Jeudi 31 mai
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Deep ImpactIntroductionDeep Impact. Même si vous vous intéressez pour la toute première fois de votre vie à l'exploration spatiale, ce nom doit sûrement vous dire quelque chose. Oui, ça y est, vous y êtes : c'est le titre d'un film que vous avez vu il y a quelques années, dans lequel une comète menaçait de frapper la Terre et d'y anéantir la vie. Le nom donné par la Nasa à cette mission n'est donc sans doute pas anodin, sauf que le scénario est en quelque sorte inversé, puisque c'est ici la Terre qui projette de frapper une comète ! Deep Impact est en effet une des missions spatiales les plus "agressives" jamais mises sur pied : même s'il n'est absolument pas question de charges explosives (et encore moins nucléaires) comme dans le film, la sonde transporte tout de même un projectile de près de 400 kilos dont la finalité est d'aller heurter de plein fouet un noyau cométaire. Et comme il ne s'agit pas de science-fiction, mais de science tout court, tout ceci a bien sûr un but précis, à savoir soulever des matériaux frais de l'intérieur de la comète afin d'en déterminer les propriétés physico-chimiques. On remarquera d'ailleurs l'amusante symétrie entre la vision des cinéastes - la comète tueuse - et celle des scientifiques, qui voient en ces astres glacés des témoins de la jeunesse de notre système solaire et, peut-être, de la naissance de la vie sur Terre ! Lancée le 12 janvier 2005, la sonde Deep Impact a rencontré sa "victime", la comète périodique 9P/Tempel 1, le 4 juillet de la même année, soit le jour de la fête nationale américaine (un scénariste d'Hollywood n'aurait pas choisi une autre date !). Le résultat fut extrêmement spectaculaire, autant pour les clichés pris à très faible distance par l'impacteur que pour ceux de la collision en elle-même. Il fut également très intéressant d'un point de vue scientifique, réservant même quelques surprises aux experts. Ne voulant pas abandonner dans l'espace un vaisseau en parfait état de marche (et lancé depuis peu), la Nasa a ensuite décidé d'offrir une deuxième vie à Deep Impact. Rebaptisée Epoxi, la sonde a été utilisée en 2008 pour réaliser des observations photométriques de plusieurs exoplanètes connues et, dans le même temps, sa trajectoire a été ajustée pour lui permettre de rendre visite à une seconde comète en novembre 2010. Cette fois à court de munitions, Deep Impact s'est contentée d'un survol tout ce qu'il y a de plus amical. Le spectacle a malgré tout été au rendez-vous, car la comète visitée - la dénommée 103P/Hartley 2 - était passée au périhélie à peine quelques jours plus tôt et avait donc été naturellement "activée" par la chaleur du Soleil.
Informations générales
ObjectifsLa mission Deep Impact a été sélectionnée en 1999 par la Nasa dans le cadre de son programme Discovery. C'est donc une mission à bas coût (333 millions de dollars tout de même, en incluant le lancement), ce qui explique sa conception minimaliste, avec seulement trois instruments scientifiques embarqués. Son objectif principal était de percuter le noyau de la comète 9P/Tempel 1 à l'aide d'un projectile cylindrique, appelé impacteur, mesurant un mètre de diamètre pour 0,8 de haut, et pesant 370 kilos [image 1]. Pour y parvenir, cet impacteur était équipé de son propre système de navigation et de correction de trajectoire. D'un point de vue technique, ceci s'est avéré dès le début être la partie la plus délicate de la mission, ce qui lui valut d'ailleurs d'être refusée dans un premier temps par la Nasa, car les experts chargés de l'évaluation des projets doutaient de la faisabilité d'une telle entreprise. Tandis que l'impacteur filait vers sa cible, la sonde principale était chargée d'effectuer un survol à distance raisonnable de la comète et d'observer la collision et ses conséquences [image 2]. Elle fut secondée dans cette tâche par de nombreux observatoires terrestres ou spatiaux : on citera notamment les télescopes Hubble, Spitzer et Chandra, ainsi que la sonde européenne Rosetta, elle aussi à la poursuite d'une comète. Deep Impact avait pour but de faire avancer significativement notre connaissance des comètes - et par voie de conséquence celle de la naissance du système solaire - par l'étude minutieuse du cratère et du panache engendrés par la collision. Afin de ne pas perturber la détermination de la composition des matériaux éjectés, l'impacteur était fait essentiellement de cuivre (49% de sa masse). Le cuivre est en effet un élément que l'on ne s'attend pas à trouver en grande quantité dans les comètes et qui présente en outre l'avantage d'être peu réactif. Enfin, l'imagerie à haute résolution d'un noyau cométaire figurait aussi au programme, permettant une comparaison avec les résultats des missions précédentes ou à venir (Giotto, Stardust, Rosetta). Après la réussite de la mission primaire, la Nasa décida de réutiliser la sonde principale de Deep Impact, qui n'avait visiblement pas souffert de sa rencontre avec Tempel 1, pour deux nouvelles campagnes scientifiques, l'une baptisée Epoch (Extrasolar Planet Observation and Characterization) et l'autre Dixi (Deep Impact Extented Investigation), la contraction des deux donnant Epoxi. L'objectif de la première était d'utiliser l'instrument HRI pour réaliser des observations photométriques de plusieurs exoplanètes à transit déjà connues, dans l'espoir d'en déduire les propriétés physiques ou de détecter d'éventuels anneaux ou satellites associés, voire d'autres planètes encore non découvertes autour des mêmes étoiles. Quant au programme Dixi, son objectif était le survol d'une seconde comète, initialement 85P/Boethin. Celle-ci aurait pu être visitée dès le mois de décembre 2008, mais en raison de difficultés pour calculer précisément son orbite, elle fut finalement délaissée au profit de 103P/Hartley 2.
DéroulementLancement et premiers mois de voyage interplanétaireLe 12 janvier 2005, peu avant 14h en temps local, une fusée Delta 2 décolle de la base militaire de Cap Canaveral, en Floride [image 5]. Sous sa coiffe se trouve la sonde Deep Impact, qui représente avec son impacteur cométaire une masse d'un peu plus d'une tonne. Le lancement se déroule sans anicroche et l'appareil est injecté directement sur l'orbite héliocentrique prévue. Très vite, pourtant, il déclenche son mode de sécurité, une procédure classique sur les sondes modernes mais qui indique que l'ordinateur de bord a rencontré un problème. La frayeur n'est heureusement que de courte durée pour l'équipe de la mission. L'activation du mode de sécurité s'avère due à une limite de température incorrecte, une anomalie qui peut être aisément corriger depuis le sol. Ainsi, dès le lendemain du lancement, la Nasa annonce que son vaisseau est de nouveau 100% opérationnel, qu'il est correctement orienté dans l'espace et que ses panneaux solaires sont en position. Le 11 février, les propulseurs de Deep Impact sont allumés pour réajuster sa trajectoire vers Tempel 1. Une deuxième manœuvre du même type, programmée pour le 31 mars, sera finalement annulée, car non nécessaire. Ces premières semaines de voyage sont aussi l'occasion de vérifier le bon fonctionnement des systèmes de bord, et en particulier de la charge utile scientifique [images 6 et 7]. Les tests révèlent alors que le télescope de l'instrument HRI - le plus grand jamais embarqué sur une sonde interplanétaire - ne parvient plus à une bonne mise au point. Heureusement, la détection précoce de l'anomalie permettra de la résoudre à temps pour le survol de Tempel 1, et ce grâce à un programme informatique de traitement des images. Le 25 mars, tous les tests sont terminés et la mission passe officiellement de la phase de "mise en service" (commissioning phase en anglais) à la phase de croisière. Celle-ci doit s'étendre jusqu'à 60 jours avant la rencontre avec Tempel 1. C'est au cours de cette période, le 25 avril, que la sonde aperçoit pour la première fois sa cible à l'aide de sa caméra MRI, depuis une distance de 64 millions de kilomètres [image 8]. Le 4 mai, la deuxième correction de trajectoire de la mission est effectuée grâce à l'allumage des propulseurs pendant 95 secondes.
Phase d'approcheLe lendemain, 5 mai, marque l'entrée dans la phase dite d'approche. Dès lors, et grâce à la distance qui se réduit entre la sonde et sa cible, des observations de plus en plus détaillées de Tempel 1 sont menées, permettant d'affiner ses paramètres d'orbite et de rotation et d'étudier son activité. C'est ainsi que le 14 juin, puis le 22, deux éruptions sont détectées sur les images transmises par la caméra MRI [image 9]. Par ailleurs, les premières analyses de la composition chimique de la coma sont réalisées au moyen du spectromètre infrarouge de l'instrument HRI. Les données indiquent la présence d'eau, d'hydrocarbures, de dioxyde et de monoxyde de carbone [image 11]. Le 23 juin, une nouvelle correction de trajectoire est effectuée dans le but d'optimiser le largage de l'impacteur. En effet, même si celui-ci est doté de propulseurs et de son propre système de navigation, il doit être placé dans une fenêtre d'envirob quinze kilomètres de large pour maximiser ses chances de toucher la comète. Le bon alignement de la sonde principale au moment de la séparation des deux engins est donc crucial.
Dernières manœuvres avant l'impactÀ compter du 29 juin, la mission entre officiellement dans la phase dite d'impact. Après une dernière correction de trajectoire le 2 juillet, la sonde principale libère l'impacteur à 6h TU, le 3. Moins de deux heures plus tard, ce dernier acquiert sa première image de Tempel 1, encore distante d'environ 800 000 kilomètres [image 13]. Dans l'intervalle, la sonde principale a exécuté une manœuvre d'évitement de près de treize minutes pour ne pas connaître le même sort que son projectile. Deux heures avant le moment prévu de la collision, le système de navigation autonome de l'impacteur commence à opérer. Au total, il commandera trois corrections de trajectoire pour atteindre le point voulu [image 14]. Il faut noter ici qu'à proprement parler, l'engin ne fonce pas vers Tempel 1 : en réalité, sa trajectoire est calculée pour croiser celle de la comète, de manière à ce que celle-ci le heurte à grande vitesse (dix kilomètres par seconde en vitesse relative) et le détruise ainsi instantanément. Les images produites par la caméra ITS installée sur l'impacteur sont transmises en temps réel au vaisseau-mère afin qu'il les relaye ensuite vers la Terre. Durant les dernières minutes, l'altitude de plus en plus basse de l'appareil permet d'observer le noyau cométaire avec un niveau de détail encore jamais atteint [images 15 et 16]. L'ultime image est acquise moins de quatre secondes avant l'impact, qui se produit à 5h45 TU (5h52 depuis la Terre, en tenant compte du trajet de la lumière).
Terre : 1 - Comète : 0Le choc est d'une violence inouïe : l'énergie libérée est équivalente à l'explosion de 4,5 tonnes de TNT, alors même que l'impacteur est totalement passif ! Inutile de préciser que l'engin est instantanément vaporisé. Visuellement, la collision prend la forme d'un intense flash lumineux suivi aussitôt par le développement d'un panache de débris très brillant lui aussi [images 17, 18 et 19]. Les responsables de la mission eux-mêmes sont surpris : ils ne s'attendaient pas à quelque chose d'aussi spectaculaire ! Un peu partout sur et autour de la Terre, des observatoires sont mobilisés pour suivre l'événement : c'est le cas par exemple du Keck et du CFHT à Hawaii, de La Silla et du VLT au Chili, des télescopes spatiaux Hubble, Spitzer, Chandra et XMM-Newton, ainsi que de la sonde européenne Rosetta (elle-même en route vers la comète 67P/Tchourioumov-Guerassimenko). Même les astronomes amateurs sont au rendez-vous ! Mais c'est évidemment le vaisseau-mère Deep Impact qui est aux premières loges : pendant treize minutes, il scrute les conséquences de la collision avec ses deux caméras et son spectromètre infrarouge, avant d'activer son "mode bouclier". Hélas, le nuage de débris est si important qu'aucune observation directe du cratère formé ne sera possible. Le mode bouclier vise à protéger au mieux les parties les plus fragiles de la sonde lors de la traversée de la coma. Il est déclenché juste avant le passage au plus près du noyau, qui intervient quatorze minutes après l'impact, à une distance de 500 kilomètres environ. Pendant cette phase, les instruments ne peuvent pas être pointés vers Tempel 1, mais les communications avec la Terre sont en revanche maintenues, ce qui permet de transmettre les données accumulées durant les heures précédentes. Une trentaine de minutes après le passage au plus près, Deep Impact est considérée comme hors de danger et peut donc se réorienter pour observer sa cible s'éloigner progressivement [image 20]. L'objectif est d'étudier la réaction de la comète à l'échelle de quelques jours et de voir si, par exemple, de nouvelles éruptions se produisent. Mais la distance augmentant, les instruments de la sonde deviennent rapidement insuffisants pour distinguer ce genre de détails et le suivi est alors confié à des télescopes terrestres ou orbitaux de plus grands diamètres.
Des comètes aux exoplanètes...La mission primaire de Deep Impact se termine officiellement le 3 août 2005, lorsque toutes les données enregistrées par l'ordinateur de bord ont été transmis vers la Terre. Le vaisseau, qui ne semble pas avoir souffert le moins du monde de son passage dans la coma de Tempel 1, est alors placé en hibernation en vue d'une extension de mission. Ce n'est qu'à l'automne 2007 que la Nasa le sort de son sommeil afin de réajuster sa trajectoire en vue du survol de la Terre prévu le dernier jour de l'année. Des observations de la voûte céleste sont ensuite menées pour vérifier et recalibrer les instruments scientifiques avant le démarrage de la campagne Epoch. Durant la deuxième quinzaine de décembre, les deux télescopes sont tournés sur la Lune, là encore à des fins de calibration. Puis, le 31, la sonde survole la Terre à 15 600 kilomètres d'altitude, utilisant au passage son attraction gravitationnelle pour modifier légèrement son orbite en préparation de la rencontre avec la comète Hartley 2 en novembre 2010. Les observations Epoch débutent le 22 janvier 2008 à l'aide de l'instrument HRI. Huit étoiles autour desquelles des planètes ont déjà été découvertes sont successivement scrutées afin d'enregistrer les variations de leur luminosité au cours de temps [image 21]. L'analyse de ses variations doit permettre par la suite de déduire certaines caractéristiques des planètes connues (albédo, présence de lunes ou d'anneaux), voire d'en identifier de nouvelles. La campagne comporte également des observations de la Terre à la fois dans le visible et l'infrarouge, dans le but de préparer la détection de planètes semblables à la nôtre dans d'autres systèmes stellaires. Au total, entre janvier et août 2008, ce sont près de 200 000 images qui sont acquises pour le programme Epoch. Le 29 décembre 2008, Deep Impact réalise une deuxième manœuvre d'assistance gravitationnelle près de la Terre. Un nouveau survol de notre planète, plus distant cette fois, a ensuite lieu le 29 juin 2009. Quelques mois avant et après ce survol (en mars et septembre), de nouvelles observations de la Terre sont conduites, en direction du pôle nord puis du pôle sud. La Lune est également ciblée au début du mois de juin, et les données acquises à cette occasion par le spectromètre Sim, en complément de celles de décembre 2007, confirmeront la découverte par la sonde indienne Chandrayaan 1 de fines et éphémères pellicules d'eau à la surface de notre satellite [images 23 et 24]. Une dernière observation planétaire est réalisée pour la campagne Epoch fin octobre 2009. Cette fois, l'instrument HRI est pointé vers Mars, ceci afin d'obtenir des mesures pour une planète tellurique différente de la Terre (atmosphère ténue riche en dioxyde de carbone, absence d'eau liquide et de vie).
...et des exoplanètes aux comètesAprès la clotûre de la campagne Epoch, Deep Impact se tourne vers le second volet de sa mission étendue, qui prévoit le survol rapproché de la comète 103P/Hartley 2. Pour assurer la réussite de la rencontre, une ultime manœuvre d'assistance gravitationnelle est exécutée le 27 juin 2010 alors que la sonde passe à 30 400 kilomètres au-dessus de l'océan Atlantique sud. Le passage au plus près de la comète a lieu le 4 novembre à 14h01 TU (soit 15h01 en France métropolitaine) à une distance de 694 kilomètres. Les images [25-26] acquises par l'instrument HRI, qui arrivent une heure plus tard sur Terre, sont époustouflantes. Elles montrent notamment de nombreuses éruptions sur plusieurs portions du noyau et confirment la forme en cacahuète de ce dernier, que des observations radar antérieures avait permis de distinguer [image 27]. Elles révèlent enfin une étonnante ressemblance avec l'astéroïde Itokawa [image 28], visité par la sonde japonaise Hayabusa en 2005, bien que les deux objets aient une taille et une origine très différentes. Dans la salle de contrôle, l'équipe de la mission savoure ce qui est pour elle une cerise sur le gâteau. Malcom Hartley, le découvreur de la comète, est lui aussi présent et aux anges. Pendant ce temps, la sonde continue de réaliser un suivi méthodique de l'activité de 103P/Hartley. Les observations visuelles et spectrales se poursuivent ainsi durant trois semaines, avant que l'astre ne soit à nouveau trop distant. Au total, ce sont près de 117 000 images et spectres qui ont été recueillis durant les phases d'approche, de survol et d'éloignement. De quoi faire valoir son droit à la retraite pour Deep Impact ? Pas si sûr, car la Nasa réfléchirait à une nouvelle extension de mission...
Chronologie récapitulative
InstrumentsHRILe High Resolution Instrument est constitué d'un télescope de 30 centimètres de diamètre [image 30] qui collecte la lumière pour une caméra visible et un spectromètre infrarouge situés à son extrémité. La caméra couvre un champ de 0,12° et sa résolution spatiale atteint 1,4 mètre par pixel à une distance de 700 kilomètres. Elle est en outre dotée de neuf filtres colorés montés sur un disque tournant, permettant l'obtention d'images à différentes longueurs d'onde. Quant au spectromètre (baptisé Sim, pour Spectral Imaging Module), il opère entre 1,05 et 4,8 micromètres de longueur d'onde et son champ de "vision" est de 0,29°. MRIPlus petit et plus simple que le HRI, le Medium Resolution Instrument comporte un télescope de "seulement" 12 centimètres de diamètre [image 30] à l'extrémité duquel on trouve une caméra (dotée d'un jeu de filtres colorés), mais pas de spectromètre. Ses caractéristiques - champ de vue cinq plus large mais résolution spatiale cinq fois moins bonne - en font un instrument surtout destiné à l'image de contexte ou de navigation. Il peut aussi servir d'imageur de secours en cas de panne du HRI. ITSL'Impactor Targeting Sensor était une copie du MRI (mais dépourvue de filtres colorés) montée sur l'impacteur de manière à guider celui-ci vers sa cible [image 32]. Dans les derniers instants avant la collision sur Tempel 1, l'ITS a transmis les images les plus précises jamais obtenues d'un noyau cométaire, atteignant une résolution de 20 centimètres par pixel. Seul l'atterrisseur de la mission Rosetta, qui se posera sur la comète Tchourioumov-Guerassimenko en 2014, sera capable de faire mieux.
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