En 2014, l'Agence spatiale européenne (ESA) Rosetta le vaisseau spatial a fait l'histoire quand il a rencontré la comète 67P / Churyumov-Gerasimenko. Cette mission serait la première du genre, où un vaisseau spatial a intercepté une comète, l'a suivie alors qu'elle tournait autour du Soleil et a déployé un atterrisseur à sa surface. Pendant les deux prochaines années, l'orbiteur étudierait cette comète dans l'espoir de révéler des choses sur l'histoire du système solaire.
À cette époque, l'équipe scientifique de Rosetta a également demandé à l'orbiteur de rechercher des signes du choc de l'arc de la comète - la frontière qui se forme autour des objets à la suite de l'interaction avec le vent solaire. Contrairement à ce qu'ils pensaient, une étude récente a révélé que Rosetta a réussi à détecter les signes d'un choc d'arc autour de la comète à ses débuts. C'est la première fois dans l'histoire que la formation d'un choc d'arc a été observée dans notre système solaire.
Comme indiqué, les chocs d'arc sont le résultat de particules chargées (plasma) émanant du Soleil (aka. Vent solaire) interceptant des objets sur son chemin. Ce processus conduit à la formation d'une onde de choc stationnaire incurvée devant l'objet. Ils sont ainsi nommés parce que lorsqu'ils sont visualisés, ils ressemblent à un arc et leur comportement est similaire aux vagues qui se forment autour de la proue d'un navire lorsqu'il traverse des eaux turbulentes.
En plus des planètes et des corps plus gros, des chocs d'arc ont été détectés autour des comètes. Au fil du temps, l'interaction entre le plasma du Soleil et un objet peut avoir un effet sur l'objet lui-même, son choc d'arc et l'environnement environnant. Étant donné que les comètes sont un excellent moyen d'étudier le plasma dans le système solaire, l'équipe de Rosetta espérait détecter un choc d'arc autour de la comète 67P et l'étudier de près.
Pour y parvenir, Rosetta a volé à plus de 1500 km (932 mi) du centre de 67P entre 2014 et 2016 à la recherche de frontières à grande échelle autour de la comète. À l'insu de l'équipe de mission à l'époque, Rosetta a en fait volé directement à travers le choc de l'arc plusieurs fois, avant et après que la comète ait atteint son point le plus proche du Soleil le long de son orbite.
Comme l'explique Herbert Gunell - un chercheur de l'Institut royal belge d'aéronomie spatiale, Université d'Umeå, et l'un des principaux auteurs de l'étude - dans un communiqué de presse de l'ESA:
«Nous avons cherché un choc d'arc classique dans le type de zone que nous nous attendions à en trouver un, loin du noyau de la comète, mais nous n'en avons trouvé aucun, nous avons donc initialement conclu que Rosetta n'avait pas repéré de type de choc. Cependant, il semble que le vaisseau spatial ait effectivement trouvé un choc d'arc, mais qu'il était à ses balbutiements. Dans une nouvelle analyse des données, nous les avons finalement repérées environ 50 fois plus près du noyau de la comète que prévu dans le cas du 67P. Il a également évolué d'une manière à laquelle nous ne nous attendions pas, c'est pourquoi nous l'avons d'abord manquée. »
La première détection a eu lieu le 7 mars 2015, lorsque la comète était à plus de 2 unités astronomiques (AU) du Soleil, soit deux fois la distance entre la Terre et le Soleil. Alors que la comète s'approchait du Soleil, Rosetta les données ont montré des signes de choc d'arc commençant à se former. Les mêmes indicateurs ont été détectés le 24 février 2016, lorsque la comète s'éloignait du Soleil.
Une indication claire qu'il s'agissait d'un choc d'arc aux premiers stades de la formation était sa forme. Comparé aux chocs d'arc pleinement développés observés autour d'autres comètes, la frontière détectée autour de la comète 67 / P était asymétrique et plus large que d'habitude. Comme Charlotte Goetz, une chercheuse de l'Institut de géophysique et de physique extraterrestre qui a codirigé l'étude, a expliqué:
«Une telle phase précoce du développement d'un choc d'arc autour d'une comète n'avait jamais été capturée avant Rosetta. Le choc infantile que nous avons repéré dans les données de 2015 aura évolué plus tard pour devenir un choc d'arc pleinement développé lorsque la comète s'est approchée du Soleil et est devenue plus active - nous ne l'avons pas vu dans les données de Rosetta, cependant, car le vaisseau spatial était trop proche. à 67P à ce moment pour détecter le choc «adulte». Quand Rosetta l'a repérée à nouveau, en 2016, la comète revenait du soleil, donc le choc que nous avons vu était dans le même état mais «déformé» plutôt que se formant. »
Pour déterminer les propriétés du choc de l'arc, l'équipe de recherche a exploré les données du Rosetta Plasma Consortium - une suite de cinq instruments différents conçus pour étudier l'environnement plasma entourant la comète 67P. En combinant ces données avec un modèle plasma, ils ont pu simuler les interactions de la comète avec le vent solaire.
Ce qu'ils ont découvert, c'est que lorsque le choc de l'arc s'est formé autour de Rosetta, son champ magnétique est devenu plus fort et plus turbulent. Cela a été caractérisé par des particules chargées hautement énergétiques qui sont produites et chauffées périodiquement dans la région du choc de l'arc lui-même. Avant cela, ces particules se déplaçaient plus lentement et le vent solaire était généralement plus faible.
Ceci, ont-ils conclu, était le résultat du fait que Rosetta était «en amont» d'un choc d'arc lorsque les premières lectures ont été obtenues, puis «en aval» lorsque les deuxièmes lectures ont été obtenues - ce qui correspondait à la comète qui s'approchait et s'éloignait du Soleil. Comme Matt Taylor, un scientifique du projet Rosetta de l'ESA, l'a indiqué:
«Ces observations sont les premières d'un choc d'arc avant qu'il ne se forme complètement, et sont uniques car elles sont recueillies sur place à la comète et se choquent. Cette constatation met également en évidence la force de combiner des mesures et des simulations multi-instruments. Il n'est peut-être pas possible de résoudre un casse-tête en utilisant un seul ensemble de données, mais lorsque vous rassemblez plusieurs indices, comme dans cette étude, l'image peut devenir plus claire et offrir un réel aperçu de la dynamique complexe de notre système solaire - et des objets qu'il contient, comme 67P. "
En plus d'être une découverte historique, la détection de ce choc d'arc en formation a fourni une occasion unique de recueillir des mesures in situ de l'environnement plasma du système solaire. Même si Rosetta a mis un terme à sa mission en impactant la surface de la comète il y a deux ans, les scientifiques ont continué de bénéficier des données collectées pendant son orbite autour de la comète 67 / P.
