Pluton et Charon : les photos historiques de New Horizons

14 juillet 2015, 11:49 UT  (13h49 à Paris) dans la salle du Mission Control (MOC) du JHUAPL de la mission New Horizons :
- "We are in lock with carrier", annonça Alice Bowman, mission operations manager.
- "Stand by for telemetry...  We are in lock with the telemetry with the spacecraft !"
Les données et notamment les photos en haute résolution de Pluton transmises par la sonde spatiale New Horizons venaient de parvenir au réseau DSN de la NASA, confirmant le succès de la mission ! Aussitôt des cris de joie et des applaudissements retentirent dans la salle de contrôle.
Quelques instants plus tard la NASA annonça que la sonde spatiale New Horizons avait réussi comme prévu son rendez-vous avec Pluton !

Un rendez-vous historique
Les astronomes attendaient cet évènement depuis 1930 et la découverte de la planète naine par Clyde Tombaugh. C'est donc la première fois dans l'histoire de l'astronautique qu'un vaisseau spatial visite Pluton et retransmet des images de sa surface. La résolution des meilleures images est estimée à environ 50 m par pixel !
Pour tous les astronomes, c'est une révélation au point qu'on peut dire sans exagérer qu'on découvre un nouveau monde, et un adorable coeur ! Bienvenue Pluton !

Pluton photographiée le 13 juillet 2015 à 768000 km de distance révélant la fameuse formation claire en forme de coeur. Document JHUAPL.

Située à une distance variant entre 4.43 et 7.37 milliards de km du Soleil (29-49 UA), Pluton, fut longtemps écartée des missions spatiales.

Finalement, après plusieurs reports et sous la pression des scientifiques dont Alan Stern du SwRI, la NASA valida la mission "New Horizons" en 2002 et lui alloua un budget de 650 millions de dollars.
Une fusée Atlas V décolla de KSC le 19 janvier 2006 et fournit l'impulsion nécessaire à la sonde spatiale New Horizons pour rejoindre Pluton qu'elle survola à 13718 km de distance au terme d'un voyage de 9 ans et parcourut 4.8 milliards de kilomètres à 49600 km/h.

La gestion du projet y compris des images a été confiée au Laboratoire de Physique Appliquée de l'Université Johns Hopkins (JHUAPL) avec le support de la NASA et du SwRI.
La sonde spatiale New Horizons
La sonde New Horizons est un bijou de haute technologie et d'intégration. La sonde spatiale pèse 478 kg et consomme moins de 100 watts dont à peine 28 watts pour l'ensemble des sept instruments scientifiques, c'est un record - les sondes Voyager 1 et 2 lancées en 1977 disposaient de 5 instruments, pesaient 825 kg et consommaient 470 watts.

Comme la plupart des sondes d'exploration, New Horizons est alimentée par un générateur thermoélectrique à radioisotope (au plutonium) ou RTG. C'est le boîtier sombre à ailettes formant la "queue" de la sonde spatiale.

Tous les instruments étant fixés sur la même plate-forme et solidaires, New Horizons ne peut pas photographier et en même temps transmettre ses données à la Terre. Les données sont enregistrées dans deux mémoires flash (SSD), d'une capacité de 8 GB chacune et sont ensuite envoyées sous forme groupée vers la Terre.
Ainsi, les images du rendez-vous proprement dit ne seront envoyées que dans quelques heures et il faudra près de 5 heures pour les recevoir et les traiter avant de pouvoir les exploiter.

L'antenne parabolique à haut gain (42 dBi) mesure 2.1 m de diamètre et fonctionne en bande X. Deux antennes backup viennent la seconder en cas de panne (ce qui s'est produit temporairement fin juin 2015). Ce système transmet ses données au réseau DSN, en particulier à l'antenne DSS 43 de 70 m de diamètre de Canberra.

Le signal descendant (downlink) de New Horizons est émis sur 8.44 GHz avec une puissance de 12 W. Alors que le taux de transmission était de 38 kbps lors du rendez-vous avec Jupiter, à la distance de Pluton le taux est tombé à 2.11 kbps. Le signal est reçu 4.5 heures plus tard par le réseau DSN avec une puissance de 3.45x10-22 W, ce qui explique la taille des antennes de réception.

Le réseau DSN envoie ses instructions à la sonde spatiale (uplink) sur la fréquence de 7.18 GHz avec une puissance de 20.01 kW !

Le complexe du réseau DSN de la NASA installé à Canberra en Australie.
Il utilise des antennes de 34 et 70m de diamètre.

La sonde spatiale New Horizons a été conçue pour étudier la géologie globale de Pluton, sa composition et sa température en surface, sa pression atmosphérique, le taux de déperdition calorifique et chimique dans l'espace ainsi que ses satellites naturels dont Charon.

La sonde spatiale New Horizons a été conçue pour étudier la géologie globale de Pluton, sa composition et sa température en surface, sa pression atmosphérique, le taux de déperdition calorifique et chimique dans l'espace ainsi que ses satellites naturels dont Charon.
Dans ce but, New Horizons dispose de 7 instruments d'analyses en plus de son antenne et des systèmes de contrôles (propulseur, système de guidage, système informatique, régulateur thermique, RTG, télécom).
Il y a tout d'abord LORRI, un imager à haute résolution qui a pris les clichés en noir et blanc avec une résolution maximale de 50 m/pixel au plus près de Pluton, "Ralph", un imager multispectral à basse résolution qui permet par exemple de connaître la distribution spectrale et la couleur de Pluton, "Alice" un spectrographe UV qui permet notamment d'analyser la diffusion de la lumière dans l'atmosphère de Pluton, PEPSSI, un spectromètre qui permet de détecter les molécules s'échappant de l'atmosphère de Pluton, complétés par un radiomètre (REX), un détecteur de vent solaire (SWAP) et un compteur de poussière (SDC).

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Données physiques
Vu de Pluton, le Soleil est 1500 fois plus pâle que sur Terre avec une magnitude visuelle de -19 (contre -26.8 sur Terre). Il reste toutefois plus lumineux que la Lune vue de la Terre (Mv. -12.7), la lumière ambiante ressemblant à celle d'un coucher de soleil terrestre.
Sa surface reçoit 0.008 Watts/cm², portant sa surface à une température maximale de -203°C, 37°C plus chaude qu'un objet plongé dans l'ombre. Recevant si peu d'énergie, Pluton doit être plongé dans un profond isolement.

La grande inconnue concernait l'atmosphère de Pluton. A plus de 5 milliards de kilomètres du Soleil, tout le gaz contenu dans l'atmosphère de Pluton se condense et tombe en neige sur le sol comme l'illustre la simulation suivante réalisée par Mark Garlick. Dans ces conditions il est impossible de déceler quoi ce soit dans son atmosphère.

La photographie de sa surface n'est possible que si l'hémisphère survolée par la sonde New Horizons est éclairée par le Soleil et n'est pas obscurcie par l'ombre du satellite Charon, ce qui se produira vers 2020. Les astronomes ont donc eu beaucoup de chance de pouvoir planifier cette mission vers Pluton.

L'atmosphère

Actuellement et jusqu'en 2020 environ, Pluton est suffisamment proche du Soleil pour présenter une atmosphère. Elle est principalement composée d'azote (~90%) et d'environ 10% de monoxyde de carbone. Elle contient également du méthane mélangé à de l'ammoniac, du dioxyde de carbone, de l'argon et de l'oxygène. De l'acide cyanhydrique (HCN) a également été détecté ainsi que de l'hydrogène libre.

En raison de la faible masse de Pluton et de la légèreté des gaz, son atmosphère est très ténue avec une pression au sol de 0.2 à 0.3 Pa soit 0.003 mbars; elle est un million de fois inférieure à celle que nous connaissons en bordure de mer (1013 HPa).

Document JHUAPL adapté par l'auteur.

L'atmosphère de Pluton est aussi beaucoup plus étendue que celle de la Terre. L'exobase se situe vers à plus de 8000 km d'altitude (contre 600 km sur Terre) tandis que l'exosphère commence vers 9600 km d'altitude. La troposphère s'étend sur 40 km (contre ~10 km sur Terre).
La présence de méthane, un puissant gaz à effet de serre, augmente la température de l'atmosphère qui atteint -173°C en haute altitude où la pression atteint 3 Pa vers 100 km d'altitude.

Enfin, le vent solaire et le rayonnement UV interagissent avec l'atmosphère supérieure (l'exosphère) de Pluton; les molécules s'ionisent, sont entraînées par le champ de force du vent solaire et sa vitesse à tendance à décroître.

Schéma montrant les interactions entre les hémisphères éclairées et obscures de Pluton et la migration des substances volatiles qui s'en suit ainsi que sa structure géologique interne probable. Document J.Spencer.Lowell./Nature adapté par l'auteur.

Spéculations
En raison de la différente de température entre la haute et la basse atmosphère ainsi qu'entre les hautes et basses pressions, bien qu'ils n'aient pas encore été mesurés, il est probable que des vents soufflent sur Pluton. Leur force augmente au périhélie (lorsque Pluton est au plus près du Soleil).
Mais contrairement à la Terre, sur Pluton il n'existerait qu'un gradient horizontal de pression et de température. On estime la vitesse des vents en surface à 37 km/h.
Selon certains modèles utilisés pour Mars, ils pourraient atteindre 360 km/h en haute altitude où il n'y a plus d'effet de friction entre l'air et la surface.
Ces vents participeraient également à la redistribution de la glace sur la surface de Pluton. Tout ceci reste à confirmer.

Aspect d'un éventuel cryovolcan sur Pluton. Sa découverte serait un évènement majeur.
Document T.Lombry.

Si les scientifiques ont observé peu de changements dans la haute atmosphère de Pluton entre 1988 et 2013, en revanche, la basse atmosphère s'est épaissie et sa pression a augmenté ainsi que la couche de brume en surface. Ces changements extrêmes peuvent être provoqués par le cryovolcanisme. Mais aucun geyser, aucune fumée n'a encore été détectée.
On pourrait également observer des formations nuageuses et de la brume très près du sol ainsi que de la neige constituée de très petits flocons (les particules condensées ne mesurant qu'environ un micron), même si la probabilité est faible.
De même, il est possible qu'on observe des aurores sur Pluton, mais les chances sont minces car il est difficile de détecter sa magnétosphère ainsi que son ionosphère de même que l'éventuelle interaction avec le vent solaire indispensable à 10 rayons de Pluton. Nous en saurons probablement plus dans les prochains jours.
Géologie
Les géologues et les planétologues attendaient impatiemment les premières photographies de Pluton et les données scientifiques; ils n'ont pas été déçus.

Le couple Pluton-Charon photographié par la sonde New Horizons le 11 juillet 2015 à 4 millions de kilomètres de distance. Il s'agit du montage de deux photographies colorisées à partir des données de l'instrument Ralph. Document JHUAPL.

Les nouvelles mesures effectuées par New Horizons indiquent que Pluton mesure 2370 km de diamètre soit 18.5% de la Terre. Cette planète naine est donc bien plus petite que la Lune (3474 km).
Pluton présente une densité de 2.03. Elle serait composée d'environ 70% de roches et de 30% de glace. La gravité au sol atteint 0.58g.
Sur Pluton la vitesse de libération à l'équateur est réduite à 1.22 km/s (contre 11.2 km/s sur Terre et 2.4 km/s sur la Lune).
Comme prévu, la surface de Pluton est apparue très contrastée. Elle est constituée de silicates et présente un albedo variant entre 0.49 et 0.66, ce qui s'explique par la présence d'une grande couverture de glace.

Elle est composée à 98% d'azote et contient des traces de méthane et de monoxyde de carbone, vraisemblablement précipités de l'atmosphère.
Dans ces contrées reculées du système solaire, le méthane est refroidit à -203°C, 70 K, mais subit de forte variations en raison de l'excentricité de l'orbite de Pluton. En surface, la température peut descendre à -240°C !

Pluton dispose de deux calottes polaires et d'une région centrale plus sombre et très accidentée. La calotte polaire Nord paraît plus importante que celle de l'hémisphère Sud, elle contient également d'importantes quantités de méthane. En revanche, vue de la Terre, la calotte polaire sud est plus brillante.

Comme on le voit sur les photographies, Pluton présente de grandes étendues claires et très sombres bien délimitées, de vastes régions montagneuses, des crêtes, des pics et de grandes failles ainsi que quelques très grands cratères présentant un piton central.

Toutefois sa surface n'est pas criblée de cratères comme l'est la Lune par exemple, ce qui signifie que sa surface a été remodelée récemment. Selon les chercheurs, les montagnes se sont formées il y a plus de 100 millions d'années, soit très récemment comparé à l'âge du système solaire.

Pluton photographiée le 12 juillet 2015 à 2.5 millions de kilomètres de distance.

Les montagnes sont vraisemblablement constituées de roches mêlées de glace de méthane et d'azote, des matériaux qui ne sont pas assez résistants pour former de hautes montagnes. En revanche, la glace peut former des pics comme on le voit sur les photos.
Actuellement, on ignore si Pluton dispose d'un faible champ magnétique et d'une ionosphère. Nous en saurons certainement plus dans les semaines et mois qui viennent.

Le satellite Charon
Pluton est entouré de cinq satellites naturels dont Charon qui mesure  1208 km de diamètre (9.5% de la Terre). Il orbite à 19640 km de Pluton, les deux astres gravitant autour de leur barycentre commun.

Bien que formé en même temps que Pluton il y a plusieurs milliards d'années, Charon est tout différent avec une surface très sombre (albédo compris entre 0.32-0.39) et beaucoup plus rouge, similaire à celle des astéroïdes. Il perd son atmosphère au profit de celle de Pluton.
Les premières photographies montrent que Charon présente un profond canyon de 6 à 10 km de profondeur ainsi que des fosses et des falaises mais relativement peu de grands cratères.

Charon photographié le 13 juillet 2014 à 466000 kilomètres de distance.

L'avenir
Malheureusement aucune nouvelle mission n'est envisagée vers Pluton. Les photos que nous avons reçues seront donc les seules à notre disposition durant les prochaines décennies sinon davantage. Elles ont d'autant plus de valeurs.
Cela ne signifie pas que la mission de New Horizons soit terminée; elle doit encore atteindre les faubourgs de la Ceinture de Kuiper située à 500 U.A. du Soleil qu'elle rejoindra vers 2026 si entre-temps elle ne subit aucun dommage.
En effet, si cette région éloignée du système solaire est très isolée, elle contient malgré tout des astéroïdes, transneptuniens et autres KBO, qui une (mal)chance sur 8000 de percuter la sonde spatiale.

Le rendez-vous historique avec Pluton. Document T.Lombry.

Mais dans les années à venir les scientifiques ont des projets plus ambitieux et urgents comme la construction de la future base lunaire envisagée après 2020, l'exploration de Mars vers 2035, et plus modestement l'exploration in situ du satellite Europe de Jupiter parmi d'autres projets.
Il est temps à présent de mettre à jour tous les livres d'astronomie et de remplacer les vieilles photos stellaires ou les dessins jaunis de Pluton par de belles photos en haute résolution. Avis aux auteurs.
Pour plus d'informations

JHUAPL
NASA
Alan Stern, SwRi
Consultez l'article consacré à Pluton pour plus de détails.

Webcam HD sur ISS

Pour les amateurs d'astronautique et de belles images de la Terre, depuis le 30 avril 2014, la NASA a placé une caméra HD sur le module Columbus de la station spatiale ISS et filme en permanence la Terre en streaming vidéo (sans audio) : ISS HD Earth Viewing Experiment ou sur le site EOL du JSC.

ISS se déplace à environ 27600 km/h à une altitude d'environ 400 km. Elle boucle une orbite en 90 à 95 minutes selon son orbite dont environ 1 heure côté Soleil et 35 minutes pour traverser la zone plongée dans la nuit (malheureusement la caméra ne permet pas de distinguer les lumières des villes). ISS boucle ainsi 15 fois le tour de la Terre en 24 heures.

Sur la page de la NASA, vous avez également la possibilité de consulter les anciens enregistrements en sélectionnant l'option "Videos" dans le menu de droite.

Voici la vue en direct d'ISS (si l'image est noir, c'est normal, elle se trouve du côté nuit. Il peut également y avoir des coupures de transmission).

Si vous n'utilisez pas le site EOL qui affiche également la position d'ISS sur la carte du monde, si vous voulez en parallèle savoir quelle région survole ISS, connectez-vous sur ISSTracker et sur Google Map avec carte du relief.
Vous pouvez également avoir une vue de la Terre depuis ISS via le site Heavens Above. L'image est parfois noire quand ISS est dans l'obscurité. Vous pouvez utiliser la souris pour avoir un autre point de vue, notamment une vue depuis l'arrière ou vers le sol.
Le même site permet également de connaître les périodes de visibilité de la station ISS à partir de vos coordonnées géographiques. Vous pouvez également vous connecter sur le site Spot the Station de la NASA.
Une vue de la Terre est également simulée sur le site Projects Spope. Vous pouvez zoomer avec la roulette de la souris.

A tout hasard, lorsque ISS traverse le terminateur et si vous observez un point brillant dans le ciel, vous pouvez savoir s'il s'agit de la Lune ou d'un simple reflet en vous connectant sur le site Day and Night World Map et en recoupant cette information avec celle d'Heavens Above.
Enfin, si la couverture nuageuse vous intéresse ou observez des cyclones et autres fronts, vous pouvez recouper les images d'ISS avec celles des photos satellites et des prévisions.

Voici quelques images chronologiques prise au cours d'une orbite d'ISS montrant la station spatiale traversant le Pacifique sud, puis l'Atlantique et l'Afrique du Nord pour redescendre ensuite vers l'Asie et le Pacifique. Ces photos ont été réalisées en l'espace d'une heure.

ISS approche du terminateur par 30°S et 120°O et va bientôt survoler la Polynésie en direction
de la côte Ouest de l'Amérique centrale le 27 février 2015.

ISS survole le Pacifique sud au large du Pérou.

Survol de l'Atlantique sud (20°S, 38°O).

Passage d'ISS au large de la côte Est des Etats-Unis, vue prise par l'arrière (l'Est est à gauche).

L'Atlantique entre le Cap Vert et la Mauritanie.

La côte de Mauritanie.

L'Angleterre vue du Nord-Ouest, la Manche et l'Europe continentale.

Passage au-dessus de la mer Caspienne, vue arrière en direction de la Géorgie, le terminateur approche

Vue arrière du passage côté nuit au-dessus de l'Indonésie (132°E) le 27 février 2015 vers 13h (heure de Paris).

Pour plus d'informations
ISS website, NASA

ISS HD Earth Viewing Experiment (ISS HD Cam)

ISSTracker
Google Map

Day and Night World Map (position du terminateur, du Soleil et de la Lune)
SoundCloud - NASA (bandes sons de la NASA)
NASA TV
Gateway EOL (banque d'images de la NASA)
Heavens Above (visibilité de la station ISS et vue de la Terre)
L'observation des satellites artificiels, Luxorion.

Curiosity a détecté un pic de méthane sur Mars

Dans un article publié le 16 décembre 2014 dans Science et relayé par la NASA, on apprend que le robot d'exploration martienne Curiosity qui s'est posé sur Mars en 2012 a mesuré un pic de méthane dix fois supérieur à la valeur normale dans un échantillon de roche baptisé Cumberland.

La rover Curiosity de la NASA explore Mars depuis le 6 août 2012 pour une durée indéterminée. Document NASA/JPL, Caltech.

Le méthane (CH4) ainsi que d'autres molécules organiques ont été détectées dans un échantillon de roche réduit en poudre recueilli en 2013 par forage par le laboratoire robotique SAM (Sample Analysis at Mars) embarqué à bord de la rover martienne.

"Cette augmentation temporaire du méthane - une forte hausse suivie d'une baisse - nous dit qu'il doit y avoir une source relativement localisée", a déclaré Sushil Atreya de l'Université du Michigan à Ann Arbor, membre de l'équipe scientifique en charge de Curiosity. "Il existe de nombreuses sources possibles de méthane, biologiques ou non biologiques, tels que l'interaction de l'eau et de la roche."

En 2005 déjà, du méthane avait été découvert dans l'atmosphère martienne mais son origine minérale était la plus probable du fait de la présence d'olivine (silicate d'origine basaltique) dans les roches et les météorites martiennes. Ces émissions de méthane ne résultaient probablement pas d'un métabolisme biologique.

Analyse chimique  de l'échantillon de roche martienne "Cumberland" par le laboratoire portatif SAM de la rover Curiosity. Document JPL.

L'échantillon de roche martienne Cumberland

L'échantillon de Cumberland fut prélevé dans une petite dépression baptisée "Yellowknife Bay" située au fond de l'ancien lac Sharp qui se forma il y a plus de 3 milliards d'années.
Le laboratoire portatif SAM a été utilisé une douzaine de fois au cours des 20 derniers mois pour détecter la présence de méthane dans l'atmosphère et dans les roches martiennes.

SAM est principalement équipé de deux appareils d'analyse : un spectromètre de masse à quadripôle développé au centre Goddard de la NASA et un spectromètre laser développé par le JPL.

Forage de la rover Curiosity dans la roche baptisée "Cumberband" au cours du 279eme jour martien ou sol le 19 mai 2013. Le trou mesure 1.6 cm de diamètre et 6.6 cm de profondeur. Document JPL.

Pendant 2 mois, entre fin 2013 (cf la NASA) et début 2014, quatre mesures de méthane contenant sept parties par milliard (400 fois moins que dans l'atmosphère terrestre) ont été relevées alors qu'en temps normal la moyenne des lectures est dix fois inférieure à cette concentration. Il y a donc bien eu une libération temporaire de méthane. Reste à identifier la source.

La rover Curiosity a également détecté différentes matières organiques dans les échantillons de Cumberland, notamment du chlorobenzène, ce qui constitue la première détection confirmée de matière organique dans les matériaux de surface de Mars.

Trace de chlorobenzène détecté dans l'échantillon de roche "Cumberland" par le laboratoire portatif SAM de la rover Curiosity. Document JPL,

Néanmoins, ces matières organiques pourraient avoir été déposées sur Mars par des météorites ou même transportées depuis la Terre par la sonde Curiosity comme cela est déjà arrivé par le passé.

En effet, même préparées en salle blanche avec les plus grandes précautions pour éviter toute contamination terrestre, les sondes spatiales emportent malgré tout quelques microbes et des matières organiques terrestres dans le système solaire.

Si les molécules organiques découvertes sont les briques de la chimie du monde vivant, elle peuvent également exister sur une planète stérile.
Les résultats de l'analyse des échantillons de l'atmosphère martienne et de la poudre de roche ne prouvent donc pas que Mars ait un jour abrité des organismes vivants (on pense à des microbes) mais suggèrent jusqu'à preuve du contraire que Mars présente une activité chimique et connut des conditions favorables au développement de la vie.

Les sources possibles de méthane et de puits ou piège à méthane. Document JPL.

"Nous allons continuer à travailler sur les énigmes que nous posent ces résultats", a déclaré John Grotzinger, membre de l'équipe scientifique de Curiosité et géologue au Caltech de Pasadena.

Dans l'immédiat John Grotzinger et ses collègues géologues et exobiologistes doivent déterminer "quelle activité chimique a provoqué de telles fluctuations de méthane dans l'atmosphère" et "dans quelle mesure il serait possible de sélectionner des roches de surface susceptibles de contenir de la matière organique".

L'identification de composés organiques martiens spécifiques est une tâche rendue complexe par la présence de minéraux de perchlorate (anions ClO4-) dans les roches et les sols martiens. A l'image de l'eau de Javel qui est également un chlorate, cette substance est hydrophile et corrosive car elle détruit les substances carbonées.
Ainsi, lorsqu'un échantillon est chauffé dans le four de SAM, les perchlorates modifient la structure des composés organiques, de sorte que l'identité des matières organiques martiennes reste incertaine.

L'histoire de Mars dans les isotopes de l'hydrogène

Le laboratoire SAM détecte également les isotopes de l'hydrogène contenus dans les molécules d'eau qui sont restées prisonnières des échantillons de roche pendant des milliards d'années et qui sont libérés lorsque SAM les chauffe, apportant de précieuses informations sur l'histoire de l'eau martienne.

Ainsi, le rapport isotopique de l'hydrogène lourd, le deutérium (H2 ou D), sur l'isotope de l'hydrogène ordinaire (H1) fournit une signature typique propre à certaines époques de l'histoire de la planète.

"Il est vraiment intéressant de comprendre comment les mesures des gaz extraits des roches martiennes par Curiosity peuvent nous parler de la perte de l'eau de Mars", a déclaré Paul Mahaffy, responsable du laboratoire SAM au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, dans le Maryland, et principal auteur d'un rapport publié en ligne cette semaine dans la revue Science (comme il le fit en 2013 à propos d'autres isotopes).

L'atome d'hydrogène (1 proton et 1 électron) et l'un de ses deux isotopes stables, le deutérium (1 proton, 1 neutron et 1 électron), le troisième isotope étant le tritium (non illustré).

Afin de remonter dans le temps et comprendre comment le rapport D/H1 de l'eau martienne a été modifié au cours du temps, les chercheurs peuvent se baser sur le rapport isotopique de la vapeur d'eau contenue de nos jours dans l'atmosphère martienne et le comparer au même rapport isotopique de l'eau piégée dans les roches à différents moments de l'histoire de Mars.

Les météorites martiennes découvertes sur Terre peuvent également fournir quelques informations, mais partiellement seulement. Aucune météorite martienne connue n'est aussi âgée que les roches étudiées sur Mars, qui se sont formées il y a environ 3.9 à 4.6 milliards d'années, selon les mesures de Curiosity.

Le rapport isotopique D/H1 mesuré par Curiosity dans l'échantillon de Cumberland représente environ la moitié de la proportion de vapeur d'eau contenue dans l'atmosphère martienne d'aujourd'hui. Cette quantité suggère que depuis que cette roche s'est formée, Mars a perdu une grande partie de son eau.

Toutefois, le rapport mesuré est environ trois fois plus élevé que le rapport mesuré dans l'eau d'origine martienne (en faisant l'hypothèse que le rapport isotopique était identique à celui des océans terrestres).  Ceci suggère qu'une grande partie de l'eau d'origine martienne fut perdue avant la formation de cette roche.

Pour plus d'informations

Les résultats de l'enquête sur le méthane et les composés organiques découverts sur Mars ont été décrits dans un article publié en ligne cette semaine dans la revue Science par Chris Webster du JPL et ses collègues.

Un rapport sur la détection des matières organiques dans la roche de Cumberland a été rédigé par Caroline Freissen de la NASA et ses collègues, et est en attente de publication.

Photos depuis la surface de la comète 67P "Choury"

Après avoir assisté en direct le 12 novembre 2014 à l'atterrissage de la sonde spatiale Philae sur la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko alias "Choury" ("Cherry-Gerry" pour les Anglo-Saxons), tout le monde attendit avec impatience la première image panoramique prise depuis sa surface.
Malheureusement les aléas d'une telle mission et notamment les aspérités du relief qui n'est pas encore totalement cartographié ont empêché Philae de transmettre ses données à Rosetta qui devait ensuite les envoyer vers la Terre.

Mais comme promis, quelques heures plus tard l'ESA reçut finalement les premières images de la surface. Au matin nous disposions de six photos prises depuis le sol de la comète Churyumov-Gerasimenko.
Voici la première image panoramique enregistrée par Philae. Il s'agit d'un montage de trois photos corrigées couvrant un champ d'environ 90°. On reconnaît l'un des pieds de la sonde spatiale à l'avant-plan. On ignore actuellement si la zone noire est une zone d'ombre ou le ciel.

Photo prise depuis la surface de la comète par Philae le 13 novembre 2014. Document ESA.

Image panoramique à 360° construite à partir des images enregistrées au sol par Philae le 13 novembre 2014. Un dessin de l'emplacement supposé de la sonde spatiale a été ajouté en incrustation. Document ESA.

Bien qu'à cette distance du Soleil, la comète ne reçoit que 4% de l'énergie qui atteint la Terre, les photos transmises par la sonde sont assez lumineuses.
Malheureusement Philae s'est posée dans une zone partiellement plongée dans l'ombre. On constate malgré tout que la surface est très accidentée et semble couverte de roches localement plates et même brillant au Soleil (il s'agit peut-être de trace de givre), de cailloux et de graviers mêlés de rochers épars, le tout baignant dans un froid glacial (entre -40°C et -70°C en surface).
Nous savions déjà que "Choury" à l'instar de la majorité des comètes et des astéroïdes avait un aspect très sombre avec un albedo (pouvoir réfléchissant) voisin de 0.05 (contre 0.12 pour la Lune et 0.31 pour la Terre). Sa surface est donc aussi sombre que la suie ou le bitume.

Les albedos de la Terre (31%) et de la Lune (12%) comparés à celui de "Choury" (5%). Document T.Lombry.

Malgré la faible lumière ambiante, certains rochers paraissent effectivement très sombres d'autres assez clairs, révélant peut-être des compositions différentes (chondres carbonées, métaux, etc).
Si on distinguait des traces de givre ou de glace sur les images générales, elles n'apparaissent pas sur ces gros-plans.
En revanche, Philae semble y avoir enregistré un jet dans l'une de ses images panoramiques mais il peut aussi s'agir d'un reflet.
Comme le révèle la photographie ci-dessous prise juste sous le Lander à 40 mètres du sol, localement la surface est couverte de graviers, de rochers et de sable.

On ignore s'ils résultent de l'activité interne récente du noyau et d'ejectas ou s'il s'agit de l'état d'une surface plus ancienne de la comète. Les analyses ultérieures devraient nous en dire plus.

Gros-plan sur la surface de la comète photographiée pendant la descente, à 40 mètres du sol, juste sous le Lander. Le gros rocher mesure 5 mètres. Les plus petits détails mesurent 4 cm. Document ESA.

Jean-Pierre Bibring, responsable scientifique de Philae, a déclaré qu'il ne savait pas exactement où s'était posée Philae car en raison de la faible gravité elle fit deux bonds à des vitesses de 38 cm/s puis de 3 cm/s avant de s'arrêter. La bonne nouvelle est que Philae est en bon état et 100% opérationnelle.

Voici le premier point de chute (touchdown) dont elle s'écarta ensuite de plusieurs centaines de mètres.

Gros-plan sur le premier point d'atterrissage de Philae sur le noyau de la comète "Choury" avant qu'elle ne rebondisse. La photo fut prise par Rosetta avant l'atterrissage, le 14 septembre 2014 à 30 km d'altitude. Si globalement la surface paraît peu accidentée vue d'aussi loin, au sol les reliefs sont localement abrupts, les dénivelés importants et le sol parsemé de gros rochers. L'image couvre 1x1 km. Document ESA.

Selon les données télémétriques, la sonde ne se serait pas accrochée à la surface avec ses crampons et serait posée sur une pente très inclinée et accidentée. L'un de ses pieds serait même dans le vide. Ce risque d'instabilité doit être résolu avant que les expériences ne débutent.
La solution la plus simple consiste à mettre à niveau le plan de travail de Philae de façon à ce que les instruments puissent se repérer par rapport à un plan horizontal.
Une alternative serait de forcer la sonde à faire un nouveau bond (elle pèse 1 g sur la comète) en appuyant par exemple le foret un peu brutalement sur le sol. L'ESA analyse actuellement ces possibilités.
Comme on le voit sur l'image ci-dessous prise la veille durant la descente, cette comète présente très peu de cratères d'impacts récents (aux contours bien dessinés). Cependant les grandes dépressions de plusieurs centaines de mètres peuvent correspondre à des cratères ensevelis ou des effondrement de terrain suite à l'activité interne qui remodèle régulièrement sa surface.

Le noyau de "Choury" photographié à 3 km de distance lors de la descente
de Philae le 12 novembre 2014. La résolution est de 3 mètres. Philae s'est posée un peu à gauche du centre de cette image (tournez la photo de 90° vers la droite pour la comparer à la photo précédente). Document ESA.

Ceci dit, si la structure superficielle de cette comète ressemble à celle de la comète Wild2 mais dans une version un peu plus "fondue", nous ignorons totalement quelle est sa structure interne.
La mécanique céleste permet d'évaluer la vitesse orbitale de "Choury" entre 15 km/s vers 3.5 UA et 34 km/s à 1.2 UA, sa masse est estimée à environ 10 milliards de tonnes et la densité de son noyau à ~0.4.
En corollaire on peut en déduire que sa structure interne est très poreuse, probablement constituée de CHON (de la glace sale constituée d'éléments légers) et de 75% de vide, le reste contenant des roches, des poussières, de la glace d'eau ou d'autres substances et différents gaz.
La mission de Philae consiste à présent à analyser et identifier ces substances grâce à ses dix instruments embarqués. Sa teneur en isotopes de l'hydrogène, de l'oxygène et du carbone seront particulièrement intéressants dans le cadre de la recherche de l'origine de l'eau présente sur Terre. La proportion des différents métaux est également très attendue (sachant déjà que la plupart des astéroïdes sont de véritables mines à ciel ouvert).
Le plus intéressant d'un point de vue scientifique reste donc à venir, d'autant plus que le noyau de la comète risque à tout moment de se réactiver (suite à l'activité solaire, un dégazage interne ou même un impact météoritique).
Rendez-vous sur le site de l'ESA et sur Twitter pour plus d'information.
L'ESA diffusera un briefing en anglais ce 13 novembre 2014 à partir de 14h CET.
Dernières nouvelles
13 nov, 18h
L'ESA n'a pas planifié de nouveau briefing. La mission suit donc son cours et les informations seront publiées au fur et à mesure sur le site de l'ESA.
14 nov, 8h
Les perspectives d'avenir de Philae sont incertaines et elle pourrait ne pas passer la nuit.
Philae s'est posée près d'une falaise qui projette sur elle une ombre qui l'empêche d'exploiter en grande partie ses panneaux solaires qui développent 9 watts.
Sans la lumière du Soleil, Philae doit consommer l'énergie stockée dans ses batteries dont la charge tient 5 jours mais elle ne peut pas les recharger comme l'ESA l'avait espéré. Elles seront donc épuisées dans quelques heures si l'ESA ne trouve pas de solution pour placer la sonde au Soleil.
Philae étant dans une position instable, essayer de la déplacer risque de la renverser et d'interrompre brutalement la mission.
Reste à essayer de la faire pivoter sur elle-même en utilisant le foret; chaque action ayant une réaction dirait Newton, il est donc envisageable de la déplacer de quelques degrés sans la déstabiliser afin qu'elle reçoive un peu plus de lumière du Soleil.
Si cela fonctionne, Philae pourra encore transmettre des données durant quelques mois, en fait jusqu'en mars 2015 date à laquelle "Choury" sera trop proche du Soleil, son noyau sera trop chaud et dégagera trop de chaleur; ce sera la panne électronique.
Selon l'ESA, même si on perd tout contact avec Philae, elle aura déjà accompli 80% de son objectif scientifique initial et il faudra des années à la centaine de scientifiques attachés à ce projet pour dépouiller toutes les données récoltées. En attendant Rosetta continue sa mission.
Rosetta cessera en principe de fonctionner en décembre 2015 mais si ses capacités énergétiques le permettent, elles pourrait survivre plus longtemps.

Illustration artistique de Philae posée sur le sol de la comète 67P "Choury". Document ESA.

15 nov, 2h
Dans la nuit l'ESA est parvenue à pivoter Philae de 35° mais elle n'est pas encore suffisamment exposée au Soleil.
Selon Stefan Ulamec, lander manager au DLR, tels qu'ils sont exposés le premier panneau solaire de Philae fournit 1h20 d'énergie tandis que les deux autres panneaux solaires permettent d'utiliser les instruments à peine 20 à 30 minutes. Bref, Philae est à court d'énergie.
Comme toutes les équipes de l'ESA qui ont travaillé dur ces derniers jours, tout le monde est fatigué !
Les communications avec Philae ont été interrompues ce matin à 1h36. Philae s'est endormie. Elle pourra à nouveau fonctionner dès que la comète aura changé d'orientation et que les panneaux solaires de la sonde seront mieux exposés au Soleil. Il se pourrait que ce ne soit qu'au printemps 2015. Bon repos, Philae.
17 nov
L'ESA a pu identifier la trajectoire exacte que suivi la sonde Phylae lors de ses quatre rebonds sur la comète 67P. Voilà les différentes séquences :

Les différentes étapes de l'atterrissage de la sonde Philae photographiée depuis la sonde Rosetta. Document ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.

1 dec, 12h
L'ESA nous propose enfin la première photographie en couleurs de 67P. Il s'agit d'un compositage RGB réalisé par les deux caméras OSIRIS de Rosetta d'une résolution de 4 MB. La comète ayant bougé entre les trois prises de vue, l'image est légèrement floue.

Les astronomes furent étonnés par la couleur brune-orangée du noyau qui rappelle la surface désertique et poussiéreuse de Mars. En effet, sur base de son albedo très faible, on s'attendait à une teinte anthracite (cf. l'image comparative en haut de page). Comme quoi en science rien n'est jamais acquis.

Suivez l'atterrissage en direct de Philae sur la comète 67P

Nous allons assister aujourd'hui à un évènement exceptionnel dans l'histoire de l'astronautique. 

En effet, si tout se déroule comme prévu, ce mercredi 12 novembre 2014 vers 17h heure de Paris (CET ou GMT+2), la sonde spatiale Philae devrait atterrir en douceur sur la surface du noyau de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko alias "Choury".
L'évènement est unique car contrairement à la Lune, Mars, Vénus ou Titan sur lesquelles les sondes spatiales se sont déjà posées et dont nous connaissons la structure de la surface et même parfois du sous-sol, nous ignorons la consistance de la surface des comètes et donc si l'atterrissage va se passer dans de bonnes conditions sur 67P.

Les principales étapes de l’atterrissage qui seront retransmises en direct par l'ESA sont les suivantes (heure CET) :

09:35 : largage de Philae par Rosetta

10:03 : réception sur Terre du signal de confirmation du largage

16:34 : atterrissage de Philae sur le site J (baptisé Agilkia)

17:02 : réception sur Terre du signal confirmant l’atterrissage (il pourrait s’écouler un délai de 15 minutes supplémentaires)

19:00 : réception sur Terre d’une image panoramique à 360° du site d’atterrissage.

Ne manquez pas cet évènement !

Suivez l'atterrissage en direct

NB. L'information en livestream est diffusée en anglais avec l'avantage de disposer d'une image HD. Le site de YouTube propose un commentaire en français mais l'image est en résolution 720p.

Anatomie de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

La comète Churyumov-Gerasimenko fut découverte en 1969. Il s'agit d'une comète à courte période (6.44 ans) dont le noyau mesure 3x5 km et qui tourne sur lui-même en quelque 12.8 heures. Il s'est formée par l'accrétion de milliers de petits objets autour de deux corps plus importants.
Il s'agit donc d'un tout petit corps dont l'ombre couvre partiellement une ville comme Bruxelles ou Paris comme je l'ai représenté ci-dessous.

La taille du noyau de la comète 67P "Choury" comparée à Bruxelles. Document T.Lombry inspiré par l'ESA.

Churyumov-Gerasimenko est une comète libérant deux fois plus de poussières que de gaz. Lorsqu'elle s'approche au plus près du Soleil (entre 4 et 3 U.A.), elle libère entre 60 et 220 kg de poussières par seconde.

Sa queue orangée constituée de poussières et de gaz (queue de type II) contient principalement de la vapeur d'eau. Rosetta a également identifié des gaz comme l'ammoniac, le méthane et le méthanol ainsi que des traces de formol, de sulfure d'hydrogène, d'acide cyanhydrique, de dioxyde de soufre et de sulfure de carbone.
Enfin des traces de sodium, de magnésium et de fer ont été détectées dans les poussières de la coma interne, c'est-à-dire l'enveloppe vaporeuse qui entoure son noyau.

Pour la première fois dans l'histoire de l'astronautique, la sonde Philae devrait atterrir à la surface de la comète, un évènement que nous pouvons suivre en direct sur le site de l'ESA ce 12 novembre.

La surface de la comète photographiée par Rosetta le 3 août 2014 à 285 km de distance. Document ESA.

Selfie de Rosetta à 16 km de distance de la comète le 14 octobre 2014. Document ESA.

La surface de la comète photographiée à 10 km de distance par Rosetta.
Les plus petits détails mesurent 857 mètres. Document ESA.

Le principal site d'atterrissage photographié le 15 octobre 2014 à 30 km d'altitude par Rosetta.
La photo couvre une surface de 1x1 km. Les plus petits détails mesurent 50 cm. Document ESA.

Philae est un module mesurant environ 1 mètre cube pesant 100 kg contenant une charge utile de près de 27 kg constituée de dix instruments. Ils sont tellement miniaturisés et intégrés que par endroit il n'y a que 7 mm de jeu entre les instruments, ce qui est déjà en soi une prouesse technique.
Grâce à une batterie et des panneaux solaires, Philae développe 32 watts de puissance. Ce module est fixé sur un trépied souple équipé d'amortisseurs. Il peut en principe atterrir sur une surface dure sans rebondir ou sur une surface relativement meuble faite de poussière.
Le noyau de la comète présente une densité de 0.45 et sa gravité est si faible que Philae pèsera environ 1g sur sa surface.
Les dix instruments embarqués vont permettre d'effectuer des analyses chimiques, thermiques, électriques et acoustiques de la surface et du sous-sol de la comète afin de déterminer sa composition et la structure de son noyau.
L'atterrisseur est notamment équipé d'un microscope optique couplé à un spectromètre IR (CIVA-M/V) destiné à étudier des particules microscopiques (plus petites qu'un cheveu) avec une résolution de 7 microns.

La mission Rosetta

L'atterrissage de Philae est l'aboutissement d'un projet de l'ESA qui débuta en 1993 et qui coûta 1.3 milliards d'euros. La sonde spatiale et son module d'atterrissage furent lancés par une fusée Ariane 5G+ le 2 mars 2004.

Pour rejoindre la comète qui se déplace à plus de 55000 km/h (15 km/s), Rosetta bénéficia de l'effet d'assistance gravitationnelle de la Terre, de Mars et une deuxième fois de la Terre comme on le voit ci-dessous.

L'effet de "fronde gravitationnelle" ou d'assistance gravitationnelle dont bénéficia la sonde spatiale Rosetta pour rejoindre l'orbite de 67P "Choury" début 2014. Document ESA/WSJ.

La mission Rosetta bénéficia également du support des antennes du réseau DSN de la NASA pour capter et relayer les signaux de la sonde spatiale vers le centre de traitement de l'ESA.

En 2011 Rosetta fut mise en sommeil pour économiser son énergie (à cette distance elle ne reçoit que 4% de l'énergie solaire qui atteint la Terre) jusqu'à ce qu'elle soit à proximité de la comète qu'elle rejoignit en janvier 2014, après un voyage de 10 ans et parcouru 405 millions de kilomètres dans l'espace. C'est alors que ses systèmes furent réactivés à distance.

*

Le planning consista ensuite à placer Rosetta en orbite autour de la comète, ce qui fut réalisé en août 2014, puis d'identifier un site primaire et de backup pour l'atterrissage, calcul la trajectoire de descente et enfin à larguer Philae à sa surface le 12 novembre au matin.
L'atterrissage aura lieu 7 heures plus tard, à 16h34 CET. Le temps que le signal arrive sur Terre, nous recevrons la confirmation vers 17h02 CET ±15 minutes. La comète se situera alors à plus de 511 millions de kilomètre de la Terre. La mission Rosetta s'achèvera fin 2015.

Ce jour là on pourra peut-être répondre à la question de savoir d'où provient l'eau et le carbone qu'on trouve sur Terre, deux éléments essentiels au développement de la vie.

Dernières nouvelles

10:03 : La mission se déroule comme prévu, la télémétrie et tous les autres signaux des instruments embarqués sont nominaux. Philae s'est bien détachée de Rosetta et se dirige actuellement en chute libre vers la surface de la comète qui se situe à environ 20 km de distance.

Philae en route vers la comète photographié depuis Rosetta peu après 10h. Document ESA.

15:30 : "We are on track" a déclaré Andrea Accomazzo, directeur de vol de la mission Rosetta. La descente de Philae suit son cours comme prévu.

17:03 : "Touch-Down" green ! Yes ! Philae a atterri sans encombre sur la surface de la comète Churyumov-Gerasimenko !

Les données télémétriques sont à présents vérifiées. La stabilité de la sonde semble poser de légers problèmes ainsi que l'orientation des panneaux solaires mais cela ne devrait pas remettre la mission en question.
19:00 : tout le monde attend la première image panoramique... Un briefing est prévu à 20h.
20h10: les communications entre Philae et Rosetta ont été interrompues en raison des aspérités de la surface de la comète qui empêchent la transmission des signaux vers Rosetta. Cette coupure était prévue.
Analyse de la télémétrie
L'analyse des données télémétriques indiquent que Philae atterrit sur une pente accidentée et, étant donné la faible gravité, elle rebondit deux fois à une vitesse de 38 cm/s et finalement de 3 cm/s avant de s'arrêter.
On ignore exactement à quel endroit Philae atterrit. De plus ses crampons ne se sont pas accrochés dans le sol. L'un de ses pieds serait également dans le vide, rendant sa position instable. Nous verrons dans les prochains jours comment corriger ces problèmes et si cela aura un impact sur sa mission.
L'ESA prévoit un nouveau briefing le 13 novembre 2014 à 14h CET.
Un exploit technologique et scientifique
D'ores et déjà la phase la plus difficile et la plus risquée de cette mission constitue un exploit et représente un succès mémorable pour l'Histoire de l'astronautique européenne et mondiale.
Donner à une machine pour mission de rechercher l'origine de l'eau et de la vie a des relents de science-fiction mais avec Philae la réalité est plus étonnante encore.
Imaginez que pour la première fois depuis que l'homme existe et se pose des questions en regardant les comètes un temps annociatrices de malheurs, il est parvenu non seulement à comprendre leur véritable nature mais à y déposer une sonde spatiale en douceur équipée d'un appareil photo et d'un véritable laboratoire portatif !
Sir Edmund Halley qui fut le premier à prédire le passage périodique des comètes et Sir Isaac Newton dont les lois nous permettent d'envoyer des satellites dans l'espace seraient ravis !
La mission suit à présent son cours malgré les aléas que comprend toujours ce genre d'exploit.
Félicitations à toutes les équipes de l'ESA et des sous-traitants ayant travaillé sur ce projet.
Plus de 460000 internautes ont suivi l'évènement en direct sur Internet.
Astrophotographie
A l'attention des astronomes amateurs, "Choury" est invisible à l'oeil nu avec un noyau de magnitude +18.4 et une coma de magnitude +24 actuellement, donc bien plus pâle que Pluton, qui nécessite un télescope d'au moins 200 mm d'ouverture et des éphémérides précises pour la localiser photographiquement.

Série d'images de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko prises entre le 27 mars et le 4 mai 2014 par la sonde Rosetta. La comète se situait alors tout près de l'amas globulaire M107 dans l'Ophiuchus (Mv. +7.9) et à 5 millions de kilomètres de la sonde spatiale. Notez la présence d'une queue en fin de séquence (vers fin avril). Document ESA.

Localisation de 67P "Choury" dans le sagittaire le 12 novembre 2014 simulé avec le logiciel Stellarium. Comme le précise le descriptif, la comète est invisible au télescope, "brillant" seulement à la magnitude +18.4. Document T.Lombry.

En effet, actuellement (11/2014) seule la photographique au télescope permet de l'enregistrer tel un petit point perdu entre les nombreuses étoiles du Sagittaire dans l'hémisphère sud.
Ce n'est qu'en août 2015 qu'elle brillera un peu plus (Mv. +13.2 maximum) et qu'elle sera à la limite de la visibilité dans un télescope de 150 mm d'ouverture (Mv limite +13.8) par une nuit claire et sans Lune à la limite des constellations du Taureau et des Gémeaux et idéalement depuis les régions équatoriales car vers minuit ces deux constellations seront sous l'horizon aux latitudes nord moyennes).

Pour plus d’informations
Photos depuis la surface de la comète 67P "Choury" (le lendemain, sur ce blog)

Blog Rosetta, ESA
Eléments et éphémérides de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, MCP
Anatomie des comètes, Luxorion.