La mission Psyché de la NASA, étroitement liée au MIT, vise à explorer un astéroïde riche en métaux entre Mars et Jupiter, considéré comme le noyau d’une planète primitive. Les chercheurs du MIT jouent un rôle crucial dans les études sur le champ magnétique et la gravité de la mission. Le vaisseau spatial sera équipé d’un magnétomètre, de caméras et d’un spectromètre à rayons gamma et à neutrons, tous essentiels pour dévoiler les mystères de la composition et des propriétés magnétiques de l’astéroïde. (Interprétation artistique d’un gros plan de l’astéroïde Psyché.) Crédit : Peter Rubin/ASU
Le NASA mission, un projet profondément enraciné dans MITmet le cap sur une roche spatiale métallique qui pourrait être le vestige d’un noyau planétaire comme le nôtre.
Le 13 octobre, la mission Psyché de la NASA a été lancée et le vaisseau spatial se dirige désormais vers un monde métallique.
Psyché, un vaisseau spatial de la taille d’une camionnette doté de panneaux solaires en forme d’aile, a décollé à bord d’une fusée SpaceX Falcon Heavy vendredi dernier à 10 h 19, heure de l’Est. La destination de Psyché est un astéroïde en forme de pomme de terre du même nom qui orbite autour du soleil dans la ceinture d’astéroïdes principale entre Mars et Jupiter.
Les astronomes soupçonnent que l’astéroïde Psyché, qui a à peu près la taille du Massachusetts, est principalement constitué de métal. Si tel est le cas, l’astéroïde pourrait être le noyau exposé d’une planète naissante qui pourrait contenir des indices sur la formation du noyau riche en métaux de la Terre.
«C’est un casse-tête. Et vous devez non seulement comprendre comment les pièces s’emboîtent, mais vous devez aussi comprendre ce que sont ces pièces », explique Jodie Ream, chercheuse scientifique au MIT, qui a contribué à la conception du magnétomètre.
Le vaisseau spatial Psyche de la NASA, au sommet d’une fusée SpaceX Falcon Heavy, décolle du complexe de lancement historique 39A du Kennedy Space Center en Floride à 10 h 19 HAE le vendredi 13 octobre 2023. La mission Psyche étudiera un astéroïde riche en métaux avec le même nom, situé dans la ceinture principale d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. Il s’agit de la première mission de la NASA visant à étudier un astéroïde contenant plus de métal que de roche ou de glace. Riding with Psyche est une démonstration technologique pionnière – l’expérience Deep Space Optical Communications (DSOC) de la NASA – qui sera le premier test de communications laser au-delà de la Lune. Crédit : SpaceX
Détails du voyage et connexions MIT
Après son lancement depuis le Kennedy Space Center de la NASA, la mission Psyché s’est lancée dans un voyage interplanétaire de six ans. En 2026, le vaisseau spatial s’approchera de Mars, où l’attraction gravitationnelle de la planète le propulsera vers l’astéroïde. La mission arrivera à Psyché dans le courant de 2029, où elle passera encore 26 mois en orbite et à étudier la roche spatiale, en analysant sa composition en surface, en cartographiant sa gravité et en mesurant tout champ magnétique qu’elle pourrait posséder.
Les scientifiques du MIT dirigent les études sur le champ magnétique et la gravité de Psyché. Et la mission dans son ensemble a une histoire qui remonte au MIT. Le chercheur principal de Psyché est Lindy Elkins-Tanton ’87, SM ’87, PhD ’02, ancienne élève du MIT et ancien professeur, aujourd’hui professeur à l’Arizona State University, tandis que son chercheur principal adjoint est Benjamin Weiss, professeur de sciences planétaires au MIT. Dans son rôle de PI de mission, Elkins-Tanton, qui est également vice-présidente de l’ASU Interplanetary Initiative, dirige une équipe comprenant des collègues de longue date du MIT sur la première mission dans un monde métallique.
Le vaisseau spatial Psyché de la NASA vise à se rendre vers un astéroïde qui serait constitué principalement de métal. Cette exploration unique pourrait donner un aperçu des premiers jours de la formation des planètes. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU
« Pouvoir entreprendre une exploration fondamentale d’un nouveau type de monde est un plaisir et un privilège au-delà de tout ce que j’avais imaginé pour ma vie », déclare Elkins-Tanton. « Mais le meilleur, c’est d’aider à créer et à soutenir une immense équipe de personnes qui font toutes ce voyage ensemble. »
Une hypothèse sur l’origine de Psyché
Les scientifiques ont émis l’hypothèse que Psyché pourrait représenter un cas d’arrêt du développement planétaire. Alors que la Terre et d’autres planètes rocheuses continuaient d’accumuler des matériaux autour de leurs noyaux riches en métaux il y a environ 4,5 milliards d’années, Psyché a peut-être connu une fin prématurée, subissant de multiples collisions qui ont fait exploser sa surface rocheuse, laissant derrière elle un noyau métallique nu. Selon les scientifiques, ce noyau pourrait contenir les éléments qui formaient également le centre de la Terre.
« Ce sera la première fois que nous enverrons une mission sur un corps qui n’est pas principalement composé de roche ou de glace, mais de métal », explique Weiss. « Non seulement cet astéroïde est potentiellement un monde métallique, mais les astéroïdes sont également des éléments constitutifs de planètes. Psyché pourrait donc nous dire quelque chose sur la formation des planètes.
Le vaisseau spatial Psyché de la NASA est aperçu début 2022 au Jet Propulsion Laboratory de l’agence. La mission a de profondes racines au MIT : son chercheur principal est une ancienne élève du MIT et ancien professeur Lindy Elkins-Tanton ’87, SM ’87, PhD ’02, tandis que son chercheur principal adjoint est Benjamin Weiss, professeur de sciences planétaires au MIT. L’équipe scientifique du magnétomètre est également basée au MIT. Crédit : NASA/JPL-Caltech
Les graines d’une mission visant à explorer un astéroïde comme Psyché ont été plantées lors d’une conversation fortuite entre Weiss et Elkins-Tanton en 2010 au MIT. À l’époque, Elkins-Tanton était professeur au Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT et venait tout juste de terminer son enseignement pour la journée.
« Alors qu’elle passait devant mon bureau, j’ai dit : « Hé, tu as une minute ? » », se souvient Weiss.
Weiss étudiait des échantillons d’Allende, une météorite tombée sur Terre en 1969 sous forme d’une pluie de fragments. Les échantillons semblaient magnétisés, mais aussi curieusement non fondus. Weiss se demandait comment un tel corps avait pu devenir magnétisé sans aucun signe de fusion et de barattage qui produisent généralement des champs magnétiques dans l’espace.
La mission Psyché de la NASA devrait explorer l’astéroïde riche en métaux, Psyché, situé entre Mars et Jupiter. Les scientifiques pensent que cet astéroïde pourrait être le noyau exposé d’une ancienne planète, offrant des indices sur la formation du noyau propre de la Terre. Crédit : NASA/JPL-Caltech/ASU
Alors qu’il venait de donner une conférence sur le thème de la fusion des noyaux et de la formation des planètes, Elkins-Tanton a proposé une idée : lorsqu’une planète se forme pour la première fois, elle n’est guère plus qu’une accumulation de roches et de poussières non fondues. À mesure que davantage de matière s’écrase sur la planète naissante, les collisions bousculent les régions les plus intérieures, produisant un noyau fondu et agité, entouré de matière non fondue. Le noyau en fusion et tourbillonnant pourrait créer un champ magnétique qui pourrait s’imprimer sur les couches externes non fondues d’une planète.
Peut-être, réalisèrent-ils, que les fragments magnétisés et non fondus d’Allende provenaient de la couche externe d’un planétisme, ou planète primitive, qui abritait un noyau magnétique fondu. Si tel était le cas, alors peut-être que d’autres fragments de météorites seraient également des restes de planètes primitives et différenciées.
« Entendre Ben parler de sa découverte choquante du magnétisme dans la météorite Allende, puis avoir immédiatement un modèle mental de la physique et de la chimie de la formation qui aurait pu conduire à cela, n’était qu’un moment de pure joie », a déclaré Elkins-Tanton à propos de leur réalisation.
Les techniciens commencent à rétracter l’un des deux panneaux solaires attachés au vaisseau spatial Psyché de la NASA. Cette photo a été prise le 25 juillet à l’intérieur des installations d’Astrotech Space Operations, près du Kennedy Space Center de l’agence en Floride. Crédit : NASA/Kim Shiflett
Elle et Weiss ont rédigé leurs idées dans deux articles de 2011. Ensuite, les ingénieurs sont venus frapper à la porte.
« Lindy a reçu un appel de JPL (Jet Propulsion Laboratory de la NASA) », explique Weiss. « Ils lisaient le journal et disaient : « C’est vraiment cool. Existe-t-il un moyen de tester cette idée, selon laquelle vous pourriez faire fondre partiellement des corps et magnétiser des météorites ? »
L’appel a déclenché une série de va-et-vient de réflexion qui ont finalement abouti à un concept de mission : envoyer un vaisseau spatial explorer un ancien noyau planétaire. Ils ont réalisé que l’astéroïde Psyché était leur meilleure photo, car il est relativement proche de la Terre et a montré des signes de contenu riche en métaux, semblable à un noyau.
Le champ d’un astéroïde
En 2017, la proposition de l’équipe pour une mission vers Psyché a reçu le feu vert dans le cadre du programme Discovery de la NASA. Elkins-Tanton, qui avait depuis rejoint l’ASU, est devenu chef de la mission, tandis que Weiss ; Maria Zuber, professeure EA Griswold de géophysique au MIT et vice-présidente à la recherche ; et d’autres du MIT ont rejoint l’équipe scientifique de la mission. Ensemble, les scientifiques et ingénieurs du JPL ont planifié le matériel dont un vaisseau spatial aurait besoin pour déterminer si Psyché est un noyau riche en métaux.
Célébration de la réussite des tests environnementaux du @MissionToPsyché vaisseau spatial avec mission PI et ancien étudiant @ltelkins ! pic.twitter.com/U3YueLJRA7
– Maria Zuber (@maria_zuber) 16 avril 2022
Ils ont choisi trois instruments : un magnétomètre qui recherchera les signes d’un ancien champ magnétique qui pourrait être imprimé dans les couches superficielles de Psyché ; une paire de caméras qui prendront des images et repéreront tout signe visuel de métal sur la surface de Psyché ; et un spectromètre à rayons gamma et à neutrons qui mesurera les émissions de neutrons et de rayons gamma de l’astéroïde. Ces mesures peuvent indiquer aux scientifiques si et quels éléments métalliques se trouvent à sa surface.
Le vaisseau spatial embarquera également un système de communication, qui servira principalement à envoyer des données et à recevoir des commandes sous forme d’ondes radio. Une équipe scientifique dirigée par Zuber utilisera également le système pour réaliser une étude gravitationnelle. L’équipe analysera les ondes radio lorsque le vaisseau spatial orbite autour de l’astéroïde, pour voir comment elles et le vaisseau spatial sont influencées par l’attraction gravitationnelle de l’astéroïde. Ces analyses aideront les scientifiques à cartographier le champ de gravité de Psyché, qui pourra ensuite déterminer la masse de l’astéroïde et la probabilité que cette masse soit constituée de métal.
L’équipe Psyché de la NASA mesurera le champ magnétique de l’astéroïde à l’aide d’un magnétomètre. Cet instrument est composé de deux capteurs de champ magnétique haute sensibilité identiques situés au milieu et à l’extrémité extérieure d’une flèche de 6 pieds (2 mètres) sur le vaisseau spatial. L’équipe du magnétomètre est basée au MIT et à l’Université technique du Danemark. Crédit : NASA
L’enquête sur le magnétomètre est dirigée par Weiss et implique d’autres personnes du MIT. L’instrument a été conçu et construit par des chercheurs de l’Université technique du Danemark. L’équipe a travaillé avec les ingénieurs du JPL pour affiner la conception du magnétomètre, qui consiste en deux capteurs installés sur une flèche en forme de bras – une configuration qui aidera l’instrument à capter tout signal magnétique de l’astéroïde lui-même, au milieu du « bruit » du vaisseau spatial. , ses panneaux solaires et ses environs.
Pour interpréter le champ magnétique capté par le magnétomètre de Psyché, l’équipe du MIT a développé une « bibliothèque » de modèles de champs magnétiques simulés.
Un regard vers l’avenir
« L’espace est rempli de champs magnétiques provenant des planètes, de notre propre soleil et du vent solaire », explique Rona Oran, chercheuse scientifique au MIT. « Notre bibliothèque de simulation nous permettra d’examiner différents scénarios, de sorte que lorsque nous arriverons à Psyché, nous utiliserons ces outils pour déduire le champ réel et réel de l’astéroïde. »
En fait, l’équipe aura de nombreuses occasions d’affiner la bibliothèque et sa compréhension des champs magnétiques autour du vaisseau spatial, alors qu’il se dirige vers l’astéroïde. Peu de temps après le lancement de Psyché, les ingénieurs allumeront le magnétomètre, qui mesurera ensuite en continu les champs magnétiques autour du vaisseau spatial, tout au long de son voyage. Ces données seront régulièrement transmises au JPL et transmises à deux centres de traitement de données du MIT, où Oran, Weiss et d’autres utiliseront ces données pour affiner leur compréhension de ce qu’ils pourraient trouver autour de l’astéroïde lui-même.
« C’est la première fois que notre groupe mène une enquête scientifique sur un vaisseau spatial », explique Weiss. « Une fois la mission lancée, nous sommes sur la sellette pour la mener à bien. C’est une grande responsabilité, et aussi incroyablement excitante.
