LESIA - Observatoire de Paris

La mission MarcoPolo-R

vendredi 18 octobre 2013, 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 astéroïde géocroiseur primitif (NEO : Near Earth Object). Proposée par Antonella Barucci du LESIA, cette mission a été sélectionnée dans le cadre du programme Cosmic Vision 2 de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) pour une étude de faisabilité des missions M3.

Voir l’annonce de l’ESA

Cette mission similaire à la mission MARCO POLO étudiée à l’ESA lors de la sélection précédente (classe M1/M2) bénéficiera par conséquent de l’héritage de trois études industrielles existantes. La mission a été révisée afin de réduire le coût du projet d’origine. La nouvelle étude MarcoPolo-R vers l’astéroïde primitif binaire 1996 FG3, s’effectuera avec une contribution de la NASA. Le choix d’un astéroïde binaire permettra d’effectuer l’exploration de processus géophysiques et géologiques fascinants sur les astéroïdes, impossible à effectuer sur un objet individuel.

La fenêtre de lancement proposée se situe entre entre 2020 et 2024. Dans la mission de base, le lancement est prévu en 2021, avec une arrivée sur la cible en 2025 et le retour d’échantillon sur Terre en 2029.

MarcoPolo-R contribuera à une meilleure compréhension de l’origine et de l’évolution du système solaire, de la Terre, et de la vie elle-même. Les petits corps, comme résidus primitifs du processus de formation du système solaire, fournissent des indices sur le mélange chimique à partir duquel les planètes se sont formées il y a 4,6 milliards d’années. Les scénarios exobiologiques courants de l’origine de la vie évoquent une livraison exogène de matière organique à la Terre primitive : les petits corps primitifs pourraient avoir apporté des molécules organiques complexes capables de déclencher la synthèse pré-biotique des composés biochimiques sur la Terre primitive. D’ailleurs, les collisions de NEOs avec la Terre représentent 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 répondre aux questions fondamentales suivantes qui définissent 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 propriétés physiques et l’évolution des briques qui ont formé les planètes terrestres ?
  • Est-ce que les géocroiseurs de classe primitive contiennent du matériau pré-solaire inexistant dans les météorites ?
  • Quelles sont la nature et l’origine de la matière organique dans les astéroïdes primitifs et comment peuvent-ils nous éclairer sur l’origine des molécules nécessaires à la Vie ?

A partir des objectifs scientifiques fondamentaux indiqués ci-dessus, les objectifs suivants ont été dérivés :

  • Caractériser l’environnement physique et chimique de la nébuleuse solaire
  • Définir les processus affectant le gaz et la poussière dans la nébuleuse solaire
  • Déterminer les échelles de temps des processus dans la nébuleuse solaire
  • Déterminer les propriétés physiques globales d’un astéroïde géocroiseur
  • Déterminer les processus physiques, et leur chronologie, qui ont sculpté la structure de surface d’un astéroïde géocroiseur
  • Caractériser les processus chimiques qui ont influencé la composition des astéroïdes géocroiseurs (e.g., eau, volatiles)
  • Lier la caractérisation orbitale et en laboratoire des météorites et de la poussière interplanétaire, et fournir une calibration des données astronomiques
  • Déterminer l’inventaire des grains interstellaires
  • Déterminer l’environnement stellaire dans lequel les grains se sont formés
  • Définir les processus interstellaires qui ont affecté les grains
  • Déterminer la diversité et la complexité des espèces organiques dans un astéroïde primitif
  • Comprendre l’origine des espèces organiques
  • Fournir des indications du rôle 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, proposé par le LESIA fera la cartographie de l’astéroïde dans la bande spectrale [0.4-4.0]µm avec une résolution spectrale moyenne de 200. L’instrument a été proposé fin 2012 dans le cadre du programme Cosmic Vision M3, sous la responsabilité scientifique du LESIA, en collaboration avec le MPS-Lindau (Allemagne), le IAA-CSIC (Espagne) et l’IAS (France).

L’équipe du LESIA continue à étudier le développement de l’instrument afin d’optimiser ses performances.

Simulation d'une image spectrale à trois longueurs d'onde d'un astéroïde vu (...)
Simulation d’une image spectrale à trois longueurs d’onde d’un astéroïde vu avec MaRIS

Le tableau ci-dessous liste le personnel technique LESIA impliqué dans l’’étude 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