Mission de retour d'échantillons

L'étude du système solaire constitue un objectif scientifique majeur. Il s'agit de comprendre comment notre système solaire s'est formé et d'en extrapoler des informations sur la structure de notre univers. Elle peut également nous fournir des indices précieux sur le processus d'apparition de la vie sur Terre et sur l'évolution future de notre planète par exemple en permettant de préciser les mécanismes d'évolution du climat de la Terre. Enfin cette étude pourrait également déboucher sur la découverte de nouvelles formes de vie, qui donnerait un éclairage complètement nouveau dans le domaine de la biologie.

Jusqu'au début de l'exploration spatiale du système solaire (1958), nos connaissances sur les différents corps du système solaire reposent sur les observations effectuées à l'aide des télescopes terrestres et sur les études des météorites collectés à la surface de la Terre, fragments des corps célestes (comètes, astéroïdes, planètes) expulsés dans l'espace par différents types d'événements (débris d'impact d'une météorite sur un corps de plus grande taille, volcanisme, destruction du corps d'origine à la suite d'un impact, éjection depuis un corps céleste en rotation à gravité faible, composant de la queue d'une comète, débris d'une comète broyée par le champ de gravité du Soleil, ....). L'information obtenue est fragmentaire même si les débuts de la spectroscopie permettent de déterminer de manière partielle et grossière les principaux éléments chimiques présents à la surface de ces corps ou dans leur atmosphère. Les objets éloignés ou de petite taille sont hors de portée des télescopes les plus puissants tout comme la face cachée de la Lune.

Les premières sondes spatiales, qui ne font que survoler la Lune, Mars et Vénus, effectuent d'emblée une moisson de découvertes : image de la face cachée de la Lune montrant une dysmétrie étonnante, stérilité de Mars, enfer vénusien. L'amélioration des technologies spatiales permet de placer les premières sondes spatiales en orbite autour de la Lune, de Mars et de Vénus puis de lancer des sondes spatiales vers des destinations plus lointaines (planètes externes) ou plus difficiles d'accès (Mercure). Ces sondes spatiales emportent des caméras, des spectromètres observant dans différentes longueurs d'onde et d'autres instruments qui permettent d'obtenir à distance des informations sur la topographie et la structure (densité, répartition de la masse) de ces corps, la composition élémentaire, isotopique et moléculaire de leur surface et de leur atmosphère. Ces sondes spatiales découvrent une grande diversité de corps célestes : océans souterrains d'Europe et de Ganymède, chimie complexe de Titan, volcanisme de Io, etc. Les engins spatiaux robotisés se raffinent et se posent à la surface de la Lune (programme Surveyor) puis de Mars (programme Viking, Mars 3) et de Vénus (programme Venera), permettant une étude in situ de la surface de ces corps. Les atterrisseurs Viking sont les premières sondes spatiales qui tentent une étude poussée d'échantillons du sol martien dans le but de détecter la présence d'organismes vivants mais l'instrument utilisé ne parvient pas à donner des informations exploitables. Les premiers engins se déplaçant à la surface sont les Lunakhod soviétiques au début des années 1970. Elles sont suivies des deux Mars Exploration Rover (2004) mais surtout de Mars Science Laboratory (2011).

Une mission de retour d'échantillons permet de répondre à de nombreux besoins scientifiques qui ne peuvent être pris en charge par une étude effectuée sur place[1] :

• les capacités limitées d'une sonde spatiale (masse des instruments, énergie disponible...) ne lui permettent d'emporter qu'un nombre restreint d'instruments de taille réduite, conçus pour une stratégie d'observation précise et dotés d'une résolution relativement faible ;
• en disposant d'échantillons sur Terre, on peut effectuer de nouvelles investigations pour bénéficier des progrès instrumentaux. Depuis que les échantillons du sol lunaire ont été ramenés dans le cadre du programme Apollo, des progrès considérables ont été faits dans la datation par l'analyse des isotopes ce qui permit de préciser l'âge de la Lune, comment et quand la croûte lunaire s'est formée, comment la Lune est liée au processus de formation de la Terre et quelle a été la durée de formation des planètes.
• de nouvelles théories scientifiques dans le domaine de la planétologie peuvent être testées en examinant les échantillons disponibles.

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  Maquette de l'atterrisseur lunaire Luna 16 et de son système de collecte et au sommet la capsule chargée du retour sur Terre.
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  Collecteur de particules de vent solaire de Genesis.
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  Collecteur de grains de poussière de la queue de comète constitué de blocs d'aérogel embarqués sur Stardust.