À quoi ressemble l’intérieur de la comète 67P ?

Sonder le noyau d’une comète est un moyen de mieux comprendre comment ces objets se sont formés il y a plus de 4 milliards d’années. Dès que la sonde Rosetta a été suffisamment proche du noyau cométaire 67P/C-G, la masse et le volume de la comète ont pu être connus, ce qui a permis de calculer sa masse volumique (470 kg/m3). La valeur obtenue suggère que l’intérieur du noyau, formé essentiellement de silicates, de composés organiques et de glaces, est poreux : ce ne peut pas être un solide plein, mais pour s’en assurer, il faut pouvoir faire une sorte de tomographie, de radiographie interne, du noyau. 

Le 2 mars 2004, la sonde Rosetta s’envolait du centre spatial de Kourou pour se mettre en route vers sa cible, la comète 67P / Churyumov/Gerasimenko (67P/C-G), atteinte après un voyage de plus de 10 ans. Il s’agissait d’étudier dans les moindres détails cette comète, afin de mieux comprendre ses propriétés. Les comètes sont en effet les objets du Système solaire considérés comme les plus primitifs. Elles sont donc susceptibles de nous permettre de mieux comprendre ses conditions de formation et d’évolution. 

Parmi les instruments à bord de Rosetta et de l’atterrisseur Philae, se trouvait l’instrument CONSERT, destiné à sonder la structure interne du noyau de la comète grâce à des ondes électromagnétiques émises depuis Rosetta, captées et analysées après leur passage à l’intérieur du noyau par la partie récepteur – transpondeur installée sur Philae, qui renverrait les données de sondage de l’intérieur du noyau. 

CONSERT est un radar bistatique, c’est-à-dire un radar dont l’émetteur et le récepteur sont séparés, qui utilise des ondes radio de 90 MHz (ondes métriques). L’émetteur, placé à bord de Rosetta en orbite autour du noyau cométaire envoie un signal radio qui se propage jusqu’au récepteur sur l’atterrisseur, après avoir traversé une partie du noyau ; le signal est ensuite renvoyé vers l’orbiteur et son étude (délai, puissance, chemins suivis) permet de faire une sorte de tomographie du noyau. Le principe repose sur le fait qu’une onde électromagnétique est perturbée par son passage dans un milieu solide, par rapport à son trajet dans le vide. Pour les solides accessibles en laboratoire des mesures expérimentales sont possibles, ce qui n’est évidemment pas le cas pour un noyau cométaire ; les chercheurs construisent alors des modèles et ils comparent les valeurs du modèle aux valeurs expérimentales afin d’ajuster au mieux les durées de propagation du signal. Ainsi, les données de CONSERT doivent permettre de mieux comprendre la nature des matériaux qui composent le noyau, ses propriétés diélectriques et enfin sa structure ; l’intérieur est-il homogène, composé de blocs ou de couches successives ?

Une information fondamentale pour correctement exploiter ces données est de connaître avec précision la position de l’émetteur et du récepteur. Or Philae a  rebondi sur le sol cométaire et sa position exacte n’était pas connue, même si on savait, grâce aux premières mesures de CONSERT, que l’atterrisseur était «quelque part» dans un rectangle de 150 par 15 mètres sur le petit lobe. Ce n’est que le 2 septembre 2016 que Philae a été identifié avec précision et sans ambiguïté dans ce rectangle. Les coordonnées exactes de Philae étant connues, des mesures plus précises de la structure interne de la comète ont pu être faites. Un premier résultat de ce travail a été publié récemment et disponible ici. 

Une fois l’atterrisseur retrouvé, les scientifiques ont repris tous leurs calculs précédents et ils peuvent maintenant revisiter les mesures pour obtenir des résultats plus précis concernant les propriétés de l’intérieur de la comète. Si on fait l’hypothèse que la nature des matériaux est la même sur l’ensemble du noyau, leurs résultats signifient que la masse volumique du sous-sol profond est plus faible qu’en surface parce que la porosité est différente ; par exemple le sol de surface a pu être compacté par différents phénomènes comme la recondensation de la vapeur d’eau près de la surface ou l’accumulation des poussières à l’érosion des falaises, dues à des passages successifs de la comète au périhélie. La surface a été modifiée par rapport à la structure plus en profondeur suite à l’interaction du noyau cométaire avec l’espace. 

L’hypothèse privilégiée par les auteurs est que leurs mesures indiquent que le noyau est très poreux (de l’ordre de plus de 70% de vide), compatible avec des modèles théoriques de noyau cométaire. En effet les mesures de CONSERT suggèrent un scénario de formation du petit lobe de 67P / C-G par accrétion de planétisimaux dans le disque protoplanétaire ; ceci signifie que les comètes seraient les corps les plus primitifs du Système solaire. 

La version web de cet article a été rédigée par Janet Borg, à partir de l’actualité publiée en page 12 de l’Astronomie de décembre 2020.