Image NavCam améliorée à une seule image prise le 27 mars 2016, quand Rosetta était à 329 km du noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko. L'échelle est de 28 m/pixel et l'image mesure 28,7 km de large. Crédit :ESA/Rosetta/NavCam – CC BY-SA IGO 3.0
Se sentir stressé? Tu n'es pas seul. La mission Rosetta de l'ESA a révélé que le stress géologique résultant de la forme de la comète 67P/Churyumov–Gerasimenko a été un processus clé dans la sculpture de la surface et de l'intérieur de la comète après sa formation.
Petit, les comètes glacées à deux lobes distincts semblent être monnaie courante dans le système solaire, avec un mode de formation possible une collision lente de deux objets primordiaux dans les premiers stades de la formation il y a environ 4,5 milliards d'années. Une nouvelle étude utilisant les données recueillies par Rosetta au cours de ses deux années à la comète 67P/C-G a mis en lumière les mécanismes qui ont contribué à façonner la comète au cours des milliards d'années suivants.
Les chercheurs ont utilisé la modélisation des contraintes et des analyses tridimensionnelles d'images prises par la caméra OSIRIS haute résolution de Rosetta pour sonder la surface et l'intérieur de la comète.
"Nous avons trouvé des réseaux de failles et de fractures pénétrant à 500 mètres sous terre, et s'étendant sur des centaines de mètres, " dit l'auteur principal Christophe Matonti d'Aix-Marseille Université, La France.
"Ces caractéristiques géologiques ont été créées par la contrainte de cisaillement, une force mécanique souvent observée dans les tremblements de terre ou les glaciers sur Terre et d'autres planètes telluriques, lorsque deux corps ou blocs se poussent et se déplacent dans des directions différentes. C'est extrêmement excitant :cela en dit long sur la forme de la comète, structure interne, et comment il a changé et évolué au fil du temps."
Ces images montrent comment la comète à double lobe de Rosetta, 67P/Churyumov-Gerasimenko, a été affectée par un processus géologique connu sous le nom de contrainte de cisaillement mécanique. La forme de la comète est montrée dans les deux diagrammes de gauche des perspectives de dessus et de côté, tandis que les quatre cadres de droite zooment sur la partie marquée par la boîte noire superposée (le «cou» de la comète). La flèche rouge pointe vers le même endroit dans les deux images, vu sous un autre angle. Les deux cadres centraux montrent cette partie du cou comme imagée par la caméra OSIRIS de Rosetta, et utilisé dans une nouvelle étude explorant l'évolution de la forme de la comète au fil du temps. Les deux cadres sur la droite mettent en évidence différentes caractéristiques de la comète en utilisant ces images comme toile de fond. Les lignes rouges tracent des modèles de fracture et de faille formés par la contrainte de cisaillement, une force mécanique souvent observée dans les tremblements de terre ou les glaciers sur Terre et d'autres planètes telluriques. Cela se produit lorsque deux corps ou blocs se poussent et se déplacent dans des directions différentes, et on pense qu'il a été induit ici par la rotation et la forme irrégulière de la comète. Les marques vertes indiquent les couches en terrasses. Crédit :ESA/Rosetta/MPS pour l'équipe OSIRIS MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA; C. Matonti et al. (2019)
Le modèle développé par les chercheurs a révélé que la contrainte de cisaillement culminait au centre du «cou» de la comète, la partie la plus fine de la comète reliant les deux lobes.
"C'est comme si le matériau dans chaque hémisphère se tirait et se séparait, contorsionner la partie médiane - le col - et l'amincir par l'érosion mécanique qui en résulte, " explique le co-auteur Olivier Groussin, également d'Aix-Marseille Université, La France.
"Nous pensons que cet effet est dû à la rotation de la comète combinée à sa forme asymétrique initiale. Un couple s'est formé à l'endroit où le cou et la "tête" se rencontrent lorsque ces éléments saillants se tordent autour du centre de gravité de la comète. "
Les observations suggèrent que la contrainte de cisaillement a agi globalement sur la comète et, de manière cruciale, autour de son cou. Le fait que des fractures puissent se propager si profondément dans 67P/C-G confirme également que le matériau constituant l'intérieur de la comète est fragile, quelque chose qui n'était pas clair auparavant.
"Aucune de nos observations ne peut être expliquée par des processus thermiques, " ajoute le co-auteur Nick Attree de l'Université de Stirling, ROYAUME-UNI. "Elles n'ont de sens que si l'on considère une contrainte de cisaillement agissant sur l'ensemble de la comète et notamment autour de son cou, le déformant, l'endommageant et le fracturant sur des milliards d'années."
Ce diagramme illustre l'évolution de la comète bilobée de Rosetta, 67P/Churyumov-Gerasimenko, au cours des 4,5 milliards d'années écoulées. Crédit :C. Matonti et al (2019)
Sublimation, le processus par lequel la glace se transforme en vapeur et entraîne l'entraînement de la poussière de comète dans l'espace, est un autre processus bien connu qui peut influencer l'apparence d'une comète au fil du temps. En particulier, quand une comète passe plus près du Soleil, it warms up and loses its ices more rapidly – perhaps best visualised in some of the dramatic outbursts captured by Rosetta during its time at Comet 67P/C–G.
The new results shed light on how dual-lobe comets have evolved over time.
Comets are thought to have formed in the earliest days of the solar system, and are stored in vast clouds at its outer edges before beginning their journey inwards. It would have been during this initial 'building' phase of the solar system that 67P/C-G got its initial shape.
The new study indicates that, even at large distances from the Sun, shear stress would then act over a timescale of billions of years following formation, while sublimation erosion takes over on shorter million-year timescales to continue shaping the comet's structure – especially in the neck region that was already weakened by shear stress.
Excitingly, NASA's New Horizons probe recently returned images from its flyby of Ultima Thule, a trans-Neptunian object located in the Kuiper belt, a reservoir of comets and other minor bodies at the outskirts of the solar system.
First impressions of the Kuiper Belt object Ultima Thule (left) revealed a surprisingly familiar appearance to the comet that ESA's Rosetta spacecraft explored for more than two years (right). Credit:Left:NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute; right:ESA/Rosetta/NAVCAM – CC BY-SA IGO 3.0
The data revealed that this object also has a dual-lobed shape, even though somewhat flattened with respect to Rosetta's comet.
"The similarities in shape are promising, but the same stress structures don't seem to be apparent in Ultima Thule, " comments Christophe.
As more detailed images are returned and analysed, time will tell if it has experienced a similar history to 67P/C-G or not.
"Comets are crucial tools for learning more about the formation and evolution of the solar system, " says Matt Taylor, ESA's Rosetta Project Scientist.
"We've only explored a handful of comets with spacecraft, and 67P is by far the one we've seen in most detail. Rosetta is revealing so much about these mysterious icy visitors and with the latest result we can study the outer edges and earliest days of the solar system in a way we've never been able to do before."
