Mission BepiColombo
La mission spatiale BepiColombo, lancée avec une fusée Ariane 5 le 20 octobre 2018 à destination de Mercure, a embarqué seize instruments scientifiques, parmi lesquels plusieurs ont été conçus dans trois laboratoires de Sorbonne Université : le LESIA1 (laboratoire d'études spatiales et d'instrumentation en astrophysique), le LPP2 (laboratoire de physique des plasmas) et LATMOS3 (laboratoire atmosphères, milieux, observations spatiales).
Une planète méconnue, essentielle à la compréhension du système solaire
Mercure est la planète la plus proche du Soleil. Cette proximité conjuguée à l’absence de protection atmosphérique fait subir à la planète des écarts de température extrêmes (de -180°C à +430°C), ainsi qu’un niveau de radiations solaires dix fois plus élevé que sur Terre. Cet environnement hostile et ces contraintes thermiques ainsi que la mise en orbite complexe autour de Mercure rendent difficile l’envoi de sondes spatiales et d’instruments de mesure dans cette région.
Longtemps délaissée par l’exploration spatiale, Mercure est encore mal connue des scientifiques. Seulement deux engins américains, la sonde Mariner 10 lancée en 1973 et la sonde Messenger lancée 2004 par la Nasa, ont observé de près la planète. Après les survols de Mariner 10, les scientifiques ont pu découvrir, grâce à la sonde Messenger, la présence de glace au fond des cratères polaires de Mercure. La sonde a également mis en évidence un volcanisme très intense et l’existence d’un champ magnétique asymétrique, 3 fois plus intense dans l’hémisphère nord que dans l’hémisphère sud. Elle a aussi permis d’observer des « hollows » (ou creux) dans lesquels se trouvent des petits dépôts bleus, signes d’une activité très récente sur Mercure.
Seule planète rocheuse avec la Terre à avoir un champ magnétique, Mercure est la plus riche en fer du système solaire. De par sa position et sa constitution uniques, elle est un élément clé pour comprendre la formation du système solaire.
Les objectifs scientifiques de la mission BepiColombo
Pour mieux comprendre cette planète, l'agence spatiale européenne (ESA) et l'agence d'exploration aérospatiale japonaise (JAXA) ont uni leur force pour lancer le projet Bepi Colombo. Née en 2003 avec la collaboration de 14 pays européens et du Japon, cette mission a plusieurs objectifs, parmi lesquels :
- L’amélioration de la connaissance de la planète (photographier l’ensemble de la surface de Mercure en haute résolution, étudier sa topographie, l’âge de sa surface, sa composition chimique et minéralogique, sa masse et sa structure interne)
- Trouver l’origine du champ magnétique de Mercure
- Etudier les gaz, molécules et atomes
- Analyser la magnétosphère4
- Tester la relativité générale et vérifier les propriétés de la physique gravitationnelle
Pour remplir ces objectifs, deux sondes sont au cœur de la mission Bepi Colombo : l’une européenne, Mercury Planetary Orbiter (MPO) et l’autre japonaise, Mercury Magnetospheric Orbiter (MMO), rebaptisée MIO par la JAXA, conformément à la tradition japonaise.
Pendant que la sonde MMO caractérisera l’environnement ionisé de Mercure grâce à des magnétomètres et de multiples détecteurs de champs électrique et de particules chargées, la sonde MPO étudiera la surface et l’atmosphère très peu dense de Mercure.
En analysant la composition de la surface de la planète, les scientifiques espèrent éclairer les scénarios sur la formation de Mercure et du système solaire. Un altimètre laser permettra de dresser une carte du relief de la planète et d’étudier les impacts de météorites. L’activité volcanique ou la contraction de la planète due à son refroidissement ont laissé des marques qui peuvent fournir de précieuses informations sur son histoire. Les scientifiques souhaitent également recueillir des données sur le noyau en étudiant son champ gravitationnel afin de mieux comprendre ce qui le rend si similaire et si différent du noyau terrestre.
La contribution des laboratoires de Sorbonne Université
Sur les huit laboratoires français qui ont participé à la conception d’une partie du matériel scientifique de la mission, trois laboratoires de Sorbonne Université ont contribué activement au développement de plusieurs instruments : LATMOS, LESIA et LPP.
Le LPP contribue à la conception et la réalisation de 2 instruments à bord de la sonde MMO :
- Le MSA (Mass Spectrum Analyzer), dédié à la mesure de la composition du plasma, permettra d’étudier le vent solaire, le matériau éjecté de la surface de Mercure, le transport et l'accélération des ions dans la magnétosphère, et l'interaction du plasma magnétosphérique avec la surface et l'exosphère5 de la planète.
- Le magnétomètre DB-SC (Double Band - Search Coil) mesurera les fluctuations des ondes électromagnétiques du champ magnétique.
Mass Spectrum Analyzer © LPP
Le LESIA a développé 2 instruments :
- Le spectromètre imageur VIHI (Visual and Infrared Hyper-spectral Imager) permettra d'obtenir une cartographie complète et unique des minéraux de surface grâce à une résolution spatiale et spectrale sans précédent. Cette information aidera à comprendre les processus qui ont contribué à la formation de Mercure.
- Le récepteur d’ondes radio haute fréquence SORBET (Spectroscopie des Ondes Radio et du Bruit Electrostatique Thermique) mesurera notamment la densité et la température du plasma dans l'environnement de Mercure. Il étudiera les émissions radio de Mercure et du soleil.
SORBET © LESIA
Le LATMOS a également contribué à cette mission avec deux spectromètres PHEBUS, PICAM, logés sur la sonde MPO.
- Le spectromètre optique PHEBUS (Probing of Hermean Exosphere By Ultraviolet Spectroscopy) qui couvre des plages spectrales allant des ultraviolets extrêmes aux ultraviolets lointains, vise à caractériser l'exosphère de Mercure et ses relations avec la surface de la planète.
- Le spectromètre de masse ionique PICAM (Planetary Ion CAMera) étudiera la chaîne des processus par lesquels les neutres sont éjectés du régolite, puis ionisés et transportés dans l'environnement de Mercure.
PHEBUS © LATMOS
1 Sorbonne Université, CNRS, École Polytechnique, Université Paris-Sud, Observatoire de Paris
2 Sorbonne Université, CNRS, Observatoire de Paris
3 Sorbonne Université, CNRS, Université Versailles Saint-Quentin
4 La magnétosphère est la zone située autour d'un corps céleste dont les caractéristiques physiques sont régies par le champ magnétique de ce dernier.
5 L’exosphère est une enveloppe neutre (une atmosphère très peu dense) d'un corps céleste.