Doctorant : HOANG Margaux
Directeurs : GARNIER Philippe, LASUE Jérémie, TOUBLANC Dominique, REME Henri
Date début : Octobre 2015
Groupe thématique : PEPS
La mission spatiale Rosetta a étudié la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko (67P/C-G) pendant deux ans, d’août 2014 à septembre 2016. A bord de la sonde, l’expérience ROSINA – Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis – était composée de deux spectromètres de masse – Double Focusing Mass Spectrometer (DFMS) et Reflectron-type Time-Of-Flight mass spectrometer (RTOF) – pour étudier la composition des neutres et des ions présents dans la coma, et d’un senseur de pression – Comet Pressure Sensor (COPS) – pour mesurer la densité et la vitesse du gas cométaire. Le travail présenté a pour objectif l’étude de la coma de la comète 67P/C-G grâce à l’analyse et l’interprétation des données de l’instrument RTOF, en particulier des mesures des principaux volatiles (H2O, CO2 et CO) et de leurs abondances relatives. Les mesures récoltées pendant les deux années de mission nous permettent d’étudier les variations diurnes et saisonnières de la coma de 67P/C-G et de mettre en évidence des hétérogénéités spatiales. Nous étudions la corrélation entre les résultats des deux spectromètres de ROSINA pour confirmer la cohérence des mesures, et comparons ensuite les données avec les prédictions d’un modèle Monte Carlo (Direct Simulation Monte Carlo, DSMC). De plus, nous étudions en détail l’influence des conditions d’illumination du noyau et des paramètres orbitaux. Cette analyse révèle que les conditions d’illumination n’expliquent pas en totalité les observations et suggère la présence d’hétérogénéités de surface ou sous-surface. Nous appliquons un modèle thermo-physique de noyau cométaire au cas de 67P/C-G pour étudier les processus physiques à l’intérieur du noyau responsable de la complexité des observations de la coma, et pour interpréter les mesures faites par RTOF en termes de structure du noyau et de processus physiques.
Proposition de sujet
La Mission ROSETTA de l’ESA, lancée en 2004, a pour objectif l’étude de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko, autour de laquelle elle orbite depuis août 2014. Outre le module Philae déposé à la surface de la comète en novembre 2014, l’orbiteur est équipé d’une panoplie d’instruments permettant d’analyser la comète et son environnement durant la phase d’observation de 18 mois. Cette mission permettra de mieux comprendre la composition et l’évolution de ces corps considérés comme les plus primitifs du système solaire et donc témoins de nos origines. Parmi les instruments permettant l’étude combinée de la surface et de l’environnement de la comète, l’expérience ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) comprend notamment deux spectromètres de masse permettant d’analyser la composition des neutres et des ions présents dans l’environnement. L’IRAP s’est fortement impliqué au travers de participations techniques à l’instrument RTOF de ROSINA (spectromètre de masse à temps de vol permettant la spectrométrie entre 1 et 1000 uma avec une très grande sensibilité) et de la gestion des données de l’instrument (lead Co-I : H. Rème). L’analyse des données de ROSINA permettra de déterminer précisément la composition de la coma (notamment les éléments légers et les molécules carbonées), ainsi que les dynamiques spatiales et temporelles durant la trajectoire de la comète autour du Soleil. En novembre 2014, l’atterrisseur Philae s’est posé à la surface de la comète. A bord se trouvent des instruments de caractérisation du noyau et de mesure de composition de surface et un radar bistatique CONSERT (COmet Nucleus Sounding Experiment by Radiowave Transmission) qui a mesuré la propagation d’ondes électromagnétiques métriques (90MHz) à travers le noyau entre Philae et l’orbiteur. L’étude du signal propagé à travers le noyau (délai, puissance, chemins multiples) doit permettre de décrire et imager la structure interne et de caractériser globalement la variation de composition du noyau (densité, hétérogénéité). L’IRAP est impliqué dans la réalisation de modèle de noyau cométaire réaliste et par la simulation de la propagation des ondes (J. Lasue Co-I de CONSERT) Les données obtenues en combinant les mesures faites par l’orbiteur et l’atterrisseur doivent permettre de contraindre le modèle global du noyau cométaire et de son activité. Les inhomogénéités de composition à l’intérieur du noyau cométaire et la manière dont le noyau cométaire évolue dans le temps sont très certainement des facteurs importants à l’origine d’inhomogénéités de la coma. Le but de cette thèse pluri-disciplinaire sera d’abord de caractériser en détail la coma de la comète puis de déterminer plus précisément le lien qui existe entre les propriétés du noyau cométaire et celles de la coma, ce au moyen d’analyses de données (ROSINA, CONSERT) et de modèles existants. Le candidat devra avoir des connaissances solides en physique / planétologie, et devra faire preuve d’autonomie. De bonnes capacités de simulations numériques sont nécessaires pour prendre en main les outils de simulation de l’expansion de la coma, ainsi que les outils de simulations de l’évolution thermique de la surface cométaire. Une bonne connaissance d’outils d’analyse des données est également attendue (IDL, Matlab, …).