décembre 2015 [sources :ESA; ESA; Nasa].
Premières missions de la comèteEn novembre 2014, L'atterrisseur Philae de Rosetta a effectué le premier atterrissage contrôlé sur une comète. Voici quelques autres premières cométaires :
Quand l'atterrisseur de Philae a touché le sol, il est devenu le premier engin à effectuer un atterrissage contrôlé sur un noyau de comète, mais c'est loin d'être le seul record qu'il établira. Remarquablement, ce sera le premier engin à s'aventurer au-delà de la principale ceinture d'astéroïdes grâce à la seule énergie solaire, en dépit du fait que, à 500 millions de miles (800 millions de kilomètres), la lumière du soleil plonge à seulement 4% du niveau de la Terre. L'atterrisseur prendra également les premiers clichés jamais pris à la surface d'une comète, tandis que Rosetta deviendra le premier vaisseau spatial à orbiter autour du noyau d'une comète, le premier à voler en ailier vers une comète entrante et le premier à assister de près à ses changements induits par le soleil [sources :ESA; ESA].
L'orbiteur héberge divers gadgets prévus pour fonctionner en tandem avec l'équipement de l'atterrisseur. Spectromètres ultraviolets et thermiques, avec un instrument à micro-ondes, analysera le coma et aidera l'atterrisseur à étudier le noyau de la comète et le dégazage lié au coma. Un sondeur à ondes radio embarqué aidera également Philae à étudier la structure interne de la comète. Rosetta analysera davantage la poussière de la coma à l'aide d'un analyseur de masse ionique, un analyseur d'impact de grains et un accumulateur de poussière, et un système d'analyse des poussières par micro-imagerie. D'autres instruments étudieront l'atmosphère de la comète, environnement ionosphère et plasma, y compris la température, rapidité, densité du flux de gaz et champ magnétique. Rosetta arbore également une double caméra étroite/grand angle qui voit dans le visible, longueurs d'onde du proche infrarouge et du proche ultraviolet.
L'atterrisseur emporte 10 expériences à observer, échantillonner et analyser la composition de la comète, soutenu par un sous-système de forage qui peut percer jusqu'à 9 pouces (23 centimètres) et livrer du matériel aux instruments embarqués. Parmi eux se trouve un spectromètre à rayons X à protons alpha, qui distingue les éléments chimiques en exposant un échantillon à une source radioactive et en analysant les spectres d'énergie des particules alpha rebondies, protons et rayons X [sources :ESA; Nasa].
Philae dispose également d'un système de caméra panoramique visible et infrarouge, avec un imageur d'atterrissage. Il utilisera un système de sondage par ondes radio pour cartographier la structure centrale de la comète et un système de sondage électrique et de surveillance acoustique pour avoir une idée des caractéristiques mécaniques et électriques de la comète. Un capteur polyvalent étudiera les propriétés de surface et du sous-sol, et un magnétomètre et un moniteur plasma suivront le champ magnétique du corps et l'environnement des particules chargées [sources :ESA].
Deux analyseurs de gaz détermineront la composition de la surface de la comète. Une, COSAC, combine un chromatographe en phase gazeuse et un spectromètre de masse. L'autre, PTOLÉMÉE, utilise un spectromètre de masse à piège à ions pour analyser les solides de surface et les gaz atmosphériques [sources :ESA; Nasa].
C'est beaucoup d'équipement à ranger dans deux petites boîtes, mais des décennies de lancement de sondes ont appris à l'ESA et à la NASA une chose ou deux sur l'emballage.
Astéroïdes :cousins cométairesLes scientifiques considèrent les astéroïdes et les comètes comme de proches parents. En réalité, certains astéroïdes - du genre constitués d'amas de poussière lâches - auraient pu être autrefois des comètes. Les astronomes pensent également que les comètes à courte période dévolatilisées de la ceinture de Kuiper peuvent finir par tourner autour du soleil sous forme de masses rocheuses. Cette hypothèse est mieux illustrée par Chiron, un énorme, astéroïde à moitié gelé, ou objet centaure , autour du soleil juste au-delà de l'orbite de Saturne.
Pour aider à faire la lumière sur ces questions et d'autres, Rosetta a passé son temps à traverser la ceinture d'astéroïdes principale pour étudier deux astéroïdes mal compris, 21 Lutetia et 2867 Steins.
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J'ai écrit dans des articles précédents sur la complexité stupéfiante du lancement d'un vaisseau spatial vers un site planétaire spécifique ou le long d'une trajectoire particulière dans l'espace. Bien que nous sachions -- ou, au moins, étudier -- les orbites de nombreux objets, planètes et lunes, les distances et les vitesses impliquées sont, bien, astronomique, pour ne rien dire des remorqueurs gravitationnels exercés par les diverses masses encerclant le soleil.
Aussi étonnantes que soient de telles réalisations, souvent la partie la plus difficile d'une mission spatiale n'est pas d'y arriver, mais plutôt survivre au voyage. Nous avons tendance à tenir pour acquis que, en supposant que le lancement se passe bien et que personne ne confond la métrique avec les unités anglaises, l'engin fonctionnera. Je vous garantis les scientifiques et ingénieurs qui conçoivent, construire, (test, test, test) et lancer ces engins ne sont pas si optimistes à ce sujet. Comme l'illustre le bilan inégal des premières sondes planétaires, concevoir un vaisseau pour survivre aux rigueurs de l'espace et de l'hibernation pendant des mois, encore moins une décennie (!), est toujours considéré comme l'un des exploits d'ingénierie les plus extraordinaires jamais tentés - et c'est avant d'attacher votre collection d'instruments méticuleusement assemblée, systèmes de contrôle et propulsion sur l'une de ces explosions contrôlées que nous appelons fusées.
