Observatoire de Paris Institut national de recherche scientifique français Univerité Pierre et Marie Curie Université Paris Diderot - Paris 7

La mission MarcoPolo-R

vendredi 16 décembre 2016, par Antonella Barucci et Jean-Michel Reess

MarcoPolo-R est une mission dont l’objectif principal est le retour d’échantillons d’un objet géocroiseur. Cette mission mettra une sonde en orbite autour d’un astéroïde primitif. Elle le caractérisera scientifiquement à plusieurs échelles avant d’effectuer une collecte d’échantillons qui seront ramenés à Terre. Elle contribuera ainsi à mieux comprendre l’origine et l’évolution du système solaire, de la Terre et de la vie. Par ailleurs elle fournira des informations importantes concernant les collisions d’astéroïdes (pertinentes pour étudier les risques d’impact avec la Terre) et la possibilité future d’utilisation de ressources de l’espace.

Contexte scientifique

MarcoPolo-R est une mission de retour d’échantillons d’un astĂ©roĂŻde gĂ©ocroiseur primitif (NEO : Near Earth Object). ProposĂ©e par Antonella Barucci du LESIA, cette mission a Ă©tĂ© sĂ©lectionnĂ©e dans le cadre du programme Cosmic Vision 2 de l’Agence Spatiale EuropĂ©enne (ESA) pour une Ă©tude de faisabilitĂ© des missions M3.

Voir l’annonce de l’ESA

Cette mission similaire Ă  la mission MARCO POLO Ă©tudiĂ©e Ă  l’ESA lors de la sĂ©lection prĂ©cĂ©dente (classe M1/M2) bĂ©nĂ©ficiera par consĂ©quent de l’hĂ©ritage de trois Ă©tudes industrielles existantes. La mission a Ă©tĂ© rĂ©visĂ©e afin de rĂ©duire le coĂ»t du projet d’origine. La nouvelle Ă©tude MarcoPolo-R vers l’astĂ©roĂŻde primitif binaire 1996 FG3, s’effectuera avec une contribution de la NASA. Le choix d’un astĂ©roĂŻde binaire permettra d’effectuer l’exploration de processus gĂ©ophysiques et gĂ©ologiques fascinants sur les astĂ©roĂŻdes, impossible Ă  effectuer sur un objet individuel.

La fenĂŞtre de lancement proposĂ©e se situe entre entre 2020 et 2024. Dans la mission de base, le lancement est prĂ©vu en 2021, avec une arrivĂ©e sur la cible en 2025 et le retour d’Ă©chantillon sur Terre en 2029.

MarcoPolo-R contribuera Ă  une meilleure comprĂ©hension de l’origine et de l’évolution du système solaire, de la Terre, et de la vie elle-mĂŞme. Les petits corps, comme rĂ©sidus primitifs du processus de formation du système solaire, fournissent des indices sur le mĂ©lange chimique Ă  partir duquel les planètes se sont formĂ©es il y a 4,6 milliards d’annĂ©es. Les scĂ©narios exobiologiques courants de l’origine de la vie Ă©voquent une livraison exogène de matière organique Ă  la Terre primitive : les petits corps primitifs pourraient avoir apportĂ© des molĂ©cules organiques complexes capables de dĂ©clencher la synthèse prĂ©-biotique des composĂ©s biochimiques sur la Terre primitive. D’ailleurs, les collisions de NEOs avec la Terre reprĂ©sentent un risque fini pour la vie.

Objectifs scientifiques

L’objectif scientifique principal de la mission MarcoPolo-R est le retour d’échantillons de matière inaltérée provenant d’un astéroïde géocroiseur primitif.

MarcoPolo-R nous permettra d’analyser les échantillons dans les laboratoires terrestres, et d’obtenir de ce fait des mesures qui ne peuvent pas être encore effectuées in situ par une sonde spatiale robotique, comme par exemple la datation des événements principaux dans l’histoire d’un échantillon. Les techniques de laboratoire peuvent déterminer l’intervalle de temps entre la fin de la nucléosynthèse et de l’agglomération, la durée de l’agglomération, le temps de l’accumulation, l’âge de cristallisation, l’âge des événements principaux de chauffage et de dégazage, le temps du métamorphisme, le temps de l’altération aqueuse, et la durée de l’exposition au rayonnement cosmique.

La mission MarcoPolo-R fournira des informations cruciales pour rĂ©pondre aux questions fondamentales suivantes qui dĂ©finissent les objectifs scientifiques :

  • Quels sont les processus qui se produisent dans le Système Solaire jeune et qui accompagnent la formation des planètes ?
  • Quelles sont les propriĂ©tĂ©s physiques et l’évolution des briques qui ont formĂ© les planètes terrestres ?
  • Est-ce que les gĂ©ocroiseurs de classe primitive contiennent du matĂ©riau prĂ©-solaire inexistant dans les mĂ©tĂ©orites ?
  • Quelles sont la nature et l’origine de la matière organique dans les astĂ©roĂŻdes primitifs et comment peuvent-ils nous Ă©clairer sur l’origine des molĂ©cules nĂ©cessaires Ă  la Vie ?

A partir des objectifs scientifiques fondamentaux indiquĂ©s ci-dessus, les objectifs suivants ont Ă©tĂ© dĂ©rivĂ©s :

  • CaractĂ©riser l’environnement physique et chimique de la nĂ©buleuse solaire
  • DĂ©finir les processus affectant le gaz et la poussière dans la nĂ©buleuse solaire
  • DĂ©terminer les Ă©chelles de temps des processus dans la nĂ©buleuse solaire
  • DĂ©terminer les propriĂ©tĂ©s physiques globales d’un astĂ©roĂŻde gĂ©ocroiseur
  • DĂ©terminer les processus physiques, et leur chronologie, qui ont sculptĂ© la structure de surface d’un astĂ©roĂŻde gĂ©ocroiseur
  • CaractĂ©riser les processus chimiques qui ont influencĂ© la composition des astĂ©roĂŻdes gĂ©ocroiseurs (e.g., eau, volatiles)
  • Lier la caractĂ©risation orbitale et en laboratoire des mĂ©tĂ©orites et de la poussière interplanĂ©taire, et fournir une calibration des donnĂ©es astronomiques
  • DĂ©terminer l’inventaire des grains interstellaires
  • DĂ©terminer l’environnement stellaire dans lequel les grains se sont formĂ©s
  • DĂ©finir les processus interstellaires qui ont affectĂ© les grains
  • DĂ©terminer la diversitĂ© et la complexitĂ© des espèces organiques dans un astĂ©roĂŻde primitif
  • Comprendre l’origine des espèces organiques
  • Fournir des indications du rĂ´le de la matière organique dans la formation de la Vie

Antonella Barucci dirige l’équipe scientifique de l’ESA pour la mission MarcoPolo-R. Plusieurs instruments français ont été proposés en réponse à l’appel d’offre préliminaire de l’ESA. Le spectro-imageur MARIS (MarcoPolo-R Imaging Spectrometer) dans le visible et le proche infrarouge, proposé par le LESIA, a été classé première priorité.

La figure montre toutes les images collectées par des missions spatiales durant des survols ou des visites dédiées à des astéroïdes et des comètes.

L’instrument MARIS

Le spectro-imageur MARIS, proposĂ© par le LESIA fera la cartographie de l’astĂ©roĂŻde dans la bande spectrale [0.4-4.0]µm avec une rĂ©solution spectrale moyenne de 200. L’instrument a Ă©tĂ© proposĂ© fin 2012 dans le cadre du programme Cosmic Vision M3, sous la responsabilitĂ© scientifique du LESIA, en collaboration avec le MPS-Lindau (Allemagne), le IAA-CSIC (Espagne) et l’IAS (France).

L’Ă©quipe du LESIA continue Ă  Ă©tudier le dĂ©veloppement de l’instrument afin d’optimiser ses performances.

Simulation d'une image spectrale Ă  trois longueurs d'onde d'un astĂ©roĂŻde vu (...)
Simulation d’une image spectrale Ă  trois longueurs d’onde d’un astĂ©roĂŻde vu avec MaRIS

Le tableau ci-dessous liste le personnel technique LESIA impliquĂ© dans l’’Ă©tude de l’instrument MARIS.

Personnel technique LESIA impliquĂ© dans la phase d’Ă©tude de l’instrument MARIS
NomResponsabilité
Antonella Barucci PI (Principal Investigator)
Jean-Michel Reess Chef de projet et design optique
Pernelle Bernardi Design optique
Jonathan Tanrin Architecture mécanique
Napoléon Nguyen Tuong Architecture thermique
Michel Marteaud Design mécanique
Yann Hello Electronique et détecteur
Florence Henry Gestion de données

Pour en savoir plus

  • Film de la mission - Conception et rĂ©alisation Florian et Sylvain Cnudde (SIGAL/LESIA) - Juin 2007
Film de la mission MarcoPolo