Caractérisation spectro-photométrique des surfaces primitives de la comète 67P/CG et du TNO MU69 par l'analyse de données issues des missions Rosetta et New Horizons, basée sur des expériences de laboratoire

Spectro-photometric characterization of the primitive surfaces of comet 67P/CG and TNO MU69 through the analysis of data from the Rosettaand New Horizons space missions based on laboratory experiments.

• Auteur / Autrice : Hong Van Hoang
• Direction : Éric Quirico, Sonia Fornasier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
• Date : Soutenance le 13/06/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de planétologie et d'astrophysique de Grenoble
• Jury : Président / Présidente : Pierre Beck
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mauro Ciarniello
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Elisabetta Dotto, Will Grundy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rosetta (sonde spatiale)

Comètes

Espace extra-atmosphérique -- Exploration

Mots clés libres

Missions spatiales

Petits corps

Spectroscopie des surfaces

Comètes

Space mission

Small bodies

Surface spectroscopy

Comets

Résumé

Les petits corps - comètes, astéroïdes, objets transneptuniens sont les reliques des planétésimaux qui se sont formés au cours des premières étapes du système solaire et, par conséquent, l’étude de ces objets est cruciale pour comprendre la formation et l’évolution du système solaire. Nous vivons actuellement l’âge d’or de l’exploration des petits corps qui comprend de nombreuses missions spatiales récentes et en cours, dont la mission Rosetta a fait l’étude la plus détaillée d’une comète à ce jour et a obtenu une énorme quantité de données sur la comète 67P/Tchourioumov-Guérassimenko, dont certains méritent une enquête plus approfondie.Ma thèse applique une approche multidisciplinaire à l’investigation de la surface primitive de la comète 67P/TG, combinant analyse des données d’observation et des expériences de laboratoire. Au cours de la première moitié de ma thèse, j’ai étudié la morphologie, la spectrophotométrie et l’activité de la comète 67P à travers l’analyse de plus d’un millier d’images Rosetta/OSIRIS prises entre 2014 et 2016, dont certaines sont des images haute résolution qui n’avaient pas encore été publiées dans littérature. D’autre part, la seconde moitié de la thèse a été consacrée à la production et à la mesure des spectres de différents types d’analogues de surfaces cométaires glacées. Nos recherches se sont concentrées sur un certain nombre de régions d’intérêt en surface : la région de Wosret sur le petit lobe de la comète, dont les deux derniers sites d’atterrissage de l’atterrisseur Philae ; et les taches brillantes enrichies en glace d’eau exposées a la surface de la comète.Notre étude de la région de Wosret indique que la couche de surface du petit lobe de la comète 67P peut être constituée de matériaux plus consolidés et avoir un contenu volatil plus faible que le grand lobe, ce qui soutient l’hypothèse que la comète67P est le résultat d’une fusion entre deux indépendamment corps formés. Nous avons également confirmé que de la glace d’eau avait été exposée au deuxième point de toucher des roues de Philae à Wosret, ce qui implique que la surface de la comète 67P est constituée de matériaux à faible résistance qui recouvrent des couches souterraines très riches en glace, ce qui contribue à fournir des contraintes pour les futures missions spatiales sur les comètes. En plus de la glace exposée en raison de Philae, nous avons également identifie´ environ 700 taches brillantes riches en glace qui ont été observées de 2014 à2016, dont certaines sont corrélées à l’activité cométaire et aux changements de surface. Environ un dixième des taches ont une pente spectrale inhabituellement bleue par rapport à la plupart des autres taches, dont le facteur de réflectance élevé correspondaient principalement à des échantillons de glace/givre d’eau pure, indiquant que ces taches “bleues” formées par la recondensation de l ‘eau en givre au lieu d’affleurements de glace sale sous-jacente. D’autre part, les mesures d’autres types d’analogues de surface glacée montrent que la réflectance d’un le mélange entre un composant sombre et un composant brillant est contrôlé par trois paramètres : fraction volumique des particules sombres, granulométrie des particules sombres et brillantes, donc déterminer la composition d’une surface glacée “sale” est un processus compliqué qui nécessite de contraindre la taille des grains.

AbstractSmall bodies - comets, asteroids, TNOs are relics of the planetesimals that formed during the early stages of the Solar System and thus, studying these objects is crucial for understanding the formation and evolution of the Solar System. We are currently living in the golden age for the exploration of small bodies that includes many recent and ongoing space missions, of which the Rosetta mission has conducted the most detailed study of a comet so far and gathered an enormous amount of data on comet 67P/Churyumov-Gerasimenko, some of which deserve a closer investigation.My thesis applies a multidisciplinary approach to the investigation of the primitive surface of comet 67P/CG, com-bining analysis of observational data and laboratory experiments. During the first half of my thesis, I studied the morphology, spectrophotometry and activity of comet 67P through the analysis of over one thousand Rosetta/OSIRIS images taken between 2014 and 2016, some of which are high resolution images that had not yet been published in literature. On the other hand, the second half of the thesis was dedicated to producing and measuring the spectra of different types of analogs of icy cometary surfaces. Our research focused on a number of regions of interest on the surface: the Wosret region on the small lobe of the comet, including the two final landing sites of the Philae lander; and the bright spots enriched in water ice exposed to the comet surface.Our study of the Wosret region indicates that the surface layer of the small lobe of comet 67P may consist of more consolidated materials and have lower volatile content than the big lobe, which supports the hypothesis that comet 67P is the result of a merge between two independently formed bodies. We also confirmed that water ice had been exposed at Philae’s second touchdown point in Wosret, implying that comet 67P’s surface is made of low strength materials that covers highly ice-rich subsurface layers, which helps provide constraints for future space missions to comets. In addition to the ice exposed due to Philae, we also identified approximately 700 bright ice-rich spots that were seen from 2014 to 2016, some of which are correlated with cometary activity and surface changes. About 1/10 of the spots have unusually blue spectral slope compared to most other spots, whose high reflectance factor mostly matched pure water ice/frost samples, indicating that these “blue” spots formed by water recondensation into frost instead of outcrops of underlying dirty ice. On the other hand, measurements of other types of icy surface analog show that the reflectance of a mixture between a dark component and a bright component is controlled by three parameters: volume fraction of the dark particles, grain size of the dark and bright particles, therefore determining the composition of a “dirty” icy surface is a complicated process that requires constraining the grain size.6