En achevant près d’une décennie d’exploration des comètes, la mission Deep Impact de la NASA a été le chasseur de comètes de l’espace profond le plus parcouru de son temps. L’engin spatial a visité deux comètes et capturé des images de deux autres. Il a également recherché des exoplanètes et examiné leurs atmosphères, puis étudié la Terre comme si elle était une exoplanète. Deep Impact a permis de trouver de l’eau sur la Lune et a servi de relais pour une série d’expériences Internet interplanétaires. Après neuf ans, les membres de l’équipe ont perdu le contact avec le vaisseau spatial alors qu’il volait vers sa troisième cible.
« L’impact sur la comète Tempel 1, le survol de la comète Hartley 2 et la télédétection de la comète Garradd ont conduit à tant de résultats surprenants qu’il y a une refonte complète de notre compréhension de la formation des comètes et de leur fonctionnement », a déclaré Michael A’Hearn, l’investigateur de la mission Deep Impact, dans une déclaration à la fin de la mission. « Ces petits vestiges glacés de la formation de notre système solaire sont beaucoup plus variés, les uns des autres et même d’une partie à l’autre d’une même comète, que nous ne l’avions jamais prévu. »
Excavation d’une comète
La mission Deep Impact était composée de deux engins spatiaux. Le véhicule principal, de la taille d’une table à café, transportait une seconde sonde, plus petite, conçue pour s’écraser sur la première comète visitée par la mission, Tempel-1. Le vaisseau spatial a été lancé de Cap Canaveral, en Floride, le 12 janvier 2005. Le 1er juillet de la même année, Deep Impact a pris rendez-vous avec la comète 9P/Tempel 1 (le nom officiel est généralement abrégé en comète Tempel 1).
Deep Impact mesurait environ 10,8 pieds (3,3 mètres) de long, 5,6 pieds (1,7 m) de large et 7,5 pieds (2,3 m) de haut. En plus des instruments scientifiques, le vaisseau spatial transportait également une paire de panneaux solaires et un bouclier anti-débris pour le protéger des matériaux rejetés par les comètes qu’il a rencontrées. Deux instruments scientifiques, l’instrument à haute résolution (HRI) et l’instrument à moyenne résolution (MRI), ont recueilli des images de comètes et de corps planétaires. Deep Impact transportait également un spectromètre infrarouge.
Le 4 juillet 2005, le vaisseau spatial a largué son plus petit engin impacteur sur la trajectoire de Tempel 1. L’impacteur fonctionnait sur batterie et transportait le capteur de ciblage de l’impacteur, un traceur stellaire de haute précision qui surveillait la trajectoire du vaisseau spatial et capturait des images de la comète à courte distance. Les images étaient transmises en temps réel au véhicule principal, la dernière image étant envoyée seulement 3,7 secondes avant l’impact.
L’engin spatial transportait également un disque de 625 00 noms soumis par des personnes du monde entier qui a été vaporisé avec l’engin.
L’impacteur de 816 livres (370 kilogrammes), principalement en cuivre, a délivré 19 gigajoules d’énergie cinétique pour creuser un cratère sur Tempel 1. C’est autant d’énergie que 4,8 tonnes (4,35 tonnes métriques) de TNT. Voyageant à 23 000 mph (37 000 kilomètres par heure), l’impacteur a soufflé un cratère d’environ 500 pieds (150 m) de large, selon les mesures effectuées par la mission Stardust de la NASA en 2011.
La chaleur et les radiations du soleil cuisent la surface de ces boules de neige poussiéreuses, créant des croûtes extérieures roussies. Le nuage de débris qui s’est détaché de la comète suite à la collision du petit vaisseau spatial a révélé la toute première vue du matériau vierge que l’on trouve à l’intérieur d’une comète et a révélé aux astronomes que Tempel 1 est couverte d’une fine poudre, « plus comme du talc que du sable de plage », a déclaré A’Hearn.
« Vous devez y penser dans le contexte de son environnement », a déclaré dans un communiqué Pete Schultz, scientifique de Deep Impact à l’Université Brown de Rhode Island. « Cet objet de la taille d’une ville flotte dans le vide. La seule fois où il est dérangé, c’est lorsque le soleil le cuit un peu ou que quelqu’un lui balance un réveil de 820 livres à 23 000 miles par heure. »
Les scientifiques de la mission ont également déterminé que les comètes sont étonnamment pelucheuses, le noyau d’une comète étant composé d’au moins 50 % d’espace vide et l’enveloppe de surface d’au moins 75 % de vide. Ce résultat a confirmé des observations indirectes antérieures qui suggéraient que les comètes pouvaient être plus poreuses que prévu, a déclaré A’Hearn.
Les observations effectuées par le télescope spatial Swift de la NASA ont révélé qu’environ 250 000 tonnes (227 000 tonnes métriques) d’eau ont été libérées en raison de l’impact ; c’est une quantité bien plus importante que ce qui avait été prévu initialement. Les observations aux rayons X de Swift ont révélé que la comète a mis 12 jours à revenir à la normale.
Les observations aux rayons X de Swift ont également fourni de nouveaux aperçus sur la façon dont le vent solaire arrache de la matière aux comètes et aux planètes.
« Pour la première fois, nous pouvons voir comment la matière libérée de la surface d’une comète migre vers les parties supérieures de son atmosphère », a déclaré John Nousek, dans un communiqué. Nousek était le directeur des opérations de mission à Penn State, où les opérations scientifiques et de vol de l’engin spatial étaient contrôlées. « Cela fournira des informations fascinantes sur l’atmosphère d’une comète et sur la façon dont elle interagit avec le vent solaire. Tout cela est un territoire vierge. »
L’équipe de Deep Impact a également travaillé avec le télescope spatial Spitzer de la NASA pour créer une liste d’ingrédients cométaires. « Maintenant, nous pouvons cesser de deviner ce qu’il y a à l’intérieur des comètes », a déclaré A’Hearn. « Cette information est inestimable pour reconstituer comment nos propres planètes ainsi que d’autres mondes lointains ont pu se former. »
Ces observations ont indiqué que la comète pourrait être née dans la partie du système solaire aujourd’hui occupée par Uranus et Neptune. Cette découverte soutient le modèle de Nice de la formation planétaire, qui suggère que ces deux planètes ont échangé leurs places et dispersé les comètes dans l’espace profond.
EPOXI, deux missions en une
Après le passage de la sonde devant Tempel 1, l’équipe de la mission Deep Impact a soumis une proposition de mission prolongée qui serait en réalité deux missions en une : une visite d’une autre comète et une chasse aux exoplanètes.
L’enquête Deep Impact eXtended Investigation (DIXI) s’est combinée avec l’enquête Extrasolar Planet Observation and Characterization (EPOCh) pour devenir une nouvelle mission, appelée EPOXI. (L’engin spatial a conservé le nom de Deep Impact.)
Initialement, la mission étendue prévoyait que Deep Impact visite la comète 85P/Boethin, observée pour la dernière fois en 1986. En raison de son orbite de 11,8 ans, cette comète ne peut être vue de la Terre que pendant les six mois où elle est la plus proche du soleil. Les astronomes ont utilisé 10 des plus grands télescopes du monde, ainsi que Spitzer, pour rechercher le rayonnement de la comète dans ce qu’A’Hearn a appelé « un effort héroïque ». Malheureusement, ils n’ont pas réussi à trouver leur cible, et les chercheurs ont proposé qu’elle ait pu se briser à cause d’une explosion catastrophique.
Avec la perte de la cible initiale, les astronomes se sont tournés vers la comète Hartley 2. Découverte en mars 1986, la comète avait une orbite bien connue. Mais il faudrait deux années supplémentaires pour atteindre la cible par rapport à ce qu’aurait nécessité un voyage vers Boethin.
Pendant sa mission prolongée, EPOXI a tourné ses yeux mécaniques vers les exoplanètes. À l’époque précédant la sonde Kepler de la NASA, qui chasse les planètes, l’observation de mondes autour d’autres étoiles était un plus grand défi. Deep Impact s’est efforcé de changer cela.
Le vaisseau spatial a étudié des géantes gazeuses massives orbitant autour de cinq étoiles différentes en quelques jours, voire quelques heures – des mondes connus sous le nom de Jupiters chauds. Chacune des cinq cibles était soupçonnée d’abriter une deuxième planète, plus petite. L’objectif de Deep Impact était d’étudier les jupiters chauds pour voir si la gravité de ces planètes invisibles pourrait tirer sur les orbites des mondes connus, les faisant légèrement vaciller.
Bien qu’EPOXI n’ait pas trouvé d’exoplanètes, il a découvert des preuves qu’une deuxième planète pourrait être en orbite autour de l’une des étoiles, Gliese 436. Bien qu’aucune deuxième planète n’ait encore été confirmée autour de l’étoile, il y a eu des indices d’un autre monde provenant d’autres sources, également.
Deep Impact a également étudié une planète très connue : la Terre. Le vaisseau spatial est passé cinq fois devant la Terre et a étudié notre planète pendant une rotation complète afin de mieux comprendre à quoi pourrait ressembler un monde terrestre habitable pour les chasseurs d’exoplanètes. Alors que d’autres engins spatiaux avaient déjà imagé la Terre et la lune depuis l’espace, Deep Impact a été le premier à observer avec suffisamment de détails pour voir de grands cratères sur la lune et des océans et continents sur la Terre, a déclaré la NASA dans un communiqué.
Les observations, dont beaucoup ont été transformées en vidéo, ont révélé les changements de luminosité que subit la planète. L’étude a également révélé des reflets solaires, ou des taches de luminosité semblables au soleil qui brille sur le capot d’une voiture, visibles à une distance d’environ 11 millions de miles (18 millions de km).
« Ces reflets solaires sont importants, car si nous voyions une planète extrasolaire qui avait des reflets qui surgissaient périodiquement, nous saurions que nous voyons des lacs, des océans ou d’autres grandes masses de liquide, comme de l’eau », a déclaré Deming. « Et si nous trouvions de grandes étendues d’eau sur une planète lointaine, nous deviendrions beaucoup plus optimistes quant à la découverte de la vie. »
EPOXI a également observé la Terre en lumière infrarouge, qui est bien au-delà de la portée de la vue humaine. La lumière rouge produit un meilleur contraste entre la terre et l’eau et aide les plantes à se démarquer.
« Les gens pensent que la terre est verdâtre, mais c’est parce que nos yeux ne sont pas sensibles dans l’infrarouge », a déclaré Deming. « En fait, la végétation ressort mieux dans l’infrarouge. »
L’engin spatial a également joué un rôle clé dans la découverte de la première preuve évidente d’eau à la surface de la lune. En collaboration avec la sonde indienne Chandrayaan-1 et la sonde spatiale Cassini de la NASA, Deep Impact a révélé qu’un liquide semblable à de la rosée se forme quotidiennement sur la lune, puis se dissipe, hydratant toute la surface lunaire pendant une partie du jour lunaire.
Hartley 2
L’élément clé de la mission prolongée de Deep Impact a été son survol de la comète Hartley 2. Le vaisseau spatial est passé à moins de 435 miles (700 km) de la comète le 4 novembre 2010, faisant de Hartley 2 le cinquième noyau de comète visité par un vaisseau spatial. Alors que Deep Impact s’est rapproché de Hartley 2, la sonde a observé une augmentation de la quantité de cyanure libérée par la comète sans libération correspondante de poussière, sur une période de huit jours en septembre.
« Nous n’avons jamais vu ce genre d’activité dans une comète auparavant, et cela pourrait affecter la qualité des observations faites par les astronomes au sol », a déclaré A’Hearn dans un communiqué.
La sonde a également volé à travers une tempête de glace cométaire générée par des jets de gaz carbonique qui ont transporté des tonnes de glace d’eau de la comète chaque seconde, a déclaré A’Hearn. C’était la première fois que les astronomes voyaient des morceaux de glace dans le nuage entourant une comète ou des jets définitivement alimentés par du gaz carbonique, a-t-il ajouté. L’équipe a cherché des événements similaires autour de Tempel 1 mais ne les a pas vus.
« Lorsque nous avons vu pour la première fois toutes les taches entourant le noyau, nos bouches sont tombées », a déclaré Schultz dans un communiqué. « Les images stéréo révèlent qu’il y a des boules de neige devant et derrière le noyau, ce qui le fait ressembler à une scène dans une de ces boules à neige en cristal. »
Deep Impact a également fourni les premières images d’une comète suffisamment claires pour que les scientifiques puissent relier les jets de poussière et de gaz à des caractéristiques spécifiques de la surface. Les chercheurs ont découvert que le dioxyde de carbone, et non la glace d’eau, servait de force de propulsion pour les jets sur Hartley 2.
Ensemble, les données suggéraient que Hartley 2 pourrait être une toute nouvelle race de comète. À l’époque, les chercheurs se demandaient si les comètes se formaient à partir d’une seule masse de poussière et de glace attirée ensemble par la gravité ou si un fatras de comètes plus petites construisait leur noyau au fil du temps. Hartley 2 s’est avéré avoir au moins deux, voire trois types différents de glace dans son noyau, avec une composition globale très cohérente, ce qui soulève une troisième possibilité.
« Nous n’avons jamais vu une comète comme celle-ci auparavant », a déclaré Michael Mumma, du Goddard Space Flight Center de la NASA, dans un communiqué. « Hartley 2 pourrait être la première d’une nouvelle race ».
Hartley 2 est une comète hyperactive, qui tourne sur un axe tout en culbutant simultanément sur un autre. Les comètes hyperactives représentent 5 à 10 % de toutes les comètes. Avec des jets et d’autres activités entraînées par le dioxyde de carbone, les processus tels que le dégazage sur les comètes hyperactives sont différents de ceux des comètes normales.
Après avoir survolé Hartley 2, Deep Impact a effectué des observations des comètes Garradd et ISON, qui arrivent des confins du système solaire. Les membres de l’équipe ont également lancé une chasse à une troisième cible pour l’engin spatial.
La perte de contact
Le 8 août 2013, la NASA a perdu le contact avec l’engin spatial Deep Impact. Malheureusement, celle-ci n’avait encore renvoyé aucune de ses images de la comète ISON. À ce moment-là, l’engin spatial avait parcouru environ 4,7 milliards de miles (7,58 milliards de km) dans l’espace.
Après avoir perdu le contact, les contrôleurs de la mission ont passé plusieurs semaines à essayer d’envoyer des commandes par liaison montante pour réactiver les systèmes embarqués de Deep Impact. Un problème de synchronisation informatique a probablement conduit à une perte de contrôle de l’orientation de l’engin dans l’espace, a indiqué la NASA. En conséquence, la sonde a eu du mal à positionner ses antennes radio et ses panneaux solaires, ce qui a rendu difficile à la fois la communication et la production d’énergie.
Le 16 septembre 2013, les chercheurs ont déterminé qu’il n’y avait aucun moyen de récupérer le contrôle de l’engin spatial. Ils ont recommandé à la NASA de déclarer la mission incroyablement prolifique perdue.
« Deep Impact a été un engin spatial fantastique et durable qui a produit beaucoup plus de données que ce que nous avions prévu », a déclaré A’Hearn dans un communiqué. « Il a révolutionné notre compréhension des comètes et de leur activité ».
Lecture complémentaire:
- Lire plus sur la mission prolongée de Deep Impact sur la page Deep Impact (EPOXI) de la NASA.
- En savoir plus sur l’histoire de Tempel 1.
- En savoir plus sur la comète Hartley 2.
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