Matière et univers

Ce que nous apprennent les archives du Système solaire

Le spectromètre de masse ROSINA, développé et construit à l’Université de Berne, a étudié la comète Tchouri dans le cadre de la mission Rosetta de 2014 à 2016. En 2020 sont parues plusieurs études basées sur les données de ROSINA qui livrent de nouvelles connaissances sur la comète, ainsi que sur la naissance et le développement de notre Système solaire.

Les comètes sont des objets qui se sont très peu développés depuis la naissance des planètes. Elles sont en quelque sorte les archives du Système solaire et la connaissance de leur composition pourrait également contribuer à une meilleure compréhension de l’origine des planètes.

Pendant plus de deux ans, la mission Rosetta de l’Agence spatiale européenne (ESA) a étudié en détail la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, surnommée Tchouri (voir encadré). L’une des expériences de la mission a été le spectromètre de masse ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis), qui a été développé, construit et testé sous la responsabilité de l’Université de Berne et dont les données sont encore en cours d’analyse.

Le voyage interstellaire d’un élément fondamental de la vie

Le phosphore est un élément fondamental de la vie. Il est notamment présent dans l’ADN et les membranes cellulaires. Jusqu’à présent, on ne savait pas comment le phosphore était arrivé sur la Terre lorsque la vie y est apparue il y a 4 milliards d’années.

Pour la première fois, une équipe de recherche à laquelle participait l’Université de Berne a pu montrer que des molécules contenant du phosphore, par exemple du monoxyde de phosphore, se développent dans les régions de formation des étoiles et ont gagné la Terre avec des comètes. Pour suivre le voyage interstellaire du monoxyde de phosphore, les chercheur·euse·s ont combiné les données du spectromètre de masse ROSINA avec celles du télescope géant Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array (ALMA), qui est exploité par l’Observatoire européen austral (ESO) sur le plateau du Chajnantor, dans le désert d’Atacama, au Chili.

Kathrin Altwegg, responsable en charge de l’instrument ROSINA et co-auteure de l’étude publiée en janvier 2020, explique : « Selon toute probabilité, les comètes ont apporté d’importantes quantités de composés organiques sur la Terre. La documentation du voyage du monoxyde de phosphore renforce le lien entre les comètes et la vie sur la Terre. »

Vol à travers le nuage de poussière de la comète

Une autre étude basée sur les données de ROSINA, qui a également été publiée en janvier 2020, a expliqué pourquoi on ne trouvait que de faibles quantités d’azote dans l’enveloppe nébuleuse des comètes : l’élément constitutif de la vie est majoritairement présent sous la forme de sels d’ammonium, qu’on ne pouvait pas détecter jusqu’alors.

Moins d’un mois avant la fin de la mission Rosetta, la sonde spatiale se trouvait à seulement 1,9 km au-dessus de la surface de Tchouri quand elle a traversé un nuage de poussière de la comète. Il en a résulté un impact direct de poussière dans la source d’ions de ROSINA. On a ainsi pu détecter des substances qui n’avaient jamais pu être mesurées auparavant. En particulier, la présence d’ammoniaque, composé chimique d’azote et d’hydrogène (NH3), est devenue soudainement beaucoup plus fréquente. « L’ammoniac étant un sel, sa température d’évaporation est bien plus élevée que celle de la glace. C’est pourquoi on le trouve principalement sous forme solide dans l’environnement froid de la comète », explique Katrin Altwegg.

Parmi les sels d’ammonium découverts, il y a quelques molécules intéressantes sur le plan astrobiologique pouvant entraîner la formation d’acide urique, d’aminoacides, d’adénine et de nucléotides. Kathrin Altwegg : « C’est un nouvel élément suggérant que les impacts de comètes pourraient être liés à l’apparition de la vie sur Terre. »

Les aurores boréales de la comète

Une étude parue en septembre 2020 décrit, notamment grâce aux données de ROSINA, un autre phénomène fascinant de Tchouri.

Sur Terre, les aurores ne cessent d’émerveiller l’être humain. Un consortium international auquel participe l’Université de Berne a découvert que des aurores se produisent également sur Tchouri – dans la gamme des ultraviolets.

L'animation montre les principales étapes du mécanisme par lequel les aurores dans l’ultraviolet sont générées autour de Tchouri © ESA (spacecraft: ESA/ATG medialab)

Les chercheur·euse·s ont pu prouver que, dans le cas de Tchouri, les électrons du vent solaire accélèrent en approchant de la comète et y heurtent le gaz entourant la coma. « Comme ce processus génère beaucoup d’énergie, les rayons lumineux qui en résultent dégagent, eux aussi, beaucoup d’énergie, notamment dans la gamme des ultraviolets invisibles à l’œil nu », explique Martin Rubin, membre de l’Institut de physique et co-auteur de l’étude. Ces émissions UV avaient déjà été observées autour de Tchouri par le passé. À l’époque, on avait supposé à tort que les particules de la lumière solaire, les photons, étaient à l’origine de ces émissions et non les électrons du vent solaire, comme l’a montré l’étude actuelle.

« L’analyse a été complexe et a nécessité des données générées par différents instruments, parmi lesquels ROSINA » précise Kathrin Altwegg. Selon cette dernière, l’étude prouve que nous pouvons améliorer notre compréhension et acquérir de nouvelles connaissances en regroupant les données de différentes équipes, les instruments et les modèles informatiques. Même des années après la fin de la phase active de la mission en 2016.