RETOUR A LA PAGE D'ACUEIL

CHRONOLOGIE ARIANE

GIOTTO HALLEY

L'Agence Spatiale Européenne a décidé le programme Giotto en 1981. La sonde Giotto a été lancée par une fusée Ariane, le 2 juillet 1985. Elle a été placée sur une orbite de transfert géostationnaire, puis injectée sur une trajectoire lui permettant d'atteindre la comète de Halley le 13 mars 1986, avec une vitesse relative de 68 km/s et à une distance du noyau de l'ordre de 500 km.

En 1705 Edmond Halley prédit, en utilisant les lois nouvellement formulées de la mécanique céleste de Newton, que la comète vue en 1531, 1607, et en 1682 retournerait en 1758 (ce qui fut, malheureusement, après sa mort). La comète est en effet retournée comme prévu et plus tard elle fut nommé en son honneur.

La période moyenne de l'orbite de la comète de Halley est de 76 ans mais vous ne pouvez pas calculer les dates de ses retours simplement en soustrayant des multiples de 76 ans à l'année 1986. Le champ gravitationel des planètes principales change la période orbitale de révolution en révolution. Les effets non-gravitationnels (comme la réaction au gaz évaporé pendant son passage près du Soleil) jouent également un rôle important, mais moindre, dans les variations de l'orbite. Entre les années 239 avant Jésus-Christ et 1986 après Jésus-Christ la période orbitale a changé de 76.0 années (en 1986) à 79.3 années (en l'an 451 et en l'an 1066). (Le passage au périhélie le plus près de l'ère de Jésus est 11 avant J-C et 66 après J-C. Ni l'un ni l'autre des deux événements n'a eu lieu durant la vie de Jésus.)

L'orbite de Halley est rétrograde et inclinée de 18 degrés de l'écliptique. Et, comme celle de toutes les comètes, elle est fortement excentrique.

Seulement trois comètes ont été visitées par un vaisseau spatial. Le vaisseau ICE de la NASA a traversé la queue de la comète Giacobini-Zinner en 1985; la comète Grigg Skjellerup a été visitée par Giotto en 1989. En 1986, cinq vaisseaux spatiaux de l'URSS, le Japon, et la Communauté Européenne ont visité la comète Halley; le vaisseau Giotto de l'ASE a obtenu des photos en gros plan du noyau de Halley.

Le noyau de la comète Halley est approximativement de 16x8x8 kilomètres.

Contrairement à toutes les attentes, le noyau de Halley est très sombre: son albédo est d'environ seulement 0.03 le rendant plus foncé que le charbon et un des objets les plus foncés dans le système solaire.

La densité du noyau de Halley est très basse: environ 0.1 gm/cm3 indiquant qu'il est probablement poreux, probablement parce que c'est en grande partie la poussière restante après que glace ce soit sublimé.

Halley est une comète presque unique en ce fait qu'elle est grande et en activité et qu'elle possède une orbite régulière et bien définie. Ceci en a fait une cible relativement facile pour Giotto et les autres mais peut ne pas être représentative des comètes en général.

La comète de Halley reviendra à l'intérieur du système solaire en l'an 2061.

Giotto a rempli tous les objectifs de sa mission :
_ obtention d'images du noyau de la comète;
_ identification des composants volatils et des processus physico-chimiques qui se développent dans la chevelure;
_ détermination de la composition des poussières; étude de l'interaction de la comète avec le vent solaire.

Saine et sauve après sa traversée de la chevelure de la comète de Halley, Giotto a été placée en hibernation. Réveillée en 1990, elle s'est avérée toujours opérationnelle. Elle a pu étudier avec succès la comète P/Grigg-Skjellerup en 1992. Placée sur une orbite la conduisant en direction de la Terre, la sonde Giotto est actuellement en hibernation, elle possède encore le carburant nécessaire pour être à nouveau activée en 1999, 14 ans après son lancement.

En dépit de quelques dommages survenus lors de la rencontre avec la comète de Halley, les données obtenues au cours des deux missions successives sont d'une qualité qui surpasse les espérances des chercheurs. La mission Giotto peut être considérée aujourd'hui comme l'un des plus grands succès des programmes spatiaux européens. Elle a ouvert la voie à un nouveau programme européen plus ambitieux encore : Rosetta.

La sonde Giotto était basée sur le satellite de recherche en orbite terrestre GEOS, les deux ayant été construits par British Aerospace à Bristol (GB). La modification la plus significative fut l'ajout d'une protection contre les particules de poussières projetées sur le sonde à grande vitesse au moment de la rencontre avec la comète.

Par rapport aux sondes spatiales standards, la sonde de 960 kg Giotto était d'une taille modeste. Le corps principal était un cylindre court de 1,85 m de diamètre pour une hauteur d'environ 1,1 m. Il contenait trois plates-formes intérieures : la plate-forme supérieure (haute de 30 cm), la plate-forme principale (40 cm) et une plate-forme d'expériences (30 cm). Chacune d'entre elle consistait en un disque à l'intérieur du cylindre sur lequel étaient montés divers sous-systèmes et expériences scientifiques. En haut du cylindre se trouvait un trépied qui encerclait une antenne parabolique à grand gain de 1,5 m de diamètre et qui donnait à la sonde spatiale une hauteur totale de 2,85 m. Le moteur fusée principal était positionné au centre du cylindre avec la tuyère dépassant du fond.

Le problème le plus difficile à résoudre fut comment assurer que Giotto survivrait assez longtemps pour prendre ses photographies au plus près du noyau cométaire alors que la sonde et la comète se dirigeaient l'une vers l'autre à une vitesse combinée de 245 000 km/h (ce qui équivaut à traverser l'Océan Atlantique en 11 minutes). A cette vitesse, une particule de poussière de 0,1 g est capable de pénétrer dans 8 cm d'aluminium. Comme qu'il n'était pas question d'équiper Giotto d'un bouclier en aluminium de 600 kg, les ingénieurs se sont tournés vers un design plus subtile basé sur une structure en sandwich proposée pour la première fois par l'astronome américain Fred Whipple en 1947, bien avant le début de l'ère spatiale.

Le bouclier anti-poussières de la sonde consistait en deux feuilles de protection éloignées de 23 cm. A l'avant se trouvait une feuille d'aluminium (de 1 mm d 'épaisseur) qui vaporiserait les particules arrivantes, excepté les plus grosses. A l'arrière, une feuille de Kevlar épaisse de 12 mm absorberait tout ce qui avait franchit la première barrière. Ensemble, ces barrières pouvaient contenir des impacts de particules pesant jusqu'à 1 gramme et voyageant 50 fois plus vite qu'une balle de pistolet.

L'énergie électrique était fournie par des panneaux solaires constitués de 5032 cellules en silicium entourant le cylindre extérieur. Elles délivraient 190 Watts lors de la première rencontre cométaire. Quatre batteries argent-cadmium étaient disponibles en secours et servaient aussi quand la sonde était dans l'ombre.

La sonde était stabilisée en rotation (à 15 tours / seconde). Durant la rencontre avec la comète de Halley, la sonde a fait son approche avec le bouclier et son axe de rotation pointant vers le noyau. Son antenne disque pointait continûment vers la Terre pour assurer des communications sans interruption.

D'une masse de 960 kg, elle était destinée à étudier la chevelure interne et le noyau de la comète. Stabilisée par rotation autour de l'axe tangent à la trajectoire de survol, elle était dotée d'un bouclier protecteur à deux couches, l'une pour vaporiser les grains de poussières rencontrés, l'autre pour arrêter les gaz résultants. Les instruments embarqués comprenaient : une chambre photographique à petit champ (1 m de focale, 16 cm de diamètre), trois spectromètres de masse, deux analyseurs de plasma, un détecteur d'impact de poussières, une sonde optique photopolarimétrique, un magnétomètre et un détecteur de particules.

L'importante participation des laboratoires français au programme Giotto est résumée dans le tableau ci-dessous.

Instrument Participation française Laboratoires

Caméra Télescope LPSP
Spectromètre Détecteurs LGE
Analyseurs d'impacts de particules
Détecteur capacitif DERTS
Senseurs d'ions aucune aucun
Spectromètre ionique aucune aucun
Analyseur de plasma Maîtrise d'oeuvre CESR
Photopolarimètre gaz-poussière
Maîtrise d'oeuvre Service d'Aéronomie
Spectromètre de masse
Poussières aucune aucun
Magnétomètre aucune aucun

Principes techniques :

Les expériences

Les expériences embarquées sur la sonde Giotto sont au nombre de dix, réparties en quatre catégories :
_ Imagerie ;
_ Spectroscopie de masse ;
_ Eexpériences sur les poussières ;
_ Expériences sur les plasmas.
_ La caméra HMC était destinée à poursuivre la comète et à réaliser des images de son noyau afin d'en déterminer la forme et la taille et éventuellement de suivre la structure de sa chevelure.
_ Le spectromètre de masse neutre, NMS, permet de déterminer la composition et l'énergie des gaz neutres de la chevelure de la comète de Halley.
_ Le spectromètre de masse ionique, IMS, chargé de déterminer la composition ionique de la chevelure de la comète comprenait deux détecteurs, HIS et HERS, pour étudier différents types d'ions.
_ La masse et le flux de particules sont analysés par le détecteur de poussières, DID, qui détecte les impacts sur les boucliers de protection du vaisseau.
_ Un spectromètre de masse, PIA, contribue aussi à l'étude du flux de particules, notamment en analysant la composition des particules.
_ La sonde optique, OPE, permet d'évaluer la brillance de la poussière et des gaz dans la chevelure.
_ L'expérience radio, GRE, mesure le ralentissement de la sonde Giotto causé par l'impact des particules sur le bouclier.
_ Quatre expériences étudient l'environnement plasmatique :
  _ Le magnétomètre MAG, mesure le champ magnétique local afin de déterminer l'influence de la comète sur le vent solaire magnétisé.
  _ L'expérience JPA étudie aussi l'interaction avec le vent solaire en enregistrant les flux et distributions de vitesse des ions de faible et moyenne énergie.
  _ Les ions de haute énergie sont, eux, détectés par l'expérience EPA.
  _ L'expérience RPA étudie la distribution de vitesse des électrons et la composition en ions lourds.

Résultats

Rencontre avec la comète de Halley

Le vaisseau Giotto a rencontré la comète de Halley le 13 mars 1986. À 133 millions de km du Soleil et 149 millions de kilomètres de la Terre, sous un angle, par rapport à la ligne comète-Soleil, de 107.
Le vaisseau s'est approché, au plus près, à une distance de 590 km du noyau de la comète. Quatorze secondes avant son arrivée au point le plus proche de la comète, Giotto a été heurté par une particule de grande dimension qui a déplacé le moment angulaire du vaisseau de 0,9 degré. Les données scientifiques ont été transmises de façon intermittente durant les 32 minutes suivantes. Au cours de cet intervalle, plusieurs détecteurs, frappés par des particules, ont subi des dommages, mais nombre des expériences ont survécu à l'incident. Seuls la caméra, le spectromètre de masse neutre, NMS, le spectromètre de masse ionique, IMS, et un capteur du détecteur de poussière et de l'analyseur de plasma sont, à ce moment-là, devenus inutilisables.

    1986 halley4.jpg (81920 octets)

Le noyau

Pour la première fois, le noyau d'une comète a pu être photographié lors de la rencontre de Giotto avec la comète de Halley. Le noyau s'est avéré plus volumineux que prévu, avec des dimensions de 16 x 7,5 x 8 kilomètres. Les observations confirment la vision traditionnelle d'une comète, conglomérat de glace de poussières et de roches. Les images obtenues par GIOTTO ont révélé une surface très sombre, d'une réflectivité voisine 4 %. D'autre part, l'émission de gaz et de poussière qui constitue l'activité cométaire provenait de quelques régions couvrant moins de 10 % de la surface. L'essentiel de la surface est donc recouvert d'une couche réfractaire. Les structures clairement identifiées sur les images, telles que des collines et dépressions, sont liées à une variation continuelle de la morphologie de la surface.

Gaz neutres et composition ionique

Une chaîne complexe de réactions chimiques fait varier la composition du gaz en fonction de la distance du noyau. Les molécules en début de chaîne reflètent la composition du noyau : l'eau domine (80 %), puis le monoxyde de carbone (10 %) le dioxyde de carbone (2,5 %), le méthane et l'ammoniac (7 %) enfin en faible quantité (0,1 %) l'acide cyanhydrique et divers hydrocarbures (C2Hn, C3Hm). Du fer et du sodium sont également trouvés à l'état de trace La présence de soufre et de sulfure d'hydrogène est également suspectée.

Les gaz cométaires sont ionisés par les radiations ultraviolettes solaires, les électrons et les échanges de charges avec le plasma du vent solaire. De nombreuses espèces ioniques ont été observées à proximité du noyau, avec une prédominance de H3O+

Lors de sa rencontre avec Giotto, la comète de Halley libérait 19,8 tonnes de gaz par seconde. Avec les poussières, plus de 30 tonnes de matière s'échappaient du noyau cométaire à chaque seconde.

Plasma

Le vent solaire supersonique est ralenti jusqu'à des vitesses subsoniques lorsqu'il rencontre les ions lourds éjectés par la comète. Une onde de choc se forme alors à des distances de la comète variant avec la quantité de gaz produits. Giotto a rencontré ce front à une distance de 1,15 million de kilomètres de la comète. Plus près du noyau, une autre frontière physique apparaît, l'ionopause qui sépare une région 'froide' où prédomine le flux d'ions cométaires, d'une région 'chaude' où les ions cométaires se mélangent à ceux du vent solaire. Giotto a traversé l'ionopause à une distance de 4650 km du noyau en s'approchant de la comète et de 3940 km en s'en éloignant. Au coeur de l'ionopause, le champ magnétique atteint une intensité de 60 nT, 6 fois supérieure à celle trouvée ailleurs dans la chevelure de la comète. D'autres frontières, marquées par des transitions de certains paramètres plasmatiques, ont été identifiées. Elles contribuent à donner l'image d'une région formée de couches successives à la zone frontière entre le vent solaire et l'ionopause cométaire.

Poussières

L'abondance relative des divers éléments rencontrés dans la comète de Halley, à l'exception de l'azote, est très comparable à celle du Soleil. Elle est très différente des proportions trouvées sur Terre ou sur les météorites. Ainsi, la comète de Halley serait constituée du matériau le plus primitif connu dans le Système solaire.

La composition chimique de plusieurs milliers de particules a été déterminée au cours de la mission Giotto. Elle fait apparaître deux classes principales de particules. Celles dominées par les éléments légers, hydrogène, carbone, azote et oxygène, les 'grains organiques' ; et celles riches en sodium, magnésium, silicium, calcium et fer, les 'grains minéraux'.

Les missions vers la comète de Halley

Mission Date de Lancement date de rencontre Distance du noyau Nombre d' expériences
Vega-1 Dec. 1984 Mars 1986 10,000 km 13
Vega-2 Dec. 1984 Mars 1986 3,000 km 13
Suisei Août. 1985 Mars 1986 200,000 km 2
Sakigake Jan. 1985 Mars 1986 10,000 km 3
Giotto Jan. 1985 Mars 1986 596 km 10

 

Rencontre avec la comète P/Grigg-Skjellerup

Après avoir quitté la comète de Halley, la sonde Giotto a été placée en hibernation. Quatre ans plus tard, le 19 février 1990, le vaisseau a été réactivé avec succès, la sonde avait parfaitement survécu à la fois à son passage à travers la chevelure de la comète de Halley et à 4 ans de sommeil. Une nouvelle mission a alors pu être assignée à la sonde européenne : s'approcher de la comète P/Grigg-Skjellerup et l'étudier. Le 10 juillet 1992, Giotto passait à 200 km du noyau de la comète, à 214 millions de kilomètres de la Terre et 150 millions de kilomètres du Soleil.

À 600 000 km du noyau, des instruments ont détecté les premiers ions cométaires. Entre 18 000 et 15 000 km, un front de choc, plus important que prévu pour une si petite comète, a été observé par certains instruments. Les mesures du magnétomètre ne confirmèrent pas la découverte lors de l'approche de la comète, en la quittant, en revanche, ils détectèrent clairement un choc. L'expérience sur les particules énergétiques a fait apparaître des différences entre la comète de Halley et Grigg-Skjellerup, et la spectroscopie de masse a permis de recueillir de nombreuses données dont l'analyse se poursuit.

Le 21 juillet 1992, une manoeuvre a placé Giotto sur une nouvelle orbite qui le ramènera à proximité de la Terre (entre 220 000 et 137 000 km) en juillet 1999. Il a ensuite été mis en hibernation pour la troisième fois. Il reste 4 kg de carburant dans le vaisseau qui pourrait être activé une ultime fois en 1999.

 

Après la rencontre de la sonde Giotto avec la comète de Halley (1986) et celle de Deep Space 1 avec Borelly (2001), voici les prochaines : 2004 : lancée le 7 février 1999, la sonde américaine Stardust rencontrera en janvier 2004 Wild 2. Elle traversera alors la queue de la comète pour en prélever quelques grains qu'elle rapportera sur Terre. Ce sera la première fois, depuis la conquête de la Lune, qu'une mission robotique collectera et rapportera du matériau extraterrestre.

2005 : un an après son lancement, la mission américaine Deep Impact arrivera au voisinage de la comète Tempel 1. Une partie de la sonde se détachera alors pour venir s'abattre, de toute sa masse de 350 kg, sur le noyau cométaire. L'impact créera un cratère qui exposera les couches profondes, c'est-à-dire la glace fraîche datant des débuts du système solaire. La partie de la sonde restée à distance enregistrera images et analyses de l'impact.

2011 : la sonde européenne Rosetta, lancée en 2003, arrivera à son rendez-vous avec 46 P/Wirtanen, qu'elle accompagnera et auscultera durant deux ans. Auparavant, au cours de son long voyage de huit ans, elle aura étudié les astéroïdes Otawara et Siwa.

Cnes 1999