La mission Rosetta

67P de 285 km
Le noyau de la comète 67P observé par le télescope à champ étroit de l’instrument OSIRIS de Rosetta le 3 août à une distance de 285 kilomètres. La résolution est de 5,3 mètres par pixel. La forme du noyau suggère que la comète est le produit de la fusion de deux noyaux dans un passé lointain. Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

La sonde Rosetta de l’agence spatiale européenne (ESA) a été le premier engin spatial à se mettre en orbite autour d’une comète : 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P).

Elle arriva à destination le 6 août 2014 et commença à orbiter autour du noyau de la comète à une distance de 100 kilomètres. La rencontre se produisit à une distance de 410 millions de kilomètres de la Terre dans la direction de la constellation du Sagittaire.

Lancée le 2 mars 2004, Rosetta avait déjà survolé et envoyé des images d’autres corps du système solaire : Mars en 2007 et les astéroïdes 2867 Steins en 2008 et 12 Lutetia en 2010. Après 30 mois passés ensuite en hibernation, elle se réveilla finalement le 20 janvier 2014 pour commencer une série de manœuvres qui la ralentirent et la rapprochèrent du noyau cométaire jusqu’à son arrivée le 6 août. Lors de son approche finale, elle révéla la forme binaire inattendue du noyau.

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko

La comète 67P/Churyumov-Gerasimenko fut découverte en 1969 par les astronomes soviétiques Klim Churyumov et Svetlana Gerasimenko. Elle a un diamètre d’environ quatre kilomètres et parcourt son orbite en un temps relativement court, six ans et demi (à comparer par exemple aux 75 ans de la comète de Halley).

Sa distance maximale au Soleil (l’aphélie) est de 850 millions de kilomètres, soit un peu plus loin que la distance de Jupiter au Soleil. Sa distance minimale au Soleil (le périhélie) est de 186 millions de kilomètres, plus que la distance Terre-Soleil, la comète ne risque donc pas d’être absorbée par le Soleil comme certaines de ses congénères.

La phase la plus intéressante d’une orbite cométaire est le passage près du Soleil, lorsque les glaces superficielles du noyau se vaporisent et libèrent les poussières qu’elles emprisonnaient. C’est alors que se forme une enveloppe lumineuse de gaz et de poussières : la chevelure de la comète. Par l’action du vent solaire et de la pression de radiation du Soleil, cette chevelure s’étire pour former une longue queue (ou deux) et donner à la comète son aspect familier.

Le périhélie de la comète 67P se produisit le 13 août 2015, mais les effets du réchauffement commencèrent à être visibles dès décembre 2014. Le détecteur GIADA de la sonde Rosetta détecta en fait quelques grains de poussières dès son arrivée près de la comète.

67P de 130 km
Une région relativement lisse de la comète 67P observée à une distance de 130 kilomètres le 6 août par le télescope à champ étroit d’OSIRIS. La résolution est de 2,4 mètres par pixel. Crédit : ESA/Rosetta/MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA

Un atterrisseur et 21 instruments scientifiques

L’objectif de la mission était double : observer le noyau et la chevelure de la comète à distance grâce à la sonde Rosetta et étudier la surface du noyau sur place grâce à un petit robot atterrisseur, Philae.

Rappelons que les comètes sont formées de matériaux qui datent des origines du système solaire il y a 4,6 milliards d’années et ont très peu changé depuis (contrairement aux matériaux planétaires qui ont fortement été modifiés au fil des milliards d’années). Elles nous ouvrent donc une voie unique pour mieux comprendre la formation et l’évolution initiale du système solaire.

La sonde Rosetta est équipée de onze instruments scientifiques: six pour analyser le noyau, quatre pour étudier la chevelure et un dernier pour observer l’interaction du plasma autour de la comète avec le vent solaire. On notera en particulier le système photographique OSIRIS qui contient deux caméras, l’une à champ large, l’autre à champ étroit, et qui fournit les images les plus détaillées de la comète.

La sonde Rosetta emportait aussi avec elle un atterrisseur, Philae, qui se détacha pour aller se poser sur la comète en novembre 2014. Le robot avait une masse de 100 kilogrammes et emportait dix instruments scientifiques, en particulier les caméras CIVA et ROLIS qui nous envoyèrent des images rapprochées de la surface du noyau et la foreuse SD2 qui essaya de percer la surface de la comète.

Une trajectoire d’approche unique

Après son arrivée à 100 kilomètres de la comète le 6 août 2014, la sonde Rosetta commença à se déplacer sur une orbite de forme triangulaire. Une orbite triangulaire n’est pas un phénomène naturel puisque les corps célestes se déplacent normalement sur des orbites elliptiques ou hyperboliques. La sonde Rosetta créa cette orbite particulière en corrigeant sa trajectoire à chaque sommet du triangle grâce à son système de propulsion.

L’étude de chaque portion de la trajectoire de Rosetta permit à l’ESA de modéliser le champ gravitationnel de la comète et de mieux préparer les manœuvres suivantes. Cette analyse était cruciale car la forme étrange du noyau donne lieu à un champ gravitationnel très irrégulier et complexe pour la navigation de Rosetta, d’autant plus qu’il lui fallait se préparer pour le largage de Philae.

Les ingénieurs de l’ESA firent ensuite décroître la taille de l’orbite de Rosetta pour atteindre une orbite circulaire à environ 25 kilomètres du noyau. Finalement, pour le largage de Philae, Rosetta se rapprocha encore du noyau et se positionna sur une orbite elliptique dont le point le plus proche se trouvait à quelques kilomètres du noyau à peine.

Après le largage, Rosetta continua à suivre la comète sur son orbite pour sa mission principale : étudier l’évolution de 67P pendant les mois qui précédèrent et suivirent le passage au périhélie en août 2015.

La trajectoire prévue pour la sonde Rosetta pendant son approche de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko avant le largage de Philae. Crédit : ESA/C. Carreau