STERGANN

La NASA nous offre, si tout se passe comme prevu, un feu d'artifice d'un genre totalement nouveau le lundi 4 Juillet a 6:00 TU en lancant un impacteur de 372 Kg sur la comete 9P/Tempel. Le 'missile' doit se crasher sur la face ensoleillee de la comete a la vitesse de 37 000 km/h. L'energie cinetique de cette collision est equivalente a celle d'une bombe de 5 tonnes de TNT ! Rien en comparaison de la collision de Shoemaker Levy 9 avec Jupiter, mais peut-etre suffisant pour creer sur la comete un cratere de la taille d'un terrain de football...

La sonde mère Deep Impact sera aux premières loges, à une distance de 500 km, pour assister au spectacle. Elle observera et photographiera l'impact pendant 3,5 minutes, puis étudiera le cratère créé pendant 10 autres minutes avant de s'éloigner de la comète. Les données de l'impacteur et de la sonde seront transmises à la Terre pratiquement en temps réel via le réseau d'antennes de la NASA à Goldstone en Californie et près de Camberra en Australie.

L'événement sera suivi pendant et après l'impact aussi bien par les télescopes Hubble, Spitzer, Chandra et XMM-Newton que par des astronomes professionnels et amateurs du monde entier. Les débris de l'impact pourraient multiplier la luminosité de la comète de 15 à 40 fois en la faisant passer d'une magnitude de 9-10 à une magnitude de 6, rendant peut être 9P/Tempel 1 visible à l'oeil nu sous un ciel dégagé de toute pollution lumineuse.

Le projet Deep Impact

La mission Deep Impact a été sélectionnée en 1999 comme mission du programme Discovery de la NASA. L'objedctif de ce programme est de lancer des missions plus petites mais plus nombreuses avec des temps de développement plus courts - et un coût plus faible que celui des grosses missions. L'objectif principal est d'accroître notre connaissance du système solaire en explorant les planètes, leurs lunes et des corps plus petits tels que les comètes et les astéroïdes.

L'idée d'un impact sur une comète date de 1996. Alan Delamere et Michael J.S. Belton, à l'époque respectivement chez Bell Aerospace et au National Optical Astronomy Observatory, avaient étudié la comète Halley et proposèrent à la NASA un projet d'impact sur la comète inactive 3200 Phaethon. Michael F. A'Hearn de l'Université de Maryland s'est joint à eux. Le projet fut refusé, la NASA considérant que l'impacteur ne pouvait pas parvenir jusqu'à sa cible ou que 3200 Phaethon n'était pas une bonne cible. A'Hearn émit une autre proposition en 1998. Le projet révisé prévoyait une navigation et un système de propulsion automatisés pour l'impacteur , la nouvelle cible étant la comète active à courte période 9P/Tempel. A'Hearn et son équipe ont convaincu la NASA que la mission pouvait obtenir un impact direct : la mission Deep Impact fut créditée en 1999, O'Hearn en étant le principal chef de recherche. John McNamee, du JPL, est le chef de projet opérationnel de la mission.

Pourquoi une comète ?

Les comètes ont toujours intrigué l'humanité. Ces étoiles chevelues n'ont eu cesse de terrifier les observateurs du ciel nocturne supersticieux lors de leurs visites.

Une comète est un corps glacé en orbite autour du soleil et relachant du gaz et de la poussière. De nombreuses comètes peuventêtre vues depuis la Terre lors de leur course autour du soleil en de longues orbites elliptiques. Une comète est composée d'un noyau solide entouré d'une atmosphère nuageuse : le halo. La comète peut afficher une ou plusieurs queues lumineuses dues à l'interaction entre la comète, dont la vitesse est élevée au voisinage du Soleil, et le vent solaire. La plupart des comètes sont trop petites ou trop faibles pour être observées sans télescope. Certaines peuvent devenir visibles à l'oeil nu plusieurs semaines durant lorsque que leur magnitude augmente à l'approche du soleil. Nous voyons les comètes parce que le gaz du halo et de la queue réflète la lumière du soleil. Le rejet de l'énergie absorbée du soleil par le gaz les fait également briller.

Les comètes sont classifiées en fonction de la durée orbitale de leur course autour du soleil. Les comètes à période courte effectuent une orbite en moins de 200 ans et seraient originaires de la Ceinture de Kuiper, au delà de l'orbite de Pluton. L'attraction gravitationnelle des planètes extérieures fait tomber ces objets sur le système solaire en les transformant en comètes actives. Les comètes à période longue ont une orbite de 200 ans et plus et proviendraient du nuage de Oort. Le nuage de Oort est une zone sphérique contenant des corps glacés à une distance 1 000 fois plus éloignée du soleil que l'orbite de Pluton. Des interactions gravitationnelles causées par le passage d'autres étoiles pourraient transformer ces objets en comètes actives en les faisant tomber sur le système solaire interne.

La connaissance des plus anciennes comètes provient principalement des annales chinoises remontant à 23 siècles avant notre ère, et de documents d'archives japonaises et coréennes. En ajoutant les comètes apparues par la suite, le nombre de comètes périodiques est de l'ordre de 2000.

Les astronomes pensent que les comètes sont les résidus gelés d'une collection de gaz, de glaces, de roches et de poussières qui ont participés, il y a 4.6 milliards d'années à la formation des planètes extérieures. Ce sont en tout cas des témoins temporels détenant des preuves de la formation et de l'évolution du cortège planétaire solaire. Certains scientifiques croient également que les comètes ont permis d'ensemencer la Terre en y apportant des molécules d'eau et de carbone nécessaires à l'émergence de la vie.

Structure cométaire

Les masses des comètes sont estimées entre 1011 kg et 1017 kg. Une comète se compose de trois parties, le noyau, la chevelure ou halo et la queue. Le noyau et la chevelure constituent la tête de la comète.

Le modèle standard de 'boule de neige sale' proposé en 1950 par Fred L. Whipple, astronome de l'observatoire de Harvard, suggère que les comètes ont un noyau large et solide constitué d'un conglomérat de glaces - telle que de l'eau, de l'ammoniac, du méthane, du dioxide de carbone et du monoxide de carbone - mélangé à des poussières météoritiques agglomérées. Les cientifiques pensent que les noyaus de certaines comètes sont des objets relativement fragiles : on a observé la dislocation sans raison apparente de certaines comètes. Le diamètre du noyau est estimé entre quelques centaines de mètres et quelques kilomètres. La plus grande dimension du noyau de la comète de Halley, de forme oblongue, est d'environ 15 km ; le volume de son noyau a été estimé à 500 km3, pour une masse de 1014 kg, ce qui correspond à une masse volumique moyenne de 200 kg/m3.

A l'approche du soleil, les radiations solaires chauffent la matière gelée du noyau qui se sublime et donne naissance au gaz constituant le reste de la comète pour former une chevelure et, parfois, une superbe queue cométaire.

La chevelure est donc constituée des gaz et des poussières issues du noyau de la comète. La brillance de la chevelure décroît approximativement en raison inverse de la distance angulaire au noyau.

Son diamètre est généralement compris entre 50 000 et 250 000 km, avec des limites extrêmes de 15 000 et 1 600 000 km. La chevelure s'identifie fréquemment avec la tête de la comète, étant donné le faible diamètre relatif du noyau. Les analyses du gaz de la chevelure de la comète de Halley indiquent que celui-ci contient 80 % d'eau, 10 % de monoxyde de carbone, 3 % de dioxide de carbone, 2 % de méthane, moins de 1,5 % d'ammoniac et 0,1 % d'acide cyanhydrique.

Les radiation solaires poussent les particules de poussière en hors de la chevelure pour former une queue de poussières. Le vent solaire, en même temps, convertit certains gaz de la comète en particules chargées (des ions). Ce plasma forme un jet quittant la chevelure. Les queues des comètes étant poussées par les vents et radiations solaires, apparaissent toujours en direction opposée au soleil. La queue de plasma est plutôt rectiligne, à l'image d'une ombre tandis que la queue de poussière est plus large et incurvée dans le plan de l'orbite. Les queues ont des dimensions considérables allant de 30 à 160 millions de km. Il a été observé, sur certaines comètes, une queue plus courte dirigée vers le soleil. Cette antiqueue est constituée de poussières.

Les comètes perdent de la glace et de la poussière à chaque retour dans le système solaire interne. Elles laissent derrière elles des trainées de débris qui provoquent, lorsque la Terre les croise, des pluies de météorites ou d'étoiles filantes.

La comète Tempel 1 a été découverte en 1867 par Ernst Tempel . Peu de données sont cependant disponibles sur cet objet. Elle apparaît conne une comète à faible activité de surface. Sa période orbitale de 5.5 années en fait un objet qui a du effectuer plus d'une centaine de passages dans le système solaire interne. Cette comète est donc un bon candidat pour l'étude de l'évolution du manteau ou de la croute cométaire.

Pourquoi aller s'écraser sur une comète

Les astronomes ont, depuis les observations anciennes à l'oeil nu jusqu'aux études modernes au télescope ou aux survols par des sondes, appris beaucoup sur les noyaux et les queues des comètes. Plus récemment, la mission Stardust de la NASA a permis de collecter des poussières et des molécules de gaz éjectées du noyau de la comète 81P/Wild2. La sonde a traversé le jet interne de la comète en janvier 2004. Le retour de la sonde est prévu et de sa précieuse moisson est planifié pour janvier 2006. La capsule doit se parachuter dans le désert de l'Utah.

L'étude de la comète de Halley, lors de son passage de 1986, a permis d'en apprendre beaucoup plus sur son apparence et sa composition chimique. Le survol de 1P/Halley par Giotto a permis de voir un noyau en forme de pomme de terre de 15 km de long et composé de manière égale de poussière et de glace. 80% des glaces sont constitués d'eau, du monoxide de carbone gelé entre dans la composition pour 15%, les autres composants étant essentiellement du dioxide de carbone, du méthane et de l'ammoniac. La communauté scientifique suppose que les autres comètes ont une composition similaire à celle de Halley.

Les scientifiques ont été surpris par l'aspect sombre du noyau de Halley. Ils pensent maintenant que la surface de la comète, et peut être celle de la majeure partie des comètes, est recouverte d'une croûte de roche et de poussière qui masque la majeure partie des glaces. Ces comètes ne rejettent de gaz que lorsqu'un trou dans la croute est tourné vers le soleil exposant l'intérieur glacé de la comète à la chaleur.

Le survol par Stardust de Wild2 a montré un noyau glacé petit, sombre et très rugueux. Celui de19P/Borelli par DeepSpace en 2001 a révélé les mêmes caractéristiques.

Mais toutes ces observations ne concernent que les parties externes des comètes. Qu'en est-il de la composition et de la structure interne des comètes ?

La mission Deep Impact a pour objectif d'améliorer nos connaissances sur les comètes, le processus de cratérisation et la nature du système solaire primordial en observant la création d'un cratère, son diamètre et sa profondeur, en analysant la composition le l'intérieur et de l'éjecta du cratère et la modification du dégazage de la comète après l'impact. L'étude de l'intérieur de Tempel 1 et la réalisation de mesures spectroscopiques simultanées permettrons de comparer la surface et l'intérieur de la comète : y a t'il différentiation ? Les comètes ont-elles une structure en couche ? Ou ont-elles un noyau uniforme ?

A'Hearn pense que la réelle importance de la mission Deep Impact est de faire renaître le concept d'expémimentations macroscopiques d'un corps planétaire en lieu et place des observations passives ou des expérimentations microscospiques _chose qui ne s'est pas produite depuis 1970 lors de la conduite d'études sismiques sur la Lune par les astronautes d'Apollo. "Notre objectif scientifique principal est d'étudier les différences entre les matériaux évolués de la surface et ceux plus primitifs des zones intérieures. Les incertitudes sur les prorpiétés physiques de base des comètes sont si grandes que notre contribution à la compréhension des propriétés structurelles sera aussi profonde que les différences que nous pourrons trouver entre le matériau de surface et les matériaux plus profond".

Bien que l'équipe Deep Impact espère pouvoir créer un cratère circulaire à la surface de Tempel 1, il n'y a aucune certitude sur la taille et le type de cratère qui se formera. Si la matirelativement peu dense et que le processus de cratérisation soit essentiellement piloté par la gravité de la comète, la majorité de la matière éjectée retombera sur la surface formant un vaste éjecta autour d'un cratère d'un diamètre compris entre 60 et 240 m pour un rapport diamètre:profondeur de 4:1.

Si au contraire le noyau s'avère être rigide, l'impact ne produira qu'un petit éjecta autour d'un cratère de l'ordre de 10 m ou moins de diamètre avec un rapport diamètre:profondeur de 3:1. Et si enfin le noyau est poreux au point de se compresser et d'absorber la majerure partie de l'énergie de l'impact, on attend un cratère de diamètre encore plus petit. Dans ce dernier scénario, le cratère sera petit mais profond avec un très petit cône d'éjecta.

L'étude du processus de cratérisation doit aider à révéler de quel type de matériau est composé le noyau, du moins ses couches externes, et donc comment la comète s'est formée et a évolué. Le cas d'un noyau peu dense correspond à la théorie d'une formation par aggrégation de matière vierge homogène. Le cas d'un noyau rigide permet de supposer un matériau non vierge, différentié par de la matière plus robuste et plus cohésive. Il est également possible que la croute soit différenciée aggrégée sur un intérieur de la comète virginal.

Les chercheurs espèrent également, en étudiant la taille et la vitesse des plumes d'éjecta, obtenir une meilleure estimation de la densité de la matière composant le noyau. Le volume du noyau devenant connu, il sera plus simple d'en estimer la masse.

Les instruments

La sonde Deep Impact et son impacteur ont été construits par Ball Aerospace & Technologies au Colorado. Les deux modules ont des instruments et des modes de transmission de données séparés. Les instruments scientifiques ont trois objectifs : guider la sonde jusqu'à Tempel 1, placer l'impacteur sur une trajectoire de collision avec la comète et obtenir des données avant, pendant et après l'impact.

La sonde, d'une dimension de 3,3 x 1.7 x 2.3 mètres et d'un poids de 601 kg, emporte les caméras primaires : l'instrument à haute résolution (HRI) et à moyenne résolution (MRI). HRI est un télescope Cassegrain de 11.8 pouces à f/35 équipé d'une caméra CCD de 1024 x 1024 pixels et d'un spectromètre infrarouge. Le spectromètre est équipé d'uin détecteur de 256 x 512 pixels opérant aux longuers d'onde de 1.1 à 4.8 micromètres. Il a comme objectif l'identification des éléments chimiques et des molécules des zones découvertes par l'impacteur afin de déterminer la composition minéralogique de la surface et de l'intérieur du noyau. L'instrument MRI sert de backup pour HRI et comporte un télescope Cassegrain de 4.7 pouces à f/17.5 équipé d'une caméra CCD de 1024 par 1024 pixels. En raison de son plus grand champ, l'instrument est mieux adapté à la navigation stellaire que le HRI, surtout au cours des 10 jours d'approche finale lorsque la comète occupera la majorité du champ du télescope HRI. Après avoit largué l'impacteur, la sonde allumera ses boosters pour changer de trajectoire. Cette manoeuvre de fuite a pour objectif d'amener la sonde à éviter la comète à 500 km de distance afin qu'elle puisse survivre à sa traversée du halo cométaire interne tout en permettant au HRI une vision rapprochée du cratère résultant de l'impact. La sonde est équipée de boucliers de protection contre les poussières cométaires. L'observation de la comète continuera pendant une soixantaine d'heures après l'impact afin de déceler toute modification de l'activité de la comète ou l'existence de débris plus gros qui pourraient temporairement orbiter autour du noyau.

L'unique instrument de l'impacteur, l'ITS (Impactor Targeting Sensor), est similaire au HRI auquel on aurait ajouté une roue porte filtre. L'ITS, en conjonction avec un système de booster à Hydrazine , permettra de guider l'impacteur vers le noyau. Puis, avant que ses optiques ne soient endommagées par le flux à grande vitesse des particules de poussière de la comète, le ITS doit fournir la vue la plus détaillée jamais réalisée d'un noyau de comète (résolution de 20 cm par pixel à 20 km de distance), en attendant le larguage d'un atterisseur sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko en novembre 2014 (mission Rosetta de l'ESA).

Les autres observations

L'observation à partir des télescopes spaciaux alimentera la moisson de données scientifiques du projet Deep Impact. Certaines données essentielles devront cependant être collectée depuis des téelscopes terrestres. Une campagne de coordination d'observatoires professionnels a été mise en oeuvre. Pendant les mois précédent et suivant l'impact, les astronomes professionnels ne pouuront suivre qu'occasionnellement la comète. Tempel 1 sera cependant suffisament brillante pour être accessible dans des instruments d'amateurs en Juillet, et l'observation de la comète, qui a déjà démarré, sera possible avant, pendant et après l'impact. L'observation amateur fait partie intégrante de ce projet

Les conséquences de l'impact

Personne ne sait comment Tempel 1 réagira à l'impact, les scientifiques pensent cependant que la collision ne provoquera pas la destruction de la comète. L'énergie résultant de la collision ne devrait pas modifier la vélocité de la comète de plus de 0.0001 mm par seconde, diminuant la distance de perihelion de la comète de 10 mètres et sa période orbitale de moins d'une seconde.

"C'est", selon Donald K. Yeomans (JPL), " l'équivalent astronomique d'un moustique entrant en collision avec un Boing 767. L'impact tout simplement ne modifiera pas de façon appréciable la trajectoire orbitale de la comète. Tempel 1 ne présente aucun risque pour la Terre que ce soit maintenant ou dans un futur mesurable". Tout matériau éjecté de Tempel 1 continuera sa course dans le sillage de la comète dont la trajectoire orbitale ne croise pas celle de la Terre.

De nombreuses questions ont été posées sur les mesures à prendre si la trajectoire d'une comète de l'amener à entrer en collision avec la Terre. Deep Impact n'a pas d'objectif de protection terrestre. Un bon système de protection nécessite par contre de connaître les propriétés physiques de géocroiseurs potentiels. Deep Impact devrait être à même de fournir ces informations pour une petite partie des géocroiseurs possibles. D'autres missions seront nécessaires afin de connaître les données de base nécessaires à un système de protection contre les impacteurs.

En cas de succès, la mission Deep Impact apporte la technologie et l'expérience nécessaire à la conduite de ces futures missions. Ce pourrait, aux yeux du grand public, être l'apport majeur de la mission Deep Impact : offrir la possibilité et les moyens de mieux évaluer les technologies nécessaires au détournement ou à la destruction de géocroiseurs, qu'ils soient comètes ou astéroïdes. POur les membres de l'équipe, la cerise sur le gateau est bien d'accéder à des preuves des conditions primordiales dans la nébuleuse solaire qui ont amené à l'apparition des planètes.

Sources pour l'écriture de ce billet : Nasa, ESA, S&T