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Par Michel Viso et François Robert

Après plus de 4 milliards de kilomètres de croisière, la capsule Stardust a rapporté sur Terre les fruits de sa moisson cosmique.

Les résultats des analyses préliminaires effectuées par des équipes américaines et internationales sont rassemblés dans une série d’articles publiée dans le numéro du 15 décembre de la revue Science. Dans l’équipe constituée pour ces analyses préliminaires (PET) un consortium de laboratoires du CNRS, piloté par François Robert est soutenu par le CNES.

Stardust : la bonne récolte

A l’issue d’une mission de sept ans à travers notre système solaire, la sonde spatiale Stardust de la NASA, a rapporté sur Terre des échantillons de poussières de la comète Wild 2 ainsi que des échantillons de poussières interstellaires. Lors du survol de Wild 2, le 2 janvier 2004, à une vitesse de 6,1 km/s, Stardust a capturé et piégé des poussières de la coma de la comète grâce à l’utilisation d’un “aérogel”. La capsule a atterri le 15 janvier 2006 dans le désert de l’Utah. Des scientifiques regroupés dans des équipes thématiques (Preliminary Examination Teams, PET) ont effectué les analyses préliminaires. Un consortium de cinq laboratoires français,piloté par François Robert (MNHM), participe à ces travaux. Les premiers résultats obtenus par l’ensemble des équipes thématiques paraissent dans quatre articles publiés dans la revue Science du 15 décembre 2006. L’inventaire de la récolte de grains cométaires a été le premier travail mené au laboratoire de conservation d’échantillons planétaires situé au centre spatial Johnson à Houston. En première analyse, plus de mille grains d’une taille supérieure à 5 μm ont été récoltés dans l’aérogel. Le recensement des grains continue. Sur le collecteur, l’aérogel se présente sous forme de petits parallélogrammes de quelques centimètres de coté et épais de 1 ou de 3 centimètres. Ces petits blocs sont assemblés dans les mailles d’une « grille » d’aluminium qui donne à l’ensemble l’air d’une raquette de tennis. Les grains heurtent bien sûr indifféremment l’aérogel ou l’armature. L’aérogel a été examiné au microscope et les parties comportant la trace d’un grain ont été découpées, identifiées et certaines distribuées aux équipes des PET. Des parties de l’armature d’aluminium ont aussi été mises à la disposition des équipes.

Typologie des grains

Quand un grain de poussière animé d’une vitesse supérieure à 6 km/s heurte l’armature, il creuse un petit cratère dont le diamètre est proportionnel à la taille du grain. L’analyse de ces cratères montre une prédominance importante de grains d’une taille inférieure à 3 microns. Parfois les cratères sont regroupés en amas. Les scientifiques ont aussi noté la persistance au fond de ces cratères de quelques résidus minéralogiques intéressants. Ces données sont pour l’instant les seules disponibles sur la fraction des grains les plus petits en taille mais les plus abondants en nombre.

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Turbulences dans le jeune système solaire

Nature de la matière organique

Deux gros grains, piégés dans l’aérogel, ont été analysés par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier et spectroscopie Raman. Ces études servent à différencier le carbone minéral du carbone organique. Elles contribuent également à détecter les grandes familles de molécules organiques (linéaires, cycliques, ramifiées, …). La longueur moyenne des chaînes de carbones organiques a été évaluée en mesurant le rapport entre les carbones portant deux atomes d’hydrogène et ceux en portant trois (CH2/CH3). Ces résultats préliminaires montrent une composition proche des poussières interplanétaires et confirment la nature primitive de la matière organique de la comète. Toutefois, au cours de ces travaux de spectroscopie, quelques contaminants issus de l’aérogel ont été détectés et leur présence devra être prise en compte lors des études ultérieures.

Minéralogie des grains

Les études minéralogiques des grains par microscopie électronique en transmission démontrent qu’une partie de ceux-ci a été endommagée par l’échauffement durant la capture dans l’aérogel. Les grains intacts sont constitués de minéraux bien cristallisés composés de silicates (olivine, pyroxène), de spinelles d’aluminium et de sulfures. Leurs microstructures montrent qu’ils ont été portés à haute température. Cette analyse minéralogique suggère un important mélange de la matière primitive dans le disque d’accrétion protoplanétaire, entraînant des échanges entre les zones internes et les zones les plus externes du système solaire en formation.

Pétrographie des grains

Les analyses chimiques révèlent que la comète est un assemblage de grains très hétérogènes. La comparaison des teneurs en oxygène et en hydrogène (degrés redox) le long de la trace laissée dans l’aérogel ainsi que la minéralogie montrent une altération progressive des grains lors de leur capture. Afin de déterminer la composition isotopique en carbone et en azote des grains, des fragments sub-micrométriques ont été prélevés dans la zone de leur entrée dans l’aérogel. L’analyse montre essentiellement des compositions isotopiques « solaires », identiques à celles des météorites carbonées, avec quelques rares constituants volatils rappelant le milieu interstellaire. La composition isotopique en oxygène des grains de la comète Wild 2 est similaire à celle observée dans les chondrites carbonées. Cependant, la part de la contamination des grains par l’oxygène de l’air ambiant et de l’aérogel devra être examinée.

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L’analyse des fragments de l’aérogel comportant des traces d’entrée de particules cométaires, détecte la présence d’hélium et de néon avec une composition isotopique intermédiaire entre les compositions terrestre et solaire. Ces premières études des gaz rares d’origine cométaire démontrent que des éléments volatils ont survécu à la capture des grains de Wild 2. Les études effectuées au sein des « PET » et publiées dans le numéro de Science du 15 décembre 2006, montrent d’une part que la matière solide de Wild 2 a été formée dans notre système solaire et n’est pas de la matière interstellaire primitive et d’autre part que ces poussières cométaires contiennent des minéraux formés très près du Soleil indiquant un important mélange entre les zones internes et externes du disque proto-planétaire.

Références

  • “Mineralogy and Petrology of Comet81P/Wild 2 Nucleus Samples” M.Zolenskyet al.
  • “Isotopic Compositions of Cometary Matter Returned by Stardust” K.McKeeganet al.
  • “Organics Captured from Comet 81P/Wild 2 by the Stardust Spacecraft” S.Sanfordet al.
  • “Comet 81P/Wild 2 Under a Microscope” D.Brownleeet al.

Science,15 December 2006 : Vol. 314. no. 5806.

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