(), parfois abrégé en Comet-I, est une mission de l'Agence spatiale européenne dont le lancement est prévu en 2029. Elle a pour objectif d'étudier au cours d'un survol une comète dans son état d'origine ou bien, même si la probabilité est plus faible, un objet interstellaire. Il s'agit d'une première car, jusque là, toutes les comètes observées par des missions spatiales (Giotto, Rosetta) avaient effectué auparavant plusieurs passages près du Soleil qui avaient profondément transformé ces objets composés en grande partie de substances volatiles. L'objectif scientifique est de disposer de nouvelles données sur le processus de formation du système solaire et sur les matériaux de la nébuleuse solaire.
La mission a été sélectionnée en . C'est la première mission dite rapide () du programme scientifique de l'agence spatiale . La sonde spatiale d'une masse inférieure à emporte scientifiques : caméras fonctionnant dans différentes longueurs d'onde, spectromètres, instruments de mesure des champs. Elle comprend deux sous-satellites qui seront largués peu avant le survol pour fournir des données tridimensionnelles de la comète. doit être lancée en 2029 avec la mission de classe moyenne () ARIEL qui pour sa part étudiera les exoplanètes.
La sonde spatiale doit être placée au en position d'attente. Des moyens d'observation terrestres puissants, comme l'observatoire terrestre Vera Rubin (ex LSST), opérationnel depuis , seront utilisés pour identifier une cible et mesurer son orbite suffisamment à l'avance pour que la sonde spatiale puisse se placer sur une trajectoire d'interception avant que l'objet céleste s'approche du Soleil.
Contexte
Comètes : des petits corps ayant préservé le matériau de la nébuleuse originelle
Les comètes sont des petit corps (diamètre ne dépassant pas quelques dizaines de kilomètres, majoritairement moins de ) constitués d'un noyau de glace d'eau et de poussière et dont l'orbite autour du Soleil a la forme d'une ellipse très allongée. Les comètes, dont le périhélie (point de l'orbite le plus proche du Soleil) se situe près du Soleil (quelques unités astronomiques), s'échauffent au fur et à mesure qu'elles s'en rapprochent et la glace présente à leur surface se sublime et est expulsée avec la poussière en formant une chevelure (coma) longue de plusieurs dizaines de millions de kilomètres de long souvent visible à l’œil nu.
Pour la science les comètes constituent une source d'information particulièrement précieuse. Contrairement aux autres corps du système solaire, du fait de leur petite taille et de leur localisation initiale au-delà de la ligne des glaces elles n'ont pratiquement subi aucune transformation depuis leur formation au moment de la naissance du système solaire avant leur premier passage près du Soleil. Elles ont donc préservé le matériau d'origine de la nébuleuse à partir de laquelle le Soleil et les planètes se sont formés. De ce fait leur morphologie et leur composition peuvent fournir un éclairage sur la manière dont les particules de la nébuleuse originelle se sont agrégées pour former les planétésimaux. Par ailleurs elles peuvent contribuer à expliquer l'origine de l'eau terrestre et l'apparition du vivant sur notre planète.
Classification des comètes
A chaque passage près du Soleil la comète perd une partie de son eau. Cette caractéristique conduit à distinguer les comètes actives qui libèrent une grande quantité d'eau à leur passage près de notre astre et les comètes qui le sont moins ou pas du tout car elles ont épuisé leurs ressources en eau lors de survols antérieurs du Soleil. Une sous-catégorie est constituée par les comètes dynamiquement nouvelles (en anglais ) qui effectuent leur premier passage près du Soleil en deçà de la ligne des glaces et qui sont donc potentiellement vierge de toute altération depuis leur formation à la naissance du système solaire.
L'aphélie des comètes (point de leur orbite le plus éloigné du Soleil) se situe principalement dans deux régions du système solaire : le système solaire externe où circulent les planètes géantes (Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune) à une distance du Soleil comprise entre 5 et 30 unités astronomiques (UA) et le nuage d'Oort situé aux confins du système solaire entre et (voire ) UA du Soleil. Les comètes sont classifiées en fonction de la taille de leur orbite. On oppose les comètes à courte période qui parcourent leur orbite en moins de (avec deux sous-familles : les comètes de la famille de Jupiter caractérisées par une période orbitale inférieure à et les comètes de la famille de Halley) et les comètes à longue période qui proviennent du nuage d'Oort .
Courant 2022 les astronomes avaient identifié à courte période ayant effectué au moins deux passages près du Soleil. On découvre en moyenne comètes à courte période chaque année. Mais pratiquement toutes les comètes à courte période actives ont été recensées et les nouvelles découvertes portent sur des comètes largement transformées par leurs passages à proximité du Soleil. Par contre les à longue période observées sont pour beaucoup d'entre elles actives. Elles n'ont fait qu'un seul passage dans le système solaire interne et ont donc été peu altérées par le Soleil et conservent leurs caractéristiques d'origine.
Historique des observations in situ par des missions spatiales
+Historique des missions d'observation des comètes Mission Agence Comète Date ICE NASA/ESA Giacobini-Zinner 1985 Vega 1 et 2 URSS Halley 1986 Giotto (sonde spatiale) ESA Halley 1986 Sakigake et Suisei ISAS Halley 1986 Deep Space 1 NASA Braille 1999 Deep Space 1 NASA Borrelly 2001 Stardust NASA Wild 2 2004 Stardust NASA Tempel 1 2011 Deep Impact NASA Tempel 1 2005 Deep Impact NASA Hartley 2 2010 Rosetta ESA Tchourioumov-Guérassimenko 2014
L'acquisition de données scientifiques sur les comètes ne peut se faire à distance pour une grande partie d'entre elles. En effet la taille du noyau cométaire très réduite (diamètre généralement inférieur à ) et la présence d'une chevelure ne permettent pas de collecter des données suffisamment précises à l'aide de télescopes. Il est donc nécessaire d'envoyer des engins spatiaux à leur rencontre. Ce type de mission spatiale doit surmonter deux difficultés. L'orbite d'une comète très elliptique leur confère une vitesse très élevée à proximité du Soleil ce qui rend très difficile la synchronisation de l'orbite de l'engin spatial et de la comète. Pour cette raison toutes les missions, hormis Rosetta qui s'est placé en orbite autour d'une comète relativement lente car à très courte période, ont effectué un simple survol. Les observations effectuées lors du survol très court du fait d'une vitesse relative qui atteint plusieurs dizaines de kilomètres par seconde. Par ailleurs la comète est entourée d'un nuage de particules animés d'une très grande vitesse qui malgré leur petite taille peut endommager l'engin spatial et ses instruments.
Courant 2024 dix missions spatiales ont survolé une comète et deux de ces dernières ont été survolées à plus d'une reprise. Plusieurs de ces missions ont effectué des percées scientifiques notables. La sonde Giotto de l'Agence spatiale européenne, qui a survolé la comète de Halley en 1986 à une vitesse relative proche de , est la première à fournir une image d'un noyau de comète. La mission Stardust de l'agence spatiale américaine, la NASA, a traversé en 2004 la chevelure de la comète 81P/Wild 2 et ramené sur Terre des échantillons de celle-ci permettant une analyse poussée de leur composition. la sonde spatiale de la NASA Deep Impact a survolé en 2005 la comète 9P/Tempel 1 en éjectant un impacteur de qui a percuté sa surface à une vitesse de et a créé un cratère de de diamètre et de de profondeur permettant d'observer les couches profondes d'un noyau cométaire. Enfin la sonde spatiale européenne Rosetta s'est placé en orbite autour de 67P/Tchourioumov-Guérassimenko en 2014 (une première, toutes les autres rencontres étant de brefs survols) permettant pour la première fois d'observer l'éveil de l'activité cométaire au fur et à mesure de son approche du Soleil et d'étudier de manière détaillée la morphologie du noyau, le processus de sublimation et la composition de la surface du noyau cométaire et de la chevelure.
Des missions passées qui ne répondent que partiellement aux questions scientifiques
Mais, pour des raisons pratiques (détaillées plus loin), toutes les observations des missions spatiales passées ont porté sur des comètes de courte période qui se sont approchées du Soleil à de nombreuses reprises. Lors de ces survols de l'astre, la composition chimique de leur surface et leur morphologie ont été modifiées et le noyau a été progressivement recouvert par d'épaisses couches de poussière. Même la comète de Halley, pourtant caractérisée par une activité supérieure d'un ordre de grandeur à celle de toutes les autres comètes visitéesL'intensité de l'activité d'une comète à l'approche du Soleil se réduit à chaque survol de celui-ci : une comète peu active indique un grand nombre de survols du Soleila sans doute déjà survolé le Soleil plusieurs milliers de fois et a été de ce fait profondément modifiée. Du fait de ces altérations les données collectées par les missions spatiales ne fournissent pas les indices attendus sur la formation du système solaire, le rôle du bombardement cométaire dans l'inventaire des volatiles présents sur Terre et le rôle des matériaux cométaires dans l'apparition de la vie sur notre planète.
Rôle clé de l'observation des comètes à longue période dans la détermination des caractéristiques originelles d'une comète
Les comètes à longue période qui peuvent être observées ne sont qu'un tout petit sous-ensemble des comètes de ce type en raison du temps qu'elles passent à parcourir leur orbite (jusqu'à plusieurs millions d'années) et parce que leur perihélie est souvent situé au-delà de la limite des glaces, ce qui ne permet pas de les détecter (taille réduite du noyau et absence de sublimation et donc de chevelure). Des simulations numériques démontrent que 90 % des comètes ayant un aphélie situé à plus de astronomiques qui sont observées effectuent pour la première fois un passage près du Soleil en deçà de la limite des glaces.
Seules l'observation des comètes à longue période peut répondre aux questions scientifiques car la majorité d'entre elles ayant effectué peu de passages près du Soleil (sinon aucun), elles ont préservé leurs caractéristiques d'origine. Mais elles n'ont jusque là jamais été l'objectif d'une mission spatiale car elles ne sont généralement découvertes que quelques mois (exceptionnellement quelques années) avant leur arrivée près du Soleil. Cela constitue un délai trop court pour planifier une mission spatiale ayant pour objectif de les survoler.
Objectifs