thumb|Particules de la comète 81P/Wild piégées dans l'aérogel du collecteur de la sonde spatiale Stardust. Stardust (en français, « Poussière d'étoile ») est une mission interplanétaire de l'agence spatiale américaine, la NASA. La sonde spatiale développée a pour objectif de ramener sur Terre des échantillons de la queue de la comète 81P/Wild ainsi que des poussières interstellaires. La sonde est lancée le par une fusée Delta II puis a recours à l'assistance gravitationnelle de la Terre pour rejoindre sa cible. Le , Stardust traverse la queue de la comète en passant à moins de de son noyau et capture plusieurs milliers de particules dans un collecteur rempli d'aérogel. Ces échantillons reviennent sur Terre dans une capsule qui, après s'être détachée de la sonde, effectue une rentrée atmosphérique avant d'atterrir en douceur le dans le désert de l'Utah aux États-Unis. Stardust est la première mission à ramener un échantillon d'un corps céleste autre que la Lune.
Stardust est un petit engin spatial de moins de conçu et réalisé très rapidement dans le cadre du programme Discovery en application du mot d'ordre « faster, better, cheaper » appliqué par la NASA dans les années 1990 avec plus ou moins de réussite. Sa charge utile principale est constituée d'un système destiné à collecter des échantillons de la comète et d'une capsule d'échantillon chargée de ramener le prélèvement sur Terre. Une caméra, un spectromètre de masse et un détecteur de particules viennent compléter cet ensemble. Pour traverser sans dégât majeur la queue de la comète, la sonde spatiale met en œuvre des boucliers Whipple.
Les échantillons collectés dans la queue de la comète font, depuis leur retour sur Terre, l'objet d'analyses par des scientifiques du monde entier. En contradiction avec les théories dominantes sur la formation des comètes, les particules recueillies ne sont pas faites du matériau primordial à l'origine du système solaire, mais sont le résultat d'un mélange de particules aux caractéristiques très différentes dont certaines se sont formées à proximité immédiate du proto-Soleil. Par ailleurs, un acide aminé, la glycine, a été trouvé, confortant la théorie selon laquelle les comètes auraient pu contribuer à l'apparition de la vie sur Terre en fournissant les briques élémentaires nécessaires. Les 72 photos de la comète 81P/Wild prises par Stardust montrent un relief beaucoup plus tourmenté que ce qui était attendu. Plusieurs particules de poussière interstellaire, dont l'origine reste toutefois à confirmer en 2014, ont été identifiées et présentent une composition en partie différente de ce que prévoient les modèles en vigueur.
En , la NASA décide d'assigner à la sonde spatiale une seconde mission : Stardust doit effectuer un survol de la comète Tempel 1 qui avait été percutée volontairement par l'impacteur de Deep Impact. La NASA espère tirer de ces observations des informations sur l'évolution des comètes en comparant les données fournies par ce survol avec celles obtenues par la sonde Deep Impact. Stardust passe le à moins de de la comète. Peu après, la NASA met fin à la mission de Stardust qui a épuisé le carburant lui permettant de contrôler son orientation.
Contexte Principales caractéristiques d'une comète
thumb|Sur cette photo de Hale-Bopp les deux queues qui caractérisent une comète à l'approche du Soleil sont clairement visibles. Une comète est un corps céleste de petite taille (généralement moins de de diamètre) composé en grande partie de glace d'eau qui parcourt une orbite elliptique au cours de laquelle il s'approche du Soleil, le contourne avant de s'éloigner vers l'extérieur du système solaire. À l'approche du Soleil, la comète se transforme : la glace située à sa surface, portée à plusieurs centaines de degrés par l'énergie solaire, se sublime à un rythme qui peut être de plusieurs tonnes par seconde. Un nuage de gaz et de poussière d'un diamètre qui atteint plusieurs dizaines de milliers de kilomètres de rayon, la chevelure ou coma, se forme autour du corps de la comète appelé noyau. Les particules solides (poussières) poussées par la pression de radiation s'éloignent progressivement de la comète dans la direction opposée à celle du Soleil à une vitesse radiale comprise entre quelques centaines de mètres par seconde et quelques km/s en fonction des caractéristiques des grains de poussièreLes grains de poussière conservent la même vitesse orbitale : en s'écartant de l'orbite de la comète et du Soleil ils prennent progressivement du retard sur la comète.. Les poussières forment une longue traîne blanchâtre légèrement incurvée qui peut atteindre une longueur de plusieurs millions de kilomètres. L'action de la pression de radiation dépend des caractéristiques des poussières (taille, densité, porosité, etc.) et par conséquent les vitesses radiales différenciées entraînent un élargissement de la queue. Une deuxième queue de couleur bleutée, encore plus longue est constituée d'ions issus de la comète et poussés par le vent solaire à des vitesses comprises entre 10 et à l'opposé du SoleilLa vitesse radiale l'emporte largement sur la vitesse orbitale donc cette queue est pratiquement à l'opposé de la direction du Soleil à quelques degrés près.. Pour les comètes les plus actives, ces excroissances, éclairées par le Soleil, deviennent visibles à l'œil nu depuis la Terre. Tous ces phénomènes disparaissent lorsque la comète s'éloigne à nouveau du Soleil. La trajectoire des comètes est très variable. Certaines, en provenance de l'orbite de Jupiter, bouclent en quelques années leur orbite située dans l'écliptique, comme les planètes. D'autres en provenance du nuage d'Oort ont une période qui peut atteindre plusieurs millions d'années et peuvent circuler sur un autre plan que l'écliptique. Enfin, une fraction importante des comètes a une orbite parabolique ou hyperbolique : elles effectuent un passage unique près du Soleil avant de quitter définitivement le système solaire.
Les comètes, témoins de la genèse du système solaire
Dans les années 1950 et 1960, les astronomes découvrent que les comètes qui passent près du Soleil prennent leur origine dans une région située au-delà des planètes extérieures qui s'étend entre 30 et 100 unités astronomiques du Soleil et qui a été baptisée ceinture de Kuiper du nom de son découvreur. Cette région est située à la marge du système solaire et les scientifiques émettent l'hypothèse qu'elle n'a pas été touchée par le phénomène d'échauffement qui a donné naissance au Soleil et aux planètes. Les comètes, dans la mesure où elles proviennent de cette région, contiendraient donc des reliques quasi intactes du matériau d'origine à partir duquel le système solaire s'est formé et leur étude pourrait fournir des indices importants sur ce processus de formation. Par ailleurs, les théories récentes attribuent aux comètes un rôle essentiel dans la transformation de la Terre en un lieu favorable à la vie : celles-ci auraient apporté l'eau qui baigne la planète ainsi que peut-être les premières briques organiques. L'analyse de la composition d'une comète dans ce contexte devient un objectif scientifique majeur.
Choix du retour d'échantillons de particules cométaires sur Terre
L'envoi d'une mission spatiale à la rencontre d'une comète chargée d'analyser sur place les particules cométaires avec des instruments embarqués pourrait théoriquement permettre d'obtenir de nombreuses informations. Mais l'analyse d'échantillons de poussière interplanétaire et de météorites, déjà réalisée de manière régulière sur Terre, a démontré que des informations essentielles ne pouvaient être obtenues qu'en effectuant des analyses poussées à une échelle inférieure au micromètre. À ce niveau de détail, seuls des laboratoires installés sur Terre et disposant des instruments les plus récents sont capables d'obtenir des données précises sur la composition chimique, isotopique et minéralogique. Par ailleurs, sur Terre, les analyses effectuées peuvent être répétées et recoupées par des laboratoires indépendants. De plus, en disposant d'échantillons sur Terre, de nouvelles analyses peuvent être effectuées plus tard afin de bénéficier des progrès des techniques d'analyse et de l'instrumentation. C'est sur ce constat qu'une mission de retour d'échantillons de comète sur Terre est mise à l'étude.
Quelle méthode de capture ?
En 1986, la NASA envisage pour la première fois de ramener un échantillon de poussière cométaire lors du passage de la comète de Halley. Mais cette dernière a une orbite rétrograde autour du Soleil : la vitesse de survol est de et seuls des échantillons atomiques auraient pu être récupérés dans ces conditions. Le travail effectué sur cette mission qui n'a pas abouti a conduit les scientifiques à se fixer l'objectif de récupérer des échantillons intacts grâce à des conditions de capture permettant un échauffement modéré malgré l'hypervitesse de ceux-ci. Des matériaux sont testés pour dissiper l'énergie des particules et aboutissent à la sélection des aérogels qui ont été mis au point dans les années 1930.
Recherche de la « bonne » comète
En 1984, la NASA avait commencé à effectuer une recherche systématique de comètes permettant un rendez-vous à des vitesses « lentes » (inférieures à ) afin d'obtenir des échantillons de particules cométaires intactes. Pour limiter le coût de la mission, la comète à sélectionner devait également se trouver sur une trajectoire qui ne nécessitait pas de lancer la sonde spatiale à une vitesse élevée. L'histoire de la comète devait être au moins en partie connue et il fallait que la comète soit active c'est-à-dire qu'elle génère un nuage de particules cométaires. La comète 81P/Wild, qui n'est active que depuis peu, et qui permet un rendez-vous à la vitesse particulièrement basse de , répond parfaitement aux critères de sélection.
Sélection de la mission vignette|droite|Maquette de la sonde Stardust lors d'une exposition au Muséum national d'histoire naturelle de Paris en 2018.