C’est un colis très particulier qui est descendu du ciel dans la nuit du 5 au 6 décembre. Tombé dans le désert australien de Woomera, le cadeau contient des échantillons de l’astéroïde Ryugu, rapportés après un long périple de la sonde Hayabusa 21. De tout petits grains de matière qui ont bien des secrets à livrer sur les premiers instants du Système solaire.

« Le premier récupérateur d’échantillon a été ouvert ce week-end au Japon, révélant des grains très noirs issus de l’astéroïde Ryugu. Une seconde malle au trésor cosmique doit également être déballée plus tard, mais les chercheurs sont extatiques : les quantités semblent déjà bien supérieures à ce qui était prévu», explique Patrick Michel, directeur de recherche au Laboratoire Joseph-Louis Lagrange2, membre de l’équipe scientifique de Hayabusa 2 ainsi que des missions Hera3, MMX4 et Osiris-Rex5. « Le retour de ces échantillons était l’objectif principal de la mission . Ryugu est un astéroïde carboné, une catégorie si primitive que sa composition n’a pas dû évoluer depuis la formation du Système solaire. Il contiendrait donc encore les ingrédients nécessaires à l’élaboration des planètes. Nous voulons également découvrir le rôle des astéroïdes dans l’apparition de la vie sur Terre, savoir si les matières organiques qui sont présentes sur leur surface en étaient les précurseurs. »

Un guitariste aiguilleur de l'espace…

Avant d’en arriver là, la mission Hayabusa 2 a quitté la Terre fin 2014, pour atteindre Ryugu en juin 2018. Après une série de manœuvres à haut risque, la sonde est repartie en novembre de l’année suivante et vient tout juste de rentrer. Le voyage aller-retour est unanimement salué comme un incroyable succès, même s’il s’est accompagné de son lot de frayeurs. À 300 millions de kilomètres de distance, les signaux mettaient en effet des dizaines de minutes à passer de la sonde au poste de contrôle. Une difficulté renforcée par notre méconnaissance des astéroïdes carbonés, qui n’avaient jamais été observés d’aussi près. C’est donc au dernier moment que les chercheurs ont constaté que la surface de Ryugu n’était pas seulement couverte de régolithe fin, sorte de poussière que l’on retrouve par exemple sur la Lune, mais qu’elle laissait affleurer de nombreux rochers.

Éjection de matière de Ryugu suite à l’impact prise par une petite caméra déployée.

Éjection de matière de Ryugu suite à l’impact prise par une petite caméra déployée.

JAXA, Kobe University, Chiba Institute of Technology, Kochi University, University of Occupational and Environmental Health

JAXA, Kobe University, Chiba Institute of Technology, Kochi University, University of Occupational and Environmental Health

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Or, la stratégie initiale prévoyait des zones d’atterrissage et de contact dégagées sur cinquante mètres. Les équipes devaient identifier, à partir de photographies 2D prises du dessus, quels obstacles mesuraient moins d’un mètre de haut, afin de ne pas gêner les manœuvres d’Hayabusa 2. Pour cela, il a fallu s’appuyer sur une technique 3D d’observation des différences d’ombres et de phases, un savoir-faire détenu par un spécialiste des plus surprenants. « Notre expert en images stéréo est Brian May 6, le guitariste du groupe Queen, sourit Patrick Michel. Comme il était en concert à Milan lorsqu’on a reçu les premières images de Ryugu, j’ai pris ma voiture pour le rejoindre depuis mon laboratoire situé à Nice. Nous nous sommes retrouvés dans sa loge pour produire des paires d’images stéréo de l’astéroïde. »

Une mission à plusieurs volets

Faute d’avoir trouvé un site adéquat, la première récolte d’échantillons a été sacrifiée afin de définir et tester une nouvelle stratégie de prélèvement ; l’objectif originel de rapporter cent milligrammes de matière était ainsi maintenu. Une quantité moins importante que les soixante grammes d’échantillons que la mission Osiris-Rex espère rapporter d’un autre astéroïde, mais la sonde japonaise ne s’est pas contentée de faire des prélèvements…

Ainsi, deux petits rovers ont été envoyés sur Ryugu en septembre 2018. Équipés de caméras et d’accéléromètres, ils ont surpris les chercheurs en montrant un terrain très noir et rugueux, dépourvu de particules fines étalées sur sa surface. Le mois suivant, c’est l’atterrisseur Mascot7 qui a pu se poser et étudier le sol avec de très bonnes résolutions. Sur les quatre instruments embarqués par Mascot, le microscope MicrOmega n’a malheureusement pas pu réaliser d’images de la surface, à cause d’un atterrissage compliqué le positionnant mal. Une autre version de l’instrument va cependant servir à analyser les échantillons revenus sur Terre. Ceux-ci ont été récoltés à l’aide d’un cornet ressemblant à une trompe de moustique. Hayabusa 2 a touché la surface de Ryugu et envoyé un petit projectile. Dans une opération dite « touch and go », la poussière générée par le choc a été capturée en seulement une seconde, puis la sonde s’est éloignée.

Image du sol avant et après formation du cratère. La marque du cratère avec les pointillés verts est de l’ordre de 15 mètres.

Image du sol avant et après formation du cratère. La marque du cratère avec les pointillés verts est de l’ordre de 15 mètres.

JAXA, THE UNIV. OF TOKYO, KOCHI UNIV., RIKKYO UNIV., NAGOYA UNIV., CHIBA INSTITUTE OF TECHNOLOGY, MEIJI UNIV., THE UNIV. OF AIZU, AIST

JAXA, THE UNIV. OF TOKYO, KOCHI UNIV., RIKKYO UNIV., NAGOYA UNIV., CHIBA INSTITUTE OF TECHNOLOGY, MEIJI UNIV., THE UNIV. OF AIZU, AIST

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Enfin, une expérience d’impact à haute vitesse a été cruciale, car le nombre et la taille des cratères à la surface des corps célestes servent à estimer l’âge des surfaces. Hayabusa 2 a tiré une demi-sphère en cuivre de 2 kilogrammes à la vitesse de 2 km/s, et le cratère obtenu était bien plus large que ce qui avait été calculé. Cette expérience a confirmé aux chercheurs que leurs modèles doivent encore être revus. Malgré les risques, l’équipe a décidé de récupérer des échantillons à proximité du trou fraîchement creusé. Comme ce matériau était jusqu’alors protégé du rayonnement solaire, sa composition est potentiellement différente des roches récoltées en surface. Hayabusa 2 a ensuite pu commencer son voyage de retour.

MicrOmega, la caméra qui sonde la matière

Entre les données déjà disponibles et celles qui seront tirées des échantillons rapportés sur Terre, les chercheurs auront de quoi publier pendant de nombreuses années. « Cette mission s’inscrit dans la continuité de Rosetta et de son atterrisseur Philae : observer sur place la matière organique la plus primordiale que l’on puisse imaginer, souligne Jean-Pierre Bibring, astrophysicien à l’Institut d’astrophysique spatiale8 et responsable de MicrOmega. La durée de vie limitée de cette mission n’a pas suffi pour caractériser entièrement la matière organique réfractaire qui compose l’essentiel du noyau cométaire, et que l’on retrouve vraisemblablement sur les astéroïdes carbonés comme Ryugu. Hayabusa 2 va nous permettre d’étudier ces grains issus de l’effondrement du disque d’accrétion qui a donné naissance au Système solaire, et qui ont pu jouer un rôle critique dans l’évolution vers le vivant sur Terre. »

Instruments MicrOmega, Cam, Mara et Mag de l'atterrisseur MASCOT.

Instruments MicrOmega, Cam, Mara et Mag de l'atterrisseur MASCOT.

DLR (German Aerospace Center)

DLR (German Aerospace Center)

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Les échantillons seront d’abord analysés ensemble, puis grain par grain, grâce à une copie terrestre de MicrOmega installée dans la « curation facility » (centre de conservation) dédiée, au Japon. Une troisième version équipe la mission ExoMars, qui atteindra le sol de la planète rouge dans deux ans. Ce microscope hyperspectral à infrarouge peut sonder la matière à distance, de manière parfaitement non destructive, à travers une vitre afin que les échantillons restent sous vide ou sous atmosphère contrôlée. La lumière infrarouge distingue beaucoup plus facilement les différents composants que la lumière visible, un point important car les échantillons sont d’une couleur foncée assez uniforme. Les minéraux altérés par de l’eau et les phases carbonées donnent ainsi une signature particulière, à laquelle les chercheurs, dont ceux issus de sept laboratoires CNRS9, seront spécialement attentifs.

Echantillon de poussières collectées sur l'astéroïde Ryugu par la sonde Hayabusa-2

Echantillon de poussières collectées sur l'astéroïde Ryugu par la sonde Hayabusa-2

JAXA

JAXA

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Une analyse fine qui permettra de dater les matériaux et la séquence de leurs transformations, ainsi que d’identifier la matière organique présente. « Pendant les phases d’exploration, on connaît encore si mal les objets que si on répond à un grand nombre de questions fondamentales, on en soulève aussi d’autres », affirme Patrick Michel.

Des échantillons pour les générations futures

Une fois cette première étape terminée, les laboratoires du monde entier pourront candidater pour mener leurs propres études sur une partie des grains, y compris à l’aide de techniques destructives. 70 % des échantillons seront cependant conservés pour les générations futures. « De jeunes chercheurs très enthousiastes adoreraient nous rejoindre, glisse Jean-Pierre Bibring. Nous sommes à l’aube d’un changement de paradigme sur l’origine de la vie et du Système solaire, qui justifierait l’existence de postes pour ces jeunes, afin de leur offrir de participer à ces recherches fondamentales qui suscitent un engouement international. »

Quant à la sonde Hayabusa 2 elle-même, elle dispose encore de carburant et va être redirigée vers deux nouvelles cibles. La dernière étant un petit astéroïde de trente mètres de diamètre rotateur, qui tourne extrêmement vite sur lui-même, que la sonde devrait atteindre en 2031. De quoi nous rapporter davantage d’échantillons, et pas mal de rêve. ♦

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