5 Octobre 2011

HERSCHEL jette un nouveau regard sur l'origine des océans

Les observations effectuées par le télescope infrarouge européen Herschel relance le débat sur l'origine de l'eau sur Terre.

Une équipe internationale, incluant quatre chercheurs de l'Observatoire de Paris et du CNRS vient de découvrir la première comète -103P/Hartley 2- qui renferme une eau similaire à celle des océans terrestres. Leur publication paraît en ligne sur www.nature.com le 5 octobre 2011 et le 13 octobre dans la revue Nature.

La comète Hartley 2 vue le 25 octobre 2010 à 17,5 millions de kilomètres de distance et à 70 micromètres de longueur d’onde, par l’observatoire spatial Herschel - Crédit : PACS / Herschel/ESA/Observatoire de Paris

D'où vient l'eau qui couvre les deux tiers du globe ? La question taraude les scientifiques depuis des décennies. Ils penchent aujourd’hui quasi unanimement en faveur d’une origine extraterrestre de l’eau. Leur scénario est le suivant : à l'origine, la Terre était sèche et chaude jusqu'à ce que des molécules d'eau soient apportées par un bombardement de corps célestes. Reste à trouver lesquels : météorites, astéroïdes ou comètes ?

C’est tout l’enjeu du débat que viennent enrichir les dernières observations de la comète Hartley 2, obtenues par le télescope spatial infrarouge Herschel de l'ESA. Ce résultat provient d’une étude menée en ondes submillimétriques, inobservables depuis le sol.

Un bon outil de diagnostic physico-chimique ici est le rapport relatif entre les abondances de deux molécules : l’eau ordinaire H2O (deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène) et l’eau mi-lourde HDO où un atome de deutérium (deux fois plus lourd) remplace un atome d'hydrogène.

Dans les océans, le rapport entre deutérium et hydrogène (D/H) vaut environ 0,0156 % : un chiffre similaire à celui trouvé dans les météorites issues de la ceinture des astéroïdes entre Mars et Jupiter.

Dans les six comètes étudiées jusque-là, dont les célèbres Halley et Hale-Bopp, le rapport apparaît deux fois supérieur à celui trouvé sur Terre. Ceci semblait identifier les astéroïdes comme la principale source de l’eau terrestre. Les comètes n’auraient pas contribué pour plus de 10 %.

Les comètes reviennent sur le devant de la scène

La nouvelle étude penche pourtant en faveur des comètes : elles auraient bel et bien pu contribuer à l’eau terrestre. Les scientifiques ont détecté pour la première fois l’eau mi-lourde HDO, forme particulière de l’eau H2O, au sein d’une comète issue de la ceinture de Kuiper, vaste réservoir d’objets glacés qui s’étend à grande distance du Soleil, au-delà de Neptune. 

Hartley 2 découverte en 1986 est réapparue dans le ciel à quatre reprises depuis. Sa dernière incursion est intervenue en 2010. Le 20 octobre, elle est passée au plus près de la Terre, à 16 millions de kilomètres. Le télescope Herschel a ainsi pu la scruter le 17 novembre à l’aide du spectromètre Heterodyne Instrument for Far Infrared (HIFI). Ces observations ont été conduites dans le cadre de la campagne internationale de suivi de la comète Hartley 2 en octobre et novembre 2010. Dans ce contexte, la sonde Deep Impact/EPOXI de la Nasa a aussi survolé l’astre le 4 novembre.

Le rapport deutérium/hydrogène relevé est de 0,016 %. Une valeur semblable à celle des océans. Ce résultat inattendu reflète sans doute la provenance spécifique de la comète Hartley 2 qui revient aujourd’hui tous les six ans près du Soleil : très probablement née au sein de la ceinture de Kuiper, au-delà de Neptune, elle a pu en être éjectée il y a quelques dizaines à centaines de milliers d’années. D’où sa composition différente.

De leur côté, les six comètes précédemment étudiées se seraient formées près des planètes géantes du Système solaire. Leurs orbites perturbées les ont, ensuite, conduites à rejoindre le nuage de Oort, à plusieurs dizaines de milliers de fois la distance Terre-Soleil, ou plusieurs centaines de milliards de kilomètres du Soleil.

Le réservoir de petits corps présentant une eau semblable à celle de la Terre s’avère, en définitive, plus grand que prévu : il s’étend bien au-delà de la ceinture des astéroïdes, entre Mars et Jupiter, et irait jusqu’à la ceinture cométaire de Kuiper, au-delà de Neptune.

L’eau des océans pourrait avoir été apportée jadis par une pluie d’icebergs cosmiques.

Références de l'article

Ocean-like water in the Jupiter-family comet 103P/Hartley 2, Paul Hartogh1, Dariusz C. Lis2, Dominique Bockelée-Morvan3, Miguel de Val-Borro1, Nicolas Biver3, Michael Küppers4, Martin Emprechtinger2, Edwin A. Bergin5, Jacques Crovisier3, Miriam Rengel1, Raphael Moreno3, Slawomira Szutowicz6, Geoffrey A. Blake2, Science, octobre 2011.

1 Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung, Max-Planck-Str. 2, 37191 Katlenburg-Lindau, Germany
2 California Institute of Technology, Pasadena, California 91125, USA
3
LESIA (Observatoire de Paris, CNRS, Université Pierre et Marie Curie, Université Paris Diderot), Meudon, France
4
Rosetta Science Operations Centre, European Space Astronomy Centre, 28691 Villanueva de la Cañada, Madrid, Spain
5
Astronomy Department, University of Michigan, Ann Arbor, Michigan 48109, USA
6 Space Research Centre, Polish Academy of Sciences, 00-716 Warsaw, Poland

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