La course interplanétaire pour étudier la comète interstellaire 3I/ATLAS

Lorsque la comète 3I/ATLAS a pénétré dans le système solaire cet été, elle a lancé une ruée scientifique pour étudier ce que les astronomes ont rapidement pu déterminer n’était que le troisième objet interstellaire connu à traverser notre voisinage céleste.

Et cette science est rapidement devenue interplanétaire. Début octobre, trois mois seulement après que les astronomes ont repéré pour la première fois la comète 3I/ATLAS, les engins spatiaux de la NASA et de l’Agence spatiale européenne (ESA) opérant sur Mars ont tourné leur regard vers l’intrus. Dans les jours et semaines à venir, des missions à destination de Jupiter suivront.

Il s’agit d’une quête à travers le système solaire interne, stimulée par l’enthousiasme des scientifiques pour la détection rare d’un objet interstellaire. “Chacun d’entre eux a été spécial et précieux, et tout le monde laisse tout tomber pour les regarder”, explique Karen Meech, astronome planétaire à l’Université d’Hawaï. Et à une époque où les scientifiques ne sont pas encore en mesure de lancer une mission spécialisée pour attraper ces étranges visiteurs, recruter des vaisseaux spatiaux qui explorent déjà le système solaire pour faire ce travail est la meilleure solution. « Vous avez une sorte de mission gratuite », explique Meech.

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Rencontrez la comète 3I/ATLAS

Le nom même de la comète 3I/ATLAS révèle les bases de son histoire. Il s’agit d’une comète et du troisième objet à traverser notre système solaire dont les scientifiques ont pu confirmer qu’il provenait d’une autre étoile. Il a été détecté pour la première fois le 1er juillet par le télescope d’enquête ATLAS (Asteroid Terrestrial-Impact Last Alert System) à Rio Hurtado, au Chili.

Les astronomes ont rapidement déterminé que la comète 3I/ATLAS parcourait l’espace à une vitesse incroyable de 137 000 milles par heure et que sa trajectoire dessinait une hyperbole plutôt qu’une ellipse, deux signes indiquant qu’elle venait d’au-delà de notre système solaire. En tant que troisième objet interstellaire connu, 3I/ATLAS rejoint les rangs de 1I/’Oumuamua, découvert en 2017, et de la comète 2I/Borisov, découverte en 2019.

“Nous avons maintenant trois visiteurs interstellaires”, explique Quanzhi Ye, astronome planétaire à l’Université du Maryland et à l’Université de Boston. “Et il semble que chacun d’eux ait une histoire différente à raconter.”

Les scientifiques qui cherchent à comprendre ces objets rares les comparent entre eux et aux quelque 4 000 comètes plus banales qui ont passé toute leur existence dans notre propre système solaire. Parfois, les comètes interstellaires semblent familières ; parfois non. Scientifiquement, c’est une situation gagnant-gagnant. « Voir les différences par rapport aux comètes normales de notre système solaire est vraiment intéressant », déclare Meech. “Il est également intéressant de constater qu’elles sont à peu près toutes identiques, car cela nous donne l’assurance que le processus de construction des planètes est le même partout.”

Depuis la découverte de la comète 3I/ATLAS, les astronomes ont travaillé dur pour tenter d’entrevoir des indices sur l’histoire de l’objet. En quelques semaines, les scientifiques ont également obtenu une image suffisamment bonne de l’objet pour confirmer qu’il s’agit bien d’une comète, un corps glacé dont la chaleur solaire transforme la matière en un nuage de vapeur, créant un halo flou que les scientifiques appellent coma.

Des observations ultérieures ont montré que le coma est rempli de dioxyde de carbone. C’est une découverte intrigante, car le dioxyde de carbone gelé, que nous appelons neige carbonique, se transforme en gaz à des températures assez froides. Voir des quantités aussi importantes de dioxyde de carbone sur 3I/ATLAS signifie que l’objet doit s’être formé dans un endroit glacial et donc assez loin de son étoile, explique Darryl Seligman, planétologue à la Michigan State University.

“Cela vous dit potentiellement que la formation des comètes est très différente dans d’autres systèmes solaires et que ces comètes interstellaires sont un type de comète totalement différent de celles du système solaire”, dit-il.

Le meilleur moment pour observer est tout le temps

Lorsque les astronomes ont aperçu pour la première fois 3I/ATLAS début juillet, l’objet se trouvait à plus de 400 millions de kilomètres du soleil, juste sur l’orbite de Jupiter. Mais pour les objets interstellaires, la vie avance assez vite. Le 29 octobre, alors qu’elle atteignait le périhélie – le point de sa trajectoire où elle était la plus proche du soleil – elle se trouvait à plus de 200 millions de kilomètres de notre étoile, soit près de la moitié de la distance orbitale de la Terre.

“Les comètes sont de petits mondes dynamiques car la distance qui les sépare du soleil change constamment”, explique Seligman. Pour les comètes interstellaires, c’est encore plus vrai. « C’est comme si… tout était sur l’autoroute ou quelque chose du genre », dit-il à propos de ces objets dynamiques.

L’un des piliers de la science des comètes consiste à observer la luminosité d’un objet à mesure que sa distance au soleil change, car cela entraîne un changement de température de la comète. À mesure que la comète se réchauffe, de nouvelles saveurs de glace peuvent se transformer en gaz, provoquant une augmentation soudaine de la luminosité ou des explosions.

“L’un des aspects les plus passionnants de la science des comètes est que vous ne savez pas ce qu’elles vont faire le lendemain ou la semaine suivante”, explique Ye.

En surveillant la luminosité de la comète à mesure qu’elle s’approche du soleil, les scientifiques peuvent déduire quels types de glace la comète contient. Les subtilités du processus peuvent offrir un aperçu encore plus détaillé. Par exemple, tout ce dioxyde de carbone gelé sur 3I/ATLAS ne semble pas avoir commencé à se transformer en gaz aussi vite que prévu par les scientifiques, dit Meech, ce qui suggère que la neige carbonique a été enfouie sous la surface de la comète, potentiellement lors de précédents passages devant une étoile.

Le périhélie apporte à n’importe quelle comète ses changements de température les plus marqués, faisant des jours entourant cet événement l’un des plus intrigants pour observer une telle boule de neige cosmique. “Les observations juste à côté du périhélie, quand il fait le plus chaud et qu’il y a le plus de soleil, sont les plus rentables”, explique Seligman. Mais pour 3I/ATLAS, il n’y a qu’un seul problème : il se trouve actuellement de l’autre côté du soleil, là où les instruments terrestres ne peuvent pas le voir.

Vaisseau spatial Ahoy

Mais les yeux de l’humanité dans le système solaire ne sont plus fixés sur Terre, offrant aux scientifiques une opportunité alléchante de garder une vue sur 3I/ATLAS. “Si vous pouvez obtenir des informations de la cible à un moment où rien au sol ne peut le faire parce qu’elle est derrière le soleil, alors vous obtenez de nouvelles informations que vous ne pourriez pas obtenir autrement”, explique Meech.

C’est pourquoi, à la suite de la découverte de 3I/ATLAS, les scientifiques se sont empressés de coordonner une campagne d’observation interplanétaire. La NASA a déclaré qu’une multitude de missions scientifiques planétaires tenteraient d’observer la comète 3I/ATLAS : les rovers martiens Perseverance et Curiosity, le Mars Reconnaissance Orbiter, la mission Europa Clipper à destination de la lune glacée de Jupiter et les missions d’astéroïdes Lucy et Psyché. Sont également impliquées des missions solaires, notamment la sonde solaire Parker, la mission Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere (PUNCH) récemment lancée et l’Observatoire solaire et héliosphérique (SOHO), que la NASA gère avec l’ESA. Et les missions de l’ESA qui sont sur Mars ou à destination de Jupiter le font également.

Malgré l’enthousiasme des scientifiques, attraper une comète interstellaire avec un vaisseau spatial interplanétaire n’est pas une mince affaire. “Lors de ces missions spatiales, chaque instrument individuel est une prouesse d’ingénierie destinée à échantillonner et à prendre des mesures lorsque vous êtes vraiment proche de quelque chose”, explique Seligman. Coopter ces instruments finement réglés pour faire quelque chose qui dépasse totalement leur mandat est une décision audacieuse. «C’est comme se rendre au travail en voiture dans une Lamborghini ou quelque chose du genre», dit-il.

Mais il n’y a rien de plus que les scientifiques de mission aiment relever un défi. Ainsi, début octobre, alors que la comète 3I/ATLAS se rapprochait au plus près de Mars, les vaisseaux spatiaux étaient prêts. L’ESA a déjà partagé des images capturées par son orbiteur ExoMars, montrant la comète traversant son champ de vision à environ 30 millions de kilomètres. Les scientifiques de l’ESA tentent toujours de trouver des signes de la comète dans les données de son orbiteur Mars Express.

La NASA, quant à elle, est restée silencieuse. Quelques jours seulement avant que 3I/ATLAS ne s’approche au plus près de Mars, le gouvernement fédéral a manqué de financement et la NASA, comme toutes les agences, a interrompu tout travail qui n’était pas jugé critique pour sa mission. En règle générale, cette désignation inclut les tâches nécessaires au maintien des missions opérationnelles, telles que les communications de base et le dépannage, mais pas l’analyse et la distribution d’images.

Malgré la fermeture du gouvernement fédéral américain, les scientifiques ont un accès direct à certaines des données recueillies par les missions, et les premiers indices suggèrent que la précipitation pour étudier la comète 3I/ATLAS porte ses fruits. Le 28 octobre, des chercheurs ont publié un article préliminaire basé sur des données recueillies quatre jours auparavant à partir d’engins spatiaux comprenant le satellite météorologique d’observation de la Terre GOES-19 et les engins spatiaux d’observation du soleil SOHO et STEREO-A. Ces données suggèrent que la comète s’est fortement éclaircie en septembre et octobre, ont soutenu les scientifiques – une possibilité alléchante.

Aujourd’hui, une nouvelle série d’observations spatiales commence. Le 2 novembre, la mission Jupiter Icy Moons Explorer (JUICE) de l’ESA tournera son regard vers 3I/ATLAS, avec des observations se poursuivant tout au long du mois pour suivre la comète alors qu’elle se refroidit après son passage devant le soleil.

Une opportunité des plus alléchantes

Mais le vaisseau spatial Europa Clipper de la NASA – une mission similaire conçue pour percer les mystères de la lune la plus glacée et la plus alléchante de Jupiter – se trouve peut-être devant l’opportunité la plus étonnante de toutes. En effet, selon une prépublication récente, les scientifiques ont déterminé qu’entre le 30 octobre et le 6 novembre, la sonde pourrait voler directement à travers la queue ionique de la comète 3I/ATLAS.

Ce qui adviendra exactement de l’alignement n’est pas clair, compte tenu de la fermeture continue du gouvernement, et nous ne saurons certainement pas quelles observations, le cas échéant, Europa Clipper a pu faire jusqu’à la fin de l’impasse et la reprise des communications normales de la NASA. Mais il y a de grands espoirs que l’équipe de la mission soit en mesure d’organiser des observations au cas où elle attraperait la queue ionique de la comète.

Lorsqu’une comète passe devant notre étoile, elle peut former deux queues différentes. La queue de poussière suit toujours le corps de la comète et comprend des matériaux non chargés rejetés par l’objet, tandis que la queue d’ions pointe toujours à l’opposé du soleil car elle se forme lorsque des particules chargées s’échappant du soleil dans le vent solaire interagissent avec le gaz entourant la comète.

Cela fait de la queue ionique d’une comète interstellaire une région agitée, le produit des glaces d’un système stellaire extraterrestre rencontrant l’influence saisissante de notre soleil. Les scientifiques ne savent pas exactement ce qu’Europa Clipper peut apprendre s’il capte effectivement la queue ionique de 3I/ATLAS, car ils n’ont jamais fait de telles observations auparavant.

« Sans exemples précédents de rencontres avec des comètes interstellaires, il est difficile de dire ce que nous en retirerons », a écrit Sam Grant, astrophysicien à l’Institut météorologique finlandais et co-auteur de l’article préliminaire qui a identifié l’opportunité Europa Clipper, dans un e-mail à Américain scientifique.

Mais pour les scientifiques, toute tentative visant à attraper une comète interstellaire vaut la peine d’être exploitée. “Vous disposez d’un élément d’un autre système stellaire suffisamment proche de chez vous pour que nous puissions l’étudier en détail”, explique Meech.

Reportage supplémentaire de Lee Billings.