Le vaisseau spatial PROCYON et la comète 67P/Churumov-Gerasiment (Image conceptuelle). Crédit :NAOJ/ESA/Go Miyazaki
En septembre 2015, une équipe d'astronomes de l'Observatoire national d'astronomie du Japon, Université du Michigan, Université Sangyo de Kyoto, L'université de Rikkyo et l'université de Tokyo ont observé avec succès l'intégralité du coma hydrogène de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, à l'aide du télescope LAICA à bord de la sonde PROCYON. Ils ont également réussi à obtenir le taux absolu de décharge d'eau de la comète.
Cette comète était la cible de la mission Rosetta de l'ESA en 2015. Parce que le vaisseau spatial Rosetta était en fait à l'intérieur du coma cométaire, il n'a pas pu observer la structure globale du coma. Il y avait de mauvaises conditions d'observation pendant le temps où la comète pouvait être observée depuis la Terre, donc à travers nos observations, nous avons pu tester pour la première fois les modèles de coma de la comète.
L'observation des comètes par la sonde PROCYON n'avait pas été prévue dans le plan de mission initial. Grâce aux efforts des équipes d'exploitation des engins spatiaux et des télescopes, des observations ont été menées peu de temps après que nous ayons commencé à discuter de la possibilité, produisant des résultats d'une grande importance scientifique.
Ce résultat est la première réalisation scientifique d'un micro-engin spatial pour l'exploration de l'espace lointain. De plus, cela fournit un exemple idéal où les observations par une mission à faible coût (par exemple, la mission PROCYON) appuient des observations précises d'une grande mission (par exemple, la mission Rosetta). Nous espérons que cela deviendra un cas modèle pour les observations de micro-engins spatiaux à l'appui de grandes missions.
Comète 67P/Churyumov-Gerasimenko au-dessus de Tokyo (visualisation). La taille de la comète est approximativement égale à la distance entre la gare de Tokyo et Asakusa. Crédit :NAOJ/ESA/Google Earth
La mission Rosetta et ses limites
L'apparition (apparition) en 2015 de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko était une cible de la mission Rosetta de l'ESA. Dans la mission Rosetta, des observations précises de la comète ont été réalisées au plus près de la surface du noyau pendant plus de deux ans y compris lorsque la comète est passée au périhélie (approche la plus proche du Soleil) le 13 août, 2015. Cependant, l'observation de l'ensemble du coma était difficile car le vaisseau spatial Rosetta était situé dans le coma cométaire.
Pour extrapoler à partir des observations de Rosetta sur des zones spécifiques et estimer la quantité totale d'eau libérée par la comète par seconde (taux de production d'eau), nous avons besoin d'un modèle pour le coma. Mais le taux de production d'eau dépend fortement du modèle de coma que nous utilisons. Pour tester les modèles de coma, nous devons comparer le taux de production d'eau absolu dérivé d'observations entières de coma aux prédictions basées sur les résultats de Rosetta et les différents modèles de coma. Par conséquent, il était utile d'observer tout le coma de plus loin de la comète avec un autre satellite.
Classiquement, le télescope SWAN à bord du vaisseau spatial SOHO a souvent été utilisé pour observer de telles cibles. Malheureusement, la comète s'est déplacée vers une région où il y a beaucoup d'étoiles derrière elle, et en raison de la faible résolution spatiale du télescope SWAN, il ne pouvait pas distinguer la comète des étoiles de fond.
Image hydrogène-Lyα traitée et recadrée de la comète 67P/C-G en unités Rayleigh (panneau supérieur) prise par le télescope LAICA le 13 septembre 2015, UTAH, et l'apparition de la coma hydrogène prédite par un modèle axisymétrique bidimensionnel de la coma hydrogène atomique (panneau inférieur). La flèche pointillée jaune dans le panneau inférieur indique la direction du soleil au moment de l'observation. Crédit :NAOJ
Nos observations avec la sonde PROCYON
PROCYON est le plus petit vaisseau spatial pour l'exploration de l'espace lointain, avec un poids de ~65 kg, développé par l'Université de Tokyo et d'autres. LAICA, qui a observé la comète, est un télescope qui peut observer les émissions d'atomes d'hydrogène et son développement a été dirigé par l'Université Rikkyo. L'objectif principal du télescope LAICA était des observations d'imagerie à large champ de vision depuis l'espace lointain de la vue complète de la géocouronne et de la queue géodésique de 42 ans (une couche d'hydrogène gazeux s'éloignant de la Terre) laissée par Apollo 16 en 1972. Malgré sa petite taille, le télescope LAICA a une haute résolution spatiale (plus de 10 fois celle du télescope SWAN), ainsi le télescope LAICA a pu distinguer la comète des étoiles de fond. Le vaisseau spatial PROCYON a été lancé avec le vaisseau spatial Hayabusa2 en décembre 2014.
La plupart des atomes d'hydrogène dans une coma cométaire se forment à partir de molécules d'eau éjectées du noyau cométaire qui sont ensuite brisées par le rayonnement UV solaire (photo-dissociation). En utilisant des modèles de coma basés sur ces mécanismes, nous pouvons estimer le taux de libération d'eau à partir d'une carte de luminosité des atomes d'hydrogène.
Parce que l'eau est la molécule la plus abondante dans la glace cométaire, c'est important pour comprendre non seulement le niveau d'activité cométaire, mais aussi pour comprendre le processus par lequel les molécules ont été incorporées dans les comètes lorsqu'elles se sont formées au début du système solaire.
Schéma des évolutions des taux de production d'eau estimés à partir de mesures in situ par les instruments Rosetta et différents modèles de coma. Nous pouvons tester ces modèles de coma en les comparant aux taux de libération d'eau absolus dérivés de nos observations de l'ensemble du coma. Crédit :Instituts nationaux des sciences naturelles
Nous avons effectué des observations d'imagerie de l'ensemble du coma d'hydrogène de la comète et dérivé les taux absolus de production d'eau près du périhélie en 2015. Sur la base de nos résultats, nous pourrions tester les modèles de coma pour la comète. Combiné avec les résultats de Rosetta, tels que les taux de production d'eau à différentes distances du Soleil et la composition chimique, nous avons pu estimer avec précision la masse totale éjectée de la comète lors de l'apparition de 2015.
Histoire des observations de la comète par le télescope LAICA et implications futures Bien que les observations de la comète n'étaient pas prévues dans le plan de mission initial de la sonde PROCYON, la discussion sur la possibilité d'observations de comètes a commencé après la fin des observations de géocolona en mai 2015. En général, une comète se déplace dans le système solaire en peu de temps, ainsi, les conditions d'observation (telles que la direction et la luminosité) du vaisseau spatial changent de jour en jour. Nous avons pu réaliser les observations de 67P/C-G et obtenu des résultats scientifiquement significatifs dans un court laps de temps grâce au large champ de vision et à la haute résolution spatiale du télescope LAICA, les performances de contrôle de pointage du satellite PROCYON, et le travail acharné des équipes de gestion du satellite et du télescope.
Ce résultat est la première réalisation scientifique d'un micro-engin spatial pour l'exploration de l'espace lointain. Autour du monde, les plans progressent pour plus de micro-engins spatiaux comme celui-ci. De plus, ce résultat est un exemple idéal d'une mission à faible coût supportant des pièces importantes qui ne peuvent pas être mises en œuvre dans une grande mission. Nous espérons que ce résultat deviendra un cas modèle pour les observations de micro-engins spatiaux à l'appui de grandes missions à l'avenir.
