Rosetta : ROSINA mesure le rapport Deutérium/Hydrogène

Communiqué de presse

Mercredi, 10 décembre 2014

Les premières mesures de l’instrument ROSINA de la mission Rosetta révèlent que le rapport Deutérium/Hydrogène (ou D/H) de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko est fortement enrichi en deutérium. Ces résultats sont en désaccord avec les hypothèses qui attribuent une origine cométaire à l’eau présente dans l’atmosphère et les océans terrestres. Ils indiquent également que les comètes de la famille de 67P ne sont pas originaires d’une unique région, la ceinture de Kuiper : certaines pourraient provenir du nuage de Oort. Cette étude internationale, à laquelle participent des laboratoires rattachés au CNRS, à l’université Toulouse III – Paul Sabatier, à l’UPMC, à l’UVSQ, à l’université d’Orléans, à l’université de Lorraine et à l’université de Franche-Comté, avec le soutien du CNES, est publiée dans Science Express le 10 décembre 2014.

Nés il y a 4,55 milliards d’années, les différents corps qui composent le Système solaire - Terre, planètes, astéroïdes et comètes - ont, au départ, été formés à partir du même nuage de gaz et de poussière : la nébuleuse protosolaire. À partir de cette origine commune, ils ont évolué différemment en fonction de leur orbite, et donc de leur exposition au rayonnement solaire. Très éloignées du Soleil pendant l’essentiel de leur vie, les comètes n’ont pratiquement pas évolué et constituent les témoins privilégiés des conditions qui prédominaient lors de la naissance du Système solaire. Les compositions isotopiques de leurs principaux constituants sont donc susceptibles de fournir des informations uniques pour décrire les conditions et les processus de la formation du Système solaire, et notamment l’origine de l’eau sur Terre.

Le rapport D/H, constitue un marqueur clé pour déterminer l’origine de l’eau sur Terre, et comprendre le rôle qu’ont pu jouer les comètes et/ou les astéroïdes. L’étude détaillée des premiers spectres obtenus par l’instrument ROSINA, depuis son arrivée au voisinage de la comète, a conduit à une valeur du rapport D/H de 5,3 ±0,7 10-4 alors que sa valeur pour la Terre est 1,55 10-4. Ce rapport, fortement enrichi en deutérium par rapport à la Terre, ne concorde donc pas avec les hypothèses qui attribuent une origine cométaire à l’eau présente dans l’atmosphère et les océans terrestres, à l'inverse de ce que laissaient penser d'autres résultats sur les comètes de la famille de Jupiter. La valeur du rapport D/H terrestre étant comprise dans la gamme des rapports D/H des astéroïdes situés entre Mars et Jupiter, l’eau des océans sur Terre pourrait ainsi provenir préférentiellement des astéroïdes et/ou de certaines comètes.


Par ailleurs, les « réservoirs » cométaires sont situés à des distances considérables du Soleil : le nuage de Oort, par exemple s'étend jusqu'à plus de 105 UA et est la source des comètes de longue période telles Halley. La ceinture de Kuiper, située à plus de 50 UA, est quant à elle connue pour être à l’origine des comètes de la famille de 67P/Churyumov-Gerasimenko dites « comètes joviennes » car les parties lointaines de leur orbite sont voisines de l’orbite de Jupiter. Selon les nouveaux résultats de ROSINA, les comètes de cette famille ne proviendraient pas toutes d’une région source unique, la ceinture de Kuiper : certaines pourraient provenir du nuage de Oort.

Les chercheurs souhaitent désormais continuer à décrypter la composition chimique et isotopique de l’atmosphère de 67P/Churyumov-Gerasimenko, notamment pour d’autres espèces gazeuses que l’hydrogène, comme les gaz rares ou l'azote. Ces mesures devraient permettre d'explorer en détail l'origine des éléments volatils sur Terre permettant l'apparition de la vie.

Les chercheurs français impliqués dans l’instrument ROSINA de Rosetta font partie :

  • du Laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales (LATMOS, CNRS/UPMC/UVSQ),
  • de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie (IRAP, CNRS/Université Toulouse III – Paul Sabatier).
  • Ces deux laboratoires ont été très impliqués dès le départ dans la réalisation de l'expérience ROSINA dont le Principal Investigateur est le Pr Kathrin Altwegg de l'Université de Berne.
  • du Laboratoire de physique et chimie de l’environnement et de l’espace (LPC2E, CNRS/Université d’Orléans),
  • du Centre de recherches pétrographiques et géochimiques (CRPG, CNRS/Université de Lorraine),
  • du laboratoire Univers, transport, interfaces, nanostructures, atmosphère et environnement, molécules (Institut UTINAM, CNRS/Université de Franche-Comté).

Ces travaux ont notamment bénéficié du soutien du CNES, de l’ESA et de l’ERC.

 

Notes:

Le modèle de Nice
Les conclusions de ces travaux sont compatibles avec le modèle de Nice de l'évolution du système solaire. La caractéristique fondamentale du modèle est que les orbites des planètes géantes auraient drastiquement changé lors d’une phase d’instabilité dynamique, il y a 4,1 milliards d’années. En conséquence de quoi, la population de petits corps qui était à l’origine au-delà de l’orbite de Neptune aurait été violemment perturbée et dispersée, alimentant à la fois la ceinture de Kuiper et le nuage d’Oort. Pour en savoir plus sur le sujet, voir le site de l'Observatoire de la Côte d'Azur (version anglaise).

Source(s): 

67P/Churyumov-Gerasimenko, a Jupiter Family Comet with a high D/H ratio. Altwegg K. *1, H. Balsiger, A. Bar-Nun, J.J. Berthelier, A. Bieler, P. Bochsler, C. Briois, U. Calmonte, M. Combi, J. De Keyser, P. Eberhardt, B. Fiethe, S. Fuselier, S. Gasc, T. I. Gombosi, K.C. Hansen, M. Hässig, A. Jäckel, E. Kopp, A. Korth, L. LeRoy, U. Mall, B. Marty, O. Mousis, E. Neefs, T. Owen, H. Rème, M. Rubin, T. Sémon, C.-Y. Tzou, H. Waite, P. Wurz. Science express, le 11 décembre 2014.

  • Modèle de Nice : Oort cloud and Scattered Disc formation during a late dynamical instability in the Solar System, R. Brasser, A. Morbidelli, Icarus, 225, 40–49 (2013)

Contacts chercheurs

  • Jean-Jacques Berthelier (CNRS - LATMOS) : T 01 44 27 92 42 / 06 74 51 14 10 l jean-jacques [dot] berthelier [at] latmos [dot] ipsl [dot] fr
  • Henri Rème (UPSabatier - IRAP) : T 05 61 55 66 65 / 06 18 58 50 49 l Henri [dot] Reme [at] irap [dot] omp [dot] eu
  • Bernard Marty (Université de Lorraine - CRPG) : T 03 83 59 42 22 / 06 78 03 28 99 l bmarty [at] crpg [dot] cnrs-nancy [dot] fr
  • Christelle Briois (Université d'Orléans - LPC2E) : T 02 38 41 71 11 / 06 06 43 44 67l christelle [dot] briois [at] cnrs-orleans [dot] fr
  • Olivier Mousis (Université de Franche-Comté - UTINAM) : T 03 81 66 69 21 l olivier [dot] mousis [at] obs-besancon [dot] fr

Contacts presse

  • Alexiane Agullo : T 01 44 96 51 51 l alexiane [dot] agullo [at] cnrs-dir [dot] fr

 

 

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