N° 20–2020: Le second site d’atterrissage de Philae a été découvert sur la « crête du crâne »

Histoire de détective

Philae est descendu à la surface de la comète le 12 novembre 2014. Il a atterri sur le site prévu, Agilkia, avant de rebondir et d’embarquer pour un vol d’une durée de deux heures pendant lequel il est entré en collision avec le bord d’une falaise et a dégringolé vers un second site d’atterrissage. Philae s’est finalement arrêté à Abydos, dans un lieu abrité qui n’a été identifié dans les images prises par Rosetta que 22 mois plus tard, quelques semaines avant la fin de la mission Rosetta.

Laurence O’Rourke de l’ESA, qui avait joué le rôle principal dans la découverte de Philae à Abydos, était également déterminé à localiser le site d’atterrissage précédent, jusque-là inconnu.

« Philae nous avait laissé un dernier mystère à résoudre, » explique Laurence O’Rourke. « C’était important de trouver le site d’atterrissage parce que les capteurs de Philae indiquaient qu’il avait pénétré la surface, exposant ainsi vraisemblablement la glace primitive cachée sous celle-ci, ce qui nous donnerait un accès inestimable à de la glace vieille de plusieurs milliards d’années. »

Avec une équipe de scientifiques et d’ingénieurs de la mission, il s’est attelé à rassembler des données des instruments de Rosetta et de Philae pour trouver et confirmer l’emplacement du site d’atterrissage manquant.

La star des recherches

Même si une zone de « glace tranchée » observée dans les images haute-résolution de la caméra OSIRIS de Rosetta s’est avérée cruciale pour confirmer l’emplacement, c’est la perche du magnétomètre ROMAP qui a été la star des recherches. L’instrument a été conçu pour effectuer des mesures du champ magnétique dans l’environnement local de la comète, mais pour cette nouvelle analyse, l’équipe a examiné les changements enregistrés dans les données quand la perche (qui dépasse de 48 cm du corps de l’atterrisseur) s’est déplacée alors que l’atterrisseur touchait la surface. Cela a créé une série caractéristique de pics dans les données magnétiques alors que la perche se déplaçait par rapport au corps de l’atterrisseur, ce qui a fourni une estimation de la durée pendant laquelle Philae a marqué la glace de son empreinte. Les données ont également pu être utilisées pour évaluer l’accélération de Philae pendant ces contacts.

Les données de ROMAP ont été corrélées avec celles collectées au même moment par le magnétomètre de Rosetta, RPC, afin de déterminer l’attitude de Philae et d’exclure toute influence du champ magnétique de l’environnement ionisé de la comète.

« Nous n’avons pas pu effectuer en 2014 toutes les mesures que nous avions prévu de faire avec Philae, donc c’est vraiment extraordinaire d’utiliser le magnétomètre de cette manière et de combiner les données de Rosetta et de Philae d’une façon qui n’avait pas été prévue afin d’obtenir ces formidables résultats, » explique Philip Heinisch, qui a dirigé l’analyse des données de ROMAP.

Une nouvelle analyse des données de l’atterrissage a déterminé que Philae a passé presque deux minutes complètes sur le second site d’atterrissage et effectué au moins quatre contacts distincts avec la surface alors qu’il la « labourait ». Une empreinte particulièrement notable révélée dans les images a été créée alors que le dessus de Philae s’enfonçait de 25 cm dans la glace de la paroi d’une crevasse, laissant des marques identifiables de son instrument de forage et de ses côtés. Les pics dans les données du champ magnétique qui découlent du mouvement de la perche montrent qu’il a fallu trois secondes à Philae pour créer cette empreinte spécifique.

Le crâne

“La forme des rochers heurtés par Philae m’a fait penser à un crâne vu de dessus, j’ai donc décidé de surnommer cette région « la crête du crâne » et de continuer dans le même thème pour les autres caractéristiques observées, » déclare Laurence O’Rourke.

« ‘L’œil droit’ du ‘crâne’ a été formé par le dessus de Philae alors qu’il comprimait la poussière, et l’espace entre les rochers où Philae est passé à la manière d’un moulin à vent a été nommé ‘la crevasse du crâne’ ».

L’analyse des données et des images d’OSIRIS et du spectromètre VIRTIS de Rosetta confirme que la zone brillante était de la glace d’eau sur une surface d’environ 3,5 mètres carrés. Même si la glace était principalement dans l’ombre au moment de l’atterrissage, le Soleil illuminait de manière directe la zone quand les images ont été prises quelques mois plus tard, la faisant se démarquer de tout ce qui l’entoure.  La glace était plus claire que les environs parce qu’elle n’avait encore jamais été exposée à l’environnement spatial et n’en avait pas subi les assauts.

« C’était comme un phare dans l’obscurité, » déclare Laurence O’Rourke, qui note que cette zone était située à seulement 30 mètres de l’endroit où Philae a été photographié à la surface de la comète.

Mousse de cappuccino

Tout en étant une conclusion passionnante à cette recherche du second site d’atterrissage de Philae, cette étude fournit également les premières mesures in situ de la tendreté de l’intérieur glacé et poussiéreux d’un rocher sur une comète.

« Le simple fait que Philae a laissé son empreinte sur la paroi d’une crevasse nous a permis de déduire que ce mélange de glace et de poussière vieux de plusieurs milliards d’année est extraordinairement mou — plus moelleux que la mousse d’un cappuccino, d’un bain moussant, ou encore que l’écume des vagues sur la plage, » ajoute Laurence O’Rourke.

L’étude a aussi permis d’estimer que la porosité du rocher — la quantité d’espace vide entre les grains de glace et de poussière à l’intérieur du rocher  — est de l’ordre de 75%, ce qui correspond à la valeur mesurée précédemment pour l’ensemble de la comète dans une autre étude. Cette même étude a démontré que l’intérieur de la comète est homogène sur toutes les échelles de taille jusqu’à environ un mètre. Cela implique que les rochers sont représentatifs de l’état général intérieur de la comète au moment de sa formation il y a environ 4,5 milliards d’années.

« C’est un fantastique résultat multi-instruments qui non seulement comble les lacunes de l’histoire des rebonds de Philae, mais nous en apprend davantage sur la nature de la comète, » explique Matt Taylor, scientifique du projet Rosetta de l’ESA. « Il est particulièrement important de comprendre la dureté d’une comète pour de futures missions embarquant un atterrisseur. Le fait que la comète ait un intérieur si moelleux est une information très importante à la fois pour la conception de mécanismes d’atterrissage et pour les procédés mécaniques qui seront peut-être nécessaires pour récolter des échantillons. »

Notes pour la rédaction :

L’étude “The Philae lander reveals low-strength primitive ice inside cometary boulders,” par O’Rourke et al. a été publiée dans la revue Nature.

Cette étude a utilisé des données des instruments OSIRIS, VIRTIS et RPC-MAG de Rosetta, et de l’instrument ROMAP de Philae. Les données de l’instrument MIRO de Rosetta ont également été examinées mais l’empreinte de l’instrument était trop large pour tirer des conclusions pertinentes dans le cadre de cette étude. Des « modèles de forme » qui détaillent la topographie de cette région en plus haute résolution que ceux disponibles au moment de l’atterrissage ont été essentiels à l’obtention d’une perspective 3D de cette région, tout comme de nouvelles modélisations de la trajectoire de vol de Philae.

Une nouvelle analyse des données ROMAP montre que le contact initial à l’atterrissage a eu lieu à 17 heures, 23 minutes et 48 secondes, soit environ une minute et demi plus tôt que ce qui a été indiqué précédemment. L’heure indiquée à l’origine correspond au contact le plus significatif de Philae avec la surface, mais il est maintenant clair que Philae a touché la surface à plusieurs reprises pendant son second atterrissage, et passé environ deux minutes sur cette zone.

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