Giotto (sonde spatiale)

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher
Page d'aide sur l'homonymie Pour les articles homonymes, voir Giotto.
Giotto
Description de cette image, également commentée ci-après

Vue d'artiste de la sonde Giotto

Caractéristiques
Organisation Agence spatiale européenne
Domaine Survol de la comète de Halley et de la comète Grigg-Skjellerup
Type de mission survol
Statut mission achevée
Masse 960 kg
Lancement 2 juillet 1985
Lanceur Ariane 1
Fin de mission 23 juillet 1992
Puissance électrique 285 watts
Orbite Survol de la comète de Halley le 14 mars 1986
Survol de la comète Grigg-Skjellerup le 10 juillet 1992
Identifiant COSPAR 1985-056A
Site http://sci.esa.int/giotto/31716-summary/
Principaux instruments
HMC Caméras
NMS Spectromètre de masse neutre
IMS Spectromètre de masse ions
PIA Spectromètre de masse poussière
DID Détecteur impact poussière
JPA Analyseur plasma
RPA Analyseur plasma
EPA Analyseur particules énergétiques
MAG Magnétomètre

Giotto est une mission spatiale de l'Agence spatiale européenne (ESA) qui a survolé la la comète de Halley pour en étudier les caractéristiques. Elle faisait partie d'une flotte de cinq sondes spatiales, dont deux soviétiques Vega 1 et Vega 2 et deux japonaises Sakigake et Suisei, lancées en 1985 pour survoler celle-ci. La mission, qui était la première sonde spatiale de l'ESA, a été un succès. Elle a permis de découvrir que la comète possédait un noyau solide beaucoup plus grand que prévu et que la comète faisait partie des objets les plus sombres du système solaire. L'analyse des matériaux éjectés a montré une très grande diversité de molécules dont sans doute des composants organiques relevant d'une chimie complexe.

Contexte[modifier | modifier le code]

Suite aux missions des sondes spatiales Explorer (lancement en 1977) et Pioneer (1972-1973) qui avaient permis d'étudier les planètes externes (Jupiter, Saturne, Neptune et Uranus, le survol d'une comète restait avec celui de Pluton le dernier grand défi de l'exploration du système solaire. Malgré l'intérêt scientifique pour un type de corps céleste dont on ne savait pas grand chose, aucune agence spatiale n'avait de projet de mission vers cette destination à la fin des années 1970. Le retour prévu en 1986 de la comète de Halley, la plus célèbre des comètes, allait modifier cette situation[1].

Le retour de la comète de Halley[modifier | modifier le code]

Article détaillé : comète de Halley.

La comète de Halley circule sur une orbite qui la fait repasser tous les 75 à 76 ans dans le système solaire interne (dont la Terre). D'une luminosité remarquable (elle est visible à l'oeil nu depuis la Terre) elle a été étudiée et reconnue très tôt puisque les premières observations fiables rapportées émanant d'une source fiable ont été effectuées en 240 avant JC par les chinois. Le caractère périodique de son orbite a été établi en 1695 par l'astronome anglais Edmund Halley qui prédit son retour en 1758. Des observations astronomiques très poussées ont été effectuées durant son passage en 1835 et 1910 et la communauté scientifique attendait beaucoup de son retour en 1986 malgré une position peu favorable de la Terre par rapport à l'orbite de la comète. Halley est une comète de période courte dont l'apogée se situe 30 Unités Astronomiques du Soleil au dela de l'orbite de Neptune et qui passe au plus près du Soleil à une distance de 0,587 U.A. Du fait de son orbite très excentrique, sa vitesse au plus près du Soleil est très élevée. Elle circule par ailleurs une orbite rétrograde (inverse de celle de la Terre) ce qui accroit sa vitesse relative par rapport à tout engin spatial. Malgré ces circonstances peu favorables pour une mission spatiale de survol, le passage de 1986 de la comète de Halley a immédiatement attiré l'intérêt des agences spatiales pour des raisons factuelles - sa trajectoire était parfaitement connue et elle dégageait de grandes quantités de gaz et d'eau contrairement à la plupart des autres comètes de périodicité courte comme elle - mais également du fait de son importance historique[2].

Historique du projet[modifier | modifier le code]

Objectifs[modifier | modifier le code]

A l'époque du lancement de la mission Giotto, on sait très peu de choses sur les comètes. Par exemple on en était réduit aux hypothèses en ce qui concernait l'existence et la taille du noyau cométaire. Aussi des mesures in situ même très simples étaient suffisantes pour répondre à un grand nombre d'interrogations. Les objectifs fixés à la mission Giotto étaient les suivants[3] :

  • Existe t'il un un noyau solide au cœur de la comète ?
  • Quelle est sa taille, sa forme, son albédo, sa composition, la température de sa surface, sa vitesse et son axe de rotation ?
  • Existe-t'il des régions actives dans le noyau ?
  • Quelles sont les molécules à l'origine de la chevelure de la comète ?
  • Quels sont les processus chimiques à l’œuvre dans la chevelure ?
  • Quelle est la composition élémentaire et isotopique de la poussière produite par les comètes ?
  • Quelle est la quantité de poussière autour de la comète quelle est sa distribution en masse/taille ?
  • Quelles sont les quantités relatives de poussière et de gaz à proximité de la comète ?
  • Comment interagissent la comète et les particules chargées du vent solaire ?

Architecture de la mission[modifier | modifier le code]

Trajectoire de la sonde Giotto.

Caractéristiques techniques de la sonde spatiale[modifier | modifier le code]

La sonde spatiale Giotto est construite à partir des plans du satellite scientifique européen GEOS (étude de la magnétosphère) construit par British Aerospace pour réduire son cout et le délai des développements. Le satellite est modifié par l'ajout d'une antenne parabolique grand gain et d'un bouclier destiné à le protéger lors du survol de la comète. La sonde spatiale a la forme d'un cylindre de 1,86 mètres de diamètre et de 1 mètre de haut (2,96 mètres hors tout avec l'antenne grand gain) et d'une masse totale au lancement de 985 kg dont 374 kg pour le propergol solide utilisé pour l'injection sur sa trajectoire héliocentrique, 69 kg d'hydrazine utilisé pour les corrections d'orbite et le contrôle d'attitude et 59 kg d'instrumentation scientifique. A l'époque c'est le plus gros engin spatial lancé par l'Agence spatiale européenne[4].

Giotto est construite autour d'un tube central en aluminium qui supporte trois plateformes circulaires : la plateforme supérieure sur laquelle est fixée l'antenne grand gain, la plateforme intermédiaire qui accueille l'avionique et quatre réservoirs d'hydrazine pour le contrôle d'attitude et la plateforme inférieure sur laquelle sont fixés les instruments scientifiques ainsi que le viseur d'étoiles utilisé pour déterminer l'orientation de Giotto. A l'intérieur du tube se trouve un moteur d'apogée à propergol solide MAGE 1S chargé d'injecter la sonde spatiale peu après son lancement sur son orbite héliocentrique. Après un usage unique, la tuyère du moteur est obturée par un couvercle pour empêcher des poussières cométaires de se frayer un chemin dans le corps du satellite lors du survol de Halley. Pour le protéger des micro-particules lors du survol de la comète Halley, un bouclier Whipple est ajouté : celui-ci, inventé par l'astronome américain Fred Whipple est constitué d'une première feuille d'aluminium de 1 mm puis, à une distance de 23 cm, d'une feuille de mylar de 1,2 cm d'épaisseur[5].

L'antenne parabolique grand gain positionnée au sommet du satellite en faisant un angle de 44,3° avec l'axe du satellite pour pouvoir être pointée exactement vers la Terre (à 1° près pour ne pas rompre la liaison) au moment du survol de Halley. L'antenne est montée sur un cardan motorisé qui contrebalance exactement le mouvement de rotation de la sonde spatiale pour maintenir l'antenne pointée vers la Terre. L'antenne grand gain est surmontée d'une structure supportant une des deux antennes faible gain de la sonde spatiale ainsi que le magnétomètre. Les échanges de données avec la Terre se font en bande S et X avec un débit maximum au moment du survol de Halley de 29 kilobits par seconde. Il y avait une probabilité non négligeable que malgré le bouclier la sonde spatiale ne survive pas au survol, aussi les données recueillies étaient transmises en temps réel et aucun système d'enregistrement n'était prévu. Le contrôle d'attitude est assuré par mise en rotation (satellite spinné). La vitesse de rotation est de 90 tours par seconde jusqu'à l'insertion du satellite sur sa trajectoire puis réduite à 15 tours par seconde. Le corps de la sonde spatiale est recouvert de cellules solaires qui fournissent 285 watts en début de mission[6].

Instruments scientifiques[modifier | modifier le code]

Les onze instruments scientifiques de Giotto[7]
Instrument Description Objectifs Performances Masse Consommation
HMC (Halley Multicolour Camera) Caméra couleur Caméra couleur longueur focale f/7,68 Télescope Ritchey-Chrétien résolution spatiale 22 m à une distance de 1000 km 13,5 kg 11,5 W
NMS (Neutral Mass Spectrometer) Spectromètre de masse neutre Énergie et masse des atomes d'une masse atomique comprise entre 1 et 36; Énergie comprise entre 20 et 2110 eV 62 μrad/pixel
résolution spectrale : λ/δλ ∼ 240 – 550
12,7 kg 11,3 W
IMS (Ion Mass Spectrometer) spectromètre de masse Énergie et masse des ions 9 kg 6.3 Watts
PIA (Dust Mast Spectometer) Spectromètre de masse Masse et composition (1 à 110 masses atomiques) des particules de poussière 9,9 kg 9,1 Watts
DID (Dust Impact Detector) Distribution de la masse des particules de poussière 2,3kg 1,9 Watts
JPA (Johnstone Plasma Analyser) Ions du vent solaire et de la comète de 10 eV à 20 keV, ions cométaires de 100 ev à 70 keV ayant une masse atomique de 1 à 40 4,7 kg 4,4 Watts
RPA (Rèle Plasma Analyser) Ions du vent solaire et de la comète de 10 eV à 30 keV, ions de 1 à 200 masses atomiques 3,2 kg 3,4 Watts
EPA (Energetic Particles Analyser) Image tridimensionnelle des protons (15-20 MeV), électrons (15-140 keV) et particules alpha(140 keV-12,5 MeV). 1 kg 0,7 Watts
MAG (MAGnetometer) Magnétomètre l 0,004-65536 nTesla 1,4 kg 0,8 Watts
OPE (Optical Probe Experiment) Mesure de la brillance des bandes de la poussière et de gaz
GRE (Radio Science) Radio science

Déroulement de la mission[modifier | modifier le code]

Lancement et transit[modifier | modifier le code]

  • Lancement par une fusée Ariane 1 le 2 juillet 1985, depuis Kourou,
  • Trajet 150 millions de km parcourus en 8 mois,

Survol de la comète de Halley[modifier | modifier le code]

  • Rencontre avec le noyau cométaire de Halley dans la nuit du 13 au 14 mars 1986 à 596 km,
  • 12 000 impacts sont enregistrés au moment de la traversée de la chevelure. L'impact le plus violent, 7 secondes et demie avant que la sonde n'atteigne le point le plus rapproché de la comète, enverra celle-ci tournoyer sur elle-même et perdre momentanément le contact avec la Terre. La vitesse relative par rapport au noyau cométaire avoisinait alors les 68 km/s.
  • Mise en hibernation le 2 avril 1986,


Survol de la comète Grigg-Skjellerup[modifier | modifier le code]

  • Sonde réactivée le 19 février 1990,
  • Retour le 2 juillet 1990 vers la Terre, que la sonde rase à une distance de 22 730 km, afin de changer son orbite par assistance gravitationnelle,
  • Remise en hibernation,
  • Rendez-vous le 9 juillet 1992 avec une seconde comète : 26P/Grigg-Skjellerup à 215 millions de km de la Terre.

Résultats scientifiques[modifier | modifier le code]

Les images permirent de constater que le noyau de la comète avait la forme d'une cacahuète sombre, longue de 15 km dont la largeur était comprise entre 7 et 10 km. Seul 10 % de la surface était active avec 3 jets de dégazage du côté du soleil. Les analyses montrèrent que la comète formée il y 4,5 milliards d'années était composée de volatiles (essentiellement de l'eau) qui s'étaient condensés sous forme de poussière interstellaire. La comète était restée pratiquement inchangée depuis sa création.

Le matériau éjecté par la comète était composé de :

Giotto permit de découvrir que le noyau était plus sombre que du charbon ce qui était sans doute dû à l'épaisseur de la couche de poussière[8].

La surface du noyau était accidentée et poreuse avec une densité du noyau faible de l'ordre de 0,3 grammes/cm³. L'équipe de Sagdeev l'estima à 0,6 g/cm³[9] mais SJ Peale précisa que toutes les estimations comportaient de telles erreurs de mesure qu'elles ne pouvaient pas être considérées comme fiables[10].

La quantité de matériel éjecté était de 3 tonnes par seconde par l'intermédiaire de 7 jets ce qui déclenchait une oscillation de la comète avec une longue périodicité[11].

La poussière éjectée avait la taille de particules de fumée de cigarette, dont la masse était comprise entre 10−20 kg et 40x10−5 kg. Bien que la masse de la particule qui envoya la sonde tournoyer, n'ait pas été mesurée, elle fut estimée entre 0,1 et 1 gramme d'après les effets produits.

Il existait deux types de poussière :

  • l'une composé d'un mélange de carbone, hydrogène, azote et oxygène,
  • l'autre avec du calcium, du fer, du magnésium et du sodium.

La distribution statistique des éléments légers à l'exclusion de l'azote (hydrogène, carbone et oxygène) était la même que celle du Soleil. En conséquence la comète était composé des éléments les plus primitifs du système solaire.

Le spectromètre de masse à plasma et à ions montrèrent que la surface de Halley était riche en carbone.

Premières[modifier | modifier le code]

La sonde Giotto a à son actif plusieurs premières :

  • première mission spatiale européenne en espace lointain,
  • premières photographies rapprochées d'un noyau cométaire, celui de la comète de Halley,
  • première sonde spatiale dont l'orbite a été modifiée par appui gravitationnel terrestre,
  • record de passage à proximité d'un noyau cométaire : à 200 km de 26P/Grigg-Skjellerup,
  • seule sonde à avoir croisé deux comètes,
  • a trouvé des traces de matière organique dans le noyau cométaire,
  • première sonde à être réactivée après avoir été placée en sommeil.

Les suites du programme Giotto[modifier | modifier le code]

Giotto a apporté de nombreuses réponses mais a également soulevé de nouvelles questions. Quelques semaines avant le lancement de Giotto, les planétologues européens se sont réunis à Zurich pour préparer le programme scientifique à long terme de l'Agence spatiale européenne baptisé Horizon 2000. Parmi les projets sélectionnés figuraient une mission de retour d'échantillons de comète baptisé Comet-Nucleus Sample Return (CNSR) qui devait constituer la suite de Giotto. Le projet devait être développé avec la NASA mais après le retrait de cette agence spatiale au milieu des années 1990, les caractéristiques de la mission, désormais uniquement européenne et rebaptisée Rosetta changent. Il s'agit désormais d'un orbiteur avec un petit atterrisseur. La mission est lancée en 2004 et se place en orbite autour de la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko en 2014. La NASA développe de sont côté trois missions à cout réduit dans le cadre de leur programme Discovery : Stardust lancée en 1999 survole à 240 km la comète Wild 2 en 2004 et ramène sur Terre des échantillons de sa queue en 2006. CONTOUR chargée de survoler au moins deux comètes est victime d'une défaillance de sa propulsion principale peu après son lancement en 2002. Enfin Deep Impact lancée en 2005 envoie un projectile sur la comète Tempel 1pour étudier les débris soulevés par l'impact[1].

Origine du nom[modifier | modifier le code]

Giotto rappelle le peintre florentin (Italie) Giotto di Bondone qui sur une fresque représentant l'« Adoration des mages »[12] a illustré "l'étoile de Bethléem" sous forme d'une comète. Il fut inspiré par le passage en 1301 de la comète de Halley.

Notes et références[modifier | modifier le code]

Notes[modifier | modifier le code]

Références[modifier | modifier le code]

  1. a et b (en) Gerhard Schwehm, « Twenty Years after Giotto - ESA'S Pioneering Mssion to Comet Halley », ESA bulletin, no 125,‎ , p. 13-14 (lire en ligne)
  2. Ulivi et Harland 2009, p. 16
  3. (en) « Giotto - Objectives », sur ESA, Agence spatiale européenne (consulté le 12 janvier 2016)
  4. Ulivi et Harland 2009, p. 31-34
  5. Ulivi et Harland 2009, p. 31
  6. Ulivi et Harland 2009, p. 34
  7. (en) Gerhard Schwehm, « Twenty Years after Giotto - ESA'S Pioneering Mssion to Comet Halley », ESA bulletin, no 125,‎ , p. 10
  8. (en) « ESA Science & Technology: Halley », ESA,‎ (consulté le 22 février 2009)
  9. (en) RZ Sagdeev; PE Elyasberg; VI Moroz., « Is the nucleus of Comet Halley a low density body? »,‎ (consulté le 15 mai 2007)
  10. (en) S. J. Peale, « On the density of Halley's comet », Icarus, vol. 82, no 1,‎ , p. 36-49 (DOI 10.1016/0019-1035(89)90021-3)
  11. (en) J. A. M. McDonnell et al, « Dust density and mass distribution near comet Halley from Giotto observations », Nature, vol. 321,‎ , p. 338-341 (DOI 10.1038/321338a0)
  12. Représentation de l'adoration des mages

Sources[modifier | modifier le code]

  • (en) Paolo Ulivi et David M Harland, Robotic Exploration of the Solar System Part 2 Hiatus and Renewal 1983-1996, Springer Praxis,‎ (ISBN 978-0-387-78904-0)
    Historique des missions interplanétaires de 1982 à 1996

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Comète
Missions spatiales

Liens externes[modifier | modifier le code]