Description des instruments à bord de la sonde

Deux stratégies ont été mises en place pour déterminer les propriétés du noyau : la sonde est composée d’un orbiteur et d’un atterrisseur (Philae).

L’orbiteur est constitué de onze instruments scientifiques (Tableau 10) et sera placé en orbite autour du noyau. Dans un premier temps, la morphologie de surface du noyau va être cartographiée afin de déterminer la zone où Philae se posera. Ensuite, les instruments à bord de l’orbiteur vont permettre (i) de caractériser la composition des gaz et les grains de poussières présents dans la coma, mais aussi (ii) de suivre l’évolution de leur production et de leur nature chimique en fonction de la distance héliocentrique. Les plasmas et les propriétés électromagnétiques de la comète seront aussi analysés.

Instruments Responsable

ALICE Spectromètre imageur UV (70nm-205nm) A. Stern (SRI, Boulder, USA) CONSERT COmet Nucleus Sounding Experiment by

Radiowave Transmission

W. Kofman (IPAG, Grenoble,France) COSIMA COmetary Secondary Ion Mass Analyser M. Hilchenbach (MPS, Lindau, Allemagne) GIADA Grain Impact Analyser and Dust Accumulator L. Colengelo (INAF, Naples, Italie)

MIDAS Micro-Imaging Dust Analysis System W. Riedler (IWF, Graz, Austria) MIRO Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter S. Gulkis (JPL, Passadena, USA) OSIRIS the Optical Spectroscopic and Infrared

Remote Imaging System

H. Keller (MPS, Lindau, Allemagne) ROSINA Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and

Neutral Analysis

K. Altwegg (université de Bern, Suisse) RPC The Rosetta Plasma Consortium :

- Langmuir Probe (LAP) - Ion and Electron Sensor (IES) - Flux Gate Magnetometer (MAG) - Ion Composition analyser (ICA) - Mutual Impedance Probe (MIP) - Plasma Interface Experiment (PIU)

- A. Eriksson (IRF Uppsala, Suède) - J. Burch (SRI, San Antonio, USA)

- K.-H. Glassmeier (IGEP, Braunschweig, Allemagne)

- R. Lundin (IRF, Kiruna, Suède)

- J. G. Trotignon (LPC2E, Orléans, France,) - C. Carr (Imperial College, Londres, U. K.)

RSI Radio Science Experiment M. Pätzold, universite de Köln, Allemagne)

SREM Standard Radiation Environment Monitor

VIRTIS Visual IR therla Imaging spectrometer A. Coradini (INAF,Italie)

Tableau 10 : Liste des expériences à bord de l'orbiteur.

Philae, l’atterrisseur, aura pour mission d’identifier la composition élémentaire, moléculaire et isotopique du matériau de la surface et de la sous-surface du noyau. Il s’intéressera aussi aux propriétés physiques, à la structure interne du noyau et à son environnement plasma et magnétique. Pour cela, dix expériences sont à sont bord (Tableau 11). Les mesures seront effectuées durant la descente jusqu’au noyau et au moins durant 5 jours après son contact avec la surface. Philae a été conçu pour suivre l’évolution des propriétés du noyau.

Instruments responsable

APXS the Alpha Particle X-Ray Spectrometer R. Rieder/ G. Klingehöfer (université Mainz, Allemagne)

CIVA Panoramic Camera IR microscope J.-P. Bibring (IAS, Orsay)

CONSERT Comet nucleus sounding W. Kofman (IPAG, Grenoble)

COSAC Evolved Gas Analyser : elemental and

molecular composition

F. Goesmann (MPS, Lindau, Allemagne) MUPUS Multi-Purpose Sensors for Surface and

Subsurface Science

T. Spohn (DLR Berlin, Allemagne)

PTOLEMY Evolved Gas Analyser : isotopic

composition

I. P. Wright (Open university Milton Keynes, Angleterre)

ROLIS Rosetta Lander Imaging System S. Mottola (DLR Berlin, Allemagne) ROMAP Rosetta Lander Magnetometer and Plasma

Monitor

H.-U. Auster (IGEP, TU Braunschweig, Allemagne)

SESAME Surface Electrical, Seismic and Acoustic Monitoring Experiments

K. J. Seidensticker (DLR Cologne, Allemagne)

SD-2 Sample and Distribution Device A. Ercoli-Finzi (Politechnico di Milano, Milan, Italie)

Tableau 11 : Liste des expériences à bord de l'atterrisseur, Philae

Plusieurs instruments à bord de l’orbiteur et de l’atterrisseur sont des expériences de spectrométrie de masse ou comportant un tel analyseur :

- COSIMA (COmetary Secondary Ion Mass Analyzer) est un instrument à bord de l’orbiteur conçu pour collecter et analyser les grains cométaires éjectés lors de la sublimation des glaces du noyau (Kissel et al., 2007). L’analyse des grains sera réalisée par spectrométrie de masse d’ions secondaires à temps de vol (acronymes anglais : TOF-SIMS). Ses caractéristiques seront développées dans la partie suivante.

- ROSINA (Rosetta Orbiter Spectrometer for Ion and Neutral Analysis) est voué à l’analyse des gaz de la coma. Les objectifs scientifiques de cette expérience sont notamment la détermination de la composition moléculaire, élémentaire et isotopique, ainsi que les propriétés dynamiques de la coma en fonction de la distance héliocentrique et du noyau cométaire. Cet instrument, embarqué sur l’orbiteur, est constitué de deux spectromètres de masse (RTOF et DFMS) ayant des résolutions et des gammes de masse complémentaires et d’une sonde de pression (COPS). Le spectromètre de masse magnéto-électrostatique (DFMS) permet d’identifier des ions entrant dans la gamme de masse suivante : 12-150 Da. Sa résolution en masse (m/Δm= 3000 à 1% de la hauteur du pic à m/z = 28) et sa dynamique de

mesure importante (1010) permettront de distinguer CO de N2 et 13C de 12CH. Le

spectromètre de masse à temps de vol (RTOF) va quant à lui sonder la nature des ions et des molécules neutre de la coma de 67P/CG sur une gamme de masse plus large (1-300 Da) mais avec une plus faible résolution en masse (m/Δm> 500 à 1% de la hauteur du pic à m/z = 28) (Balsiger et al., 2007).

- COSAC (COmetary Sampling And Composition experiment) est une expérience dédiée à l’analyse du matériau de la surface et de la sous-surface du noyau (au maximum à 230 mm de profondeur (Ercoli finzi et al., 2007)). Elle permettra aussi d’étudier directement les gaz émis par celui-ci (Goesmann et al., 2007). Cet instrument se trouve à bord de l’atterrisseur Philae. Il est constitué d’un système de pyrolyse-dérivatisation associé à un chromatographe en phase gazeuse et à un spectromètre de masse à temps de vol linéaire (m/Δm= 350 à la FWHM du pic à m/z = 70 en mode basse résolution). Il faut toutefois noter que ce dernier fonctionnera à pression ambiante. De ce fait si la pression à la surface de la comète est supérieure à 10-4 _{mbar, aucun spectre de masse ne pourra être mesuré. En effet, la méthode}

d’ionisation de l’échantillon (impact électronique) ainsi que l’analyseur en masse (temps de vol) nécessitent que la pression soit inférieure à cette valeur pour fonctionner. Le matériau cométaire sera prélevé par forage puis acheminé jusqu’à un des deux types de fours présents dans l’instrument. COSAC comporte des fours « basse température » où celle-ci peut atteindre 180°C et des fours « haute température » où la température peut atteindre 600°C. Les fours « basse température » sont voués aux analyses par chromatographie gazeuse et ceux à « haute température » pour les analyses par spectrométrie de masse. Des analyses couplées de chromatographie et de spectrométrie de masse sont possibles (Goesmann et al., 2007).

- MODULUS-Ptolemy (Methods Of Determining and Understanding Light elements from Unequivocal Stable isotope compositions) est une expérience à bord de Philae qui est centrée autour d’un spectromètre de masse à trappe ionique (m/Δm= 66 à la FWHM du pic à m/z = 44, résolution en masse calculée à partir du spectre de masse du modèle de qualification de Ptolemy (Wright et al., 2007) ; Elle peut être améliorée mais l’intensité du signal sera plus faible). Cet instrument est dédié à la caractérisation de la nature et de la composition isotopique des gaz et des composés organiques réfractaires présents à la surface et à la sous surface du noyau. Ces mesures seront réalisées directement pour les

composés gazeux et après conversion en gaz pour les solides grâce à différentes techniques chimiques ou thermiques. Les gaz pourront être ensuite analysés directement par spectrométrie de masse ou bien transmis à travers des colonnes chromatographiques ou des modules chimiques avant leur analyse par spectrométrie de masse (Wright et al., 2007).