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Observation d’aurores dans l’ultraviolet sur la comète Tchouri

Sur Terre, les aurores ne cessent de fasciner les gens. Un consortium international auquel participe l’Université de Berne a découvert que des aurores dans la gamme des ultraviolets se produisaient sur la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, surnommée Tchouri. Ce phénomène a pu être prouvé grâce à l’analyse des données de la mission Rosetta menée par l’Agence spatiale européenne (ESA).

Lors des aurores boréales qui se produisent sur Terre, les particules chargées en électricité du vent solaire interagissent avec le champ magnétique terrestre. À des latitudes élevées, elles rencontrent des atomes and molecules d’azote et d’oxygène se trouvant dans les couches supérieures de l’atmosphère, ce qui crée de la lumière. Ces phénomènes ou des phénomènes similaires ont toutefois été observés sur d’autres planètes et leurs lunes. Comme une équipe internationale l’explique aujourd’hui dans la revue Nature Astronomy, le phénomène a maintenant été découvert sur la comète Tchouri. Sur Tchouri, les aurores naissent de la rencontre des particules du vent solaire avec le gaz qui entoure la comète, aussi appelée coma. « Les rayons lumineux qui en résultent sont tout simplement uniques », déclare Marina Galand de l’Imperial College de Londres, auteure principale de l’étude. « Le phénomène est causé par une combinaison de processus, certains observés sur Terre et sur Mars, d’autres sur les Lunes de Jupiter. »

Des aurores observées dans la gamme des ultraviolets lointains pour la première fois sur une comète

Grâce à l’analyse des données de la mission Rosetta de l’Agence spatiale européenne, 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 beaucoup d’énergie, notamment dans la gamme des ultraviolets invisibles à l’œil nu », explique Martin Rubin, co-auteur de l’étude travaillant à l’Institut de physique de l’Université de Berne.

Ces émissions UV ont déjà été observées autour de Tchuri par le passé. On avait à l’époque supposé, à tort, que les particules de la lumière solaire, les photons, étaient à l’origine de ces émissions, comme pour les lueurs nocturnes observées sur Terre. « Notre analyse des données fournies par différents instruments de Rosetta a toutefois révélée que les électrons du vent solaire étaient à l’origine des rayons lumineux et non les photons, comme on le supposait auparavant », poursuit Marina Galand.

« Rosetta est la première mission qui nous a permis d’observer une aurore dans la gamme des ultraviolets lointains sur une comète », indique Matt Taylor, responsable scientifique du projet de l’ESA. « Les aurores sont déjà des phénomènes extraordinaires, mais lorsque l’on observe une telle manifestation pour la première fois et que l’on peut l’étudier en détail, c’est tout bonnement extraordinaire. »

Berne fournit les données sur la composition des gaz

« L’analyse fut complexe et a nécessité des données générées par différents instruments », explique Kathrin Altwegg, responsable en charge de l’instrument ROSINA, le spectromètre de masse de l’Université de Berne qui a rassemblé des données sur la comète Tchouri à bord de la sonde spatiale Rosetta de l’ESA, fournissant des informations sur la composition et la densité de la coma. Selon Altwegg, l’étude prouve que nous pouvons améliorer notre compréhension et acquérir de nouvelles connaissances en regroupant les données des différentes équipes, instruments et modèles informatiques. « Et ce même des années après la fin officielle de la mission en 2016 lors du crash contrôlé de la sonde Rosetta sur la surface de la comète Tchouri », continue Kathrin Altwegg.

Ainsi, dans le cadre de la nouvelle étude, les chercheurs rassemblés autour de Marina Galand ont analysé, outre les données du spectromètre orbitale de Rosetta destiné à l’analyse des ions et des gaz neutres (ROSINA), les données du spectrographe UV Alice, de l’instrument à micro-ondes de l’orbiteur de Rosetta (MIRO), du spectro-imageur (et spectromètre) thermique dans le visible et l’infra-rouge (VIRTIS), du spectromètre chargé de détecter les ions et les électrons (IES) et de la sonde de Langmuir (LAP), ces deux derniers faisant partie du Rosetta Plasma Consortium (RPC).

Les aurores comme outil d’observation du vent solaire

Les phénomènes des aurores sont observés dans les environnements les plus variés dans notre système solaire et au-delà. « Il n’est pas forcément nécessaire d’avoir un champ magnétique comme celui de la Terre, la comète Tchouri n’en possède d’ailleurs pas », indique Martin Rubin. Ainsi, ces phénomènes sont plus diffus sur Tchouri que sur la Terre. « L’observation des aurores sur des comètes revêt définitivement un caractère esthétique. Par ailleurs, les observations dans l’ultraviolet réalisées depuis la Terre pourraient à l’avenir permettre de tirer des conclusions sur le vent solaire dans l’environnement de ces comètes sans qu’une sonde spatiale telle que Rosetta ait besoin de se rendre sur place », conclut Martin Rubin.

 

Informations relatives à la publication :

M. Galand, P. D. Feldman, D. Bockelée-Morvan, N. Biver, Y.-C. Cheng, G. Rinaldi, M. Rubin, K. Altwegg, J. Deca, A. Beth, P. Stephenson, K. L. Heritier, P. Henri, J. Wm. Parker, C. Carr, A. I. Eriksson, J. Burch: Far ultraviolet aurora identified at comet 67P/Churyumov-Gerasimenko. Nature Astronomy, 21.09.2020.

https://doi.org/10.1038/s41550-020-1171-7   

https://www.nature.com/articles/s41550-020-1171-7      

 

L’Agence spatiale européenne ESA

Depuis le début de l’ère spatiale, l’Europe est active dans l’astronautique et la recherche en astrophysique. L’ESA a été créée en 1975, elle regroupe et coordonne les activités des États membres. La Suisse est l’un des dix membres fondateurs de l’ASE, qui compte aujourd’hui 22 États membres. Du fait de leur expertise avérée, les chercheur·euse·s bernois ont été très tôt appelés à siéger aux comités consultatifs de l’ESA, ils ont ainsi une influence sur les projets spatiaux et missions sélectionnés parmi les propositions de la communauté scientifique.

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La mission Rosetta

Le spectromètre de masse ROSINA a constitué un élément clé de la mission Rosetta menée par l’ESA. La sonde Rosetta a étudié la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, aussi appelée «Tchouri», pendant plus de deux ans et a dans ce cadre largué pour la première fois un module d’atterrissage sur la surface d’une comète. Le spectromètre de masse ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) a été développé, fabriqué, testé et opéré sur la comète à l’aide de télécommandes sous la direction de l’Université de Berne. De nombreux éléments de l’atmosphère de Tchouri ont pu être démontrés, pour la plupart pour la première fois sur une comète. ROSINA a contribué de manière significative à l’acquisition de nouvelles connaissances concernant la naissance de notre système solaire. La phase active de la mission a pris fin en 2016 avec le crash contrôlé de la sonde Rosetta à la surface de la comète Tchouri. Depuis, plus de 2 millions de jeux de données de ROSINA sont évalués à Berne et mis à disposition des chercheurs dans le monde entier.

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Recherche en astrophysique bernoise : parmi l’élite mondiale depuis le premier alunissage

Le 21 juillet 1969, Buzz Aldrin a été le deuxième homme à descendre du module lunaire. Il a tout de suite déployé le collecteur de vent solaire bernoise et l'a plantée dans le sol lunaire, avant même le drapeau américain. La planification et la construction du Solar Wind Composition Experiment (SWC) et les résultats analysés par le Prof. Dr. Johannes Geiss et son équipe à l’institut de physique de l’Université de Berne ont été le premier moment fort de l’histoire de la recherche en astrophysique bernoise.

Depuis, cette recherche fait partie de ce qui se fait de mieux au niveau mondial. Le bilan en chiffres est impressionnant : 25 fusées (1967-1993) et 9 montgolfières (1991-2008) ont emportés des instruments dans la haute atmosphère et l’ionosphère, et plus de 30 instruments ont intégré des sondes spatiales. Avec CHEOPS, l’Université de Berne partage la responsabilité de l’intégralité d’une mission avec l’ESA.

Le travail fructueux du département de recherche en astrophysique et planétologie (RAP) de l’Institut de physique de l’Université de Berne a été consolidé par la fondation d’un centre de compétences universitaire, le Center for Space and Habitability (CSH). Le Fonds national suisse a en outre accordé à l’Université de Berne le financement du pôle de recherche national (PRN) PlanetS, qu’elle dirige avec l’Université de Genève.

 

21.09.2020

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L'animation montre les principales étapes du mécanisme par lequel les aurores dans l’ultraviolet sont générées autour de Tchouri : Lorsque les électrons du vent solaire s'approchent de la comète, ils sont accélérés et brisent les molécules d'eau dans la coma de la comète. Certains des atomes d’hydrogène et d’oxygène sont produits dans un "état excité" et se déexcitent en produisant des émissions lumineuses, les aurores observées. Le caractère auroral des émissions a pu être révélé grâce à l’analyse de données d’un certain nombre d'instruments à bord de Rosetta (RPC, ROSINA, VIRTIS, MIRO et Alice). © ESA (spacecraft: ESA/ATG medialab)