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La Ceinture des astéroïdes

Missions d'exploration (VI)

2001, NEAR atterrit sur Eros

Plusieurs missions d'exploration ont été dirigées vers des astéroïdes et furent couronnées de succès. Après le survol des astéroïdes Gaspra (1991), Ida (1993), Mathilde (1997), McAuliffe et Braille (1999), la sonde spatiale NEAR atterrit sur Eros le 12 février 2001 révélant des détails de quelques dizaines de centimètres telles qu'en témoignent les images et les séquences animées présentées ci-dessous. Aucun astronome n’avait imaginé que la mission allait se dérouler de manière aussi "facile", d’autant moins que l’atterrissage était très hasardeux et fut décidé en dernière minute.

La prouesse technique mérite d'être saluée car compte tenu de la dimension, de la distance et de la vitesse orbitale d'Eros, la précision du vol télécommandé équivalait à déposer un grain de poussière sur un cheveux placé à 100 m de distance ! Même lors de la préparation du projet les responsables de la NASA n'y croyaient pas et on demanda à Robert Farquhar, directeur de la mission NEAR de ne pas s'exprimer sur le fait qu'il y aurait éventuellement un atterrissage sur Eros. Mais dès le départ Farquhar avait l'intention d'y déposer la sonde, et il réussit !

Atterrissage de NEAR sur Eros

MOV de 3.3 Mb

Séquence de photographies prises lors du survol d'Eros par NEAR le 25 oct 2000.

MPEG de 12.5 Mb

Simulation de la descente de NEAR sur Eros le 12 fév 2001.

GIF de 103 Kb

Les 4 dernières images retransmises par la sonde NEAR avant de percuter Eros le 12 fév 2001. Sur la dernière image on distingue des détails de quelques dizaines de centimètres. Les lignes verticales en dessous de l'image indiquent la perte du signal au moment où le vaisseau toucha le sol. Contrairement à toute attente par la suite la sonde continua d'émettre des signaux télémétriques. Documents NEAR/JHUAPL.

2005, Hayabusa à l'assaut d'Itokawa

Le 12 septembre 2005, après un périple de 16 mois, la sonde japonaise Hayabusa (Faucon en japonais) réussit sa mise en orbite à 20 km d'altitude au-dessus d'Itokawa, 1998 SF36. Il s'agit d'un astéroïde de type S en forme de patatoïde mesurant 630 mètres de longueur situé à 290 millions de km de la Terre.

La sonde anciennement appelée MUSES-C, acronyme de MU Space Engineering Spacecraft C, devait originellement explorer l'astéroïde Néreus mais ce projet fut abandonné.

Hayabusa fut lancée le 19 mai 2004 par une fusée M-V de l'agence spatiale japonaise JAXA qui décolla à partir du centre spatial de Kagoshima, dans le sud du Japon. Alimentée par un moteur ionique, à l'image des robots japonais, Hayabusa était totalement autonome et capable d'effectuer ses propres corrections de trajectoire sans intervention humaine.

Le petit robot Minerva, un bidon anti-choc pesant 500 grammes, fut lâché sur l'astéroïde afin d'étudier et photographier sa surface. Il récolta également plusieurs échantillons de sol le 25 novembre 2005. Après un incident de télémétrie, les ingénieurs décidèrent de postposer de 3 ans le retour de la sonde. La sonde Hayabusa redémarra ensuite ses moteurs ioniques et revint sur Terre avec ses précieux échantillons le 13 juin 2010. Avant de se désintégrer de manière spectaculaire dans l'atmosphère, elle largua sa précieuse capsule qui fut récupérée dans le désert australien. Voici la photo de l'un des grains de poussière récolté sur l'Itokawa. Nous verrons qu'il apporte de précieuses informations sur l'origine de l'eau de la Terre.

Bien que cette mission se déroula pratiquement dans l'indifférence générale, nous pouvons applaudir la prouesse technique et les ingénieurs japonais car c'était la première fois qu'une tentative d'échantillonnage robotisée du sol d'un astre avec retour sur Terre fut couronnée de succès. En effet, ni la NASA ni l'ESA n'avait relevé ce genre de défi.

A voir : Hayabusa - Spectacular re-entry into Earth's atmosphere

Simulation de la mission (JAXA)

A gauche, une image obtenue le 19 novembre 2005 montrant l'ombre de la sonde spatiale Hayabusa se projetant sur l'astéroïde Itokawa. Au centre, illustration de la sonde Hayabusa (notez sous la sonde le bras extracteur d'échantillons) et du robot Minerva posé sur le sol. A droite, la capsule larguée par la sonde Hayabusa qui tomba en douceur dans le désert australien le 13 juin 2010. Documents JAXA.

Dawn visite Vesta et Cérès

Le 27 septembre 2007, la NASA envoya la sonde spatiale Dawn, propulsée par un moteur ionique, explorer les astéroïdes Vesta (2011) et Cérès (2015). Leur surface fut cartographiée et un spectromètre de masse analysa leur composition minéralogique. Les astronomes ont également étudié le rôle de l'eau dans le système solaire, Cérès étant recouvert d'une couche de glace de 60 à 120 km d'épaisseur, alors que Vesta est pratiquement sec.

Dawn emporta également un chip de silicium sur lequel sont gravés les noms de 200000 personnes, y compris des membres de la Planetary Society.

Hayabusa 2 explore Ryugu

Fin 2014, la JAXA envoya la sonde spatiale Hayabusa 2 explorer le petit astéroïde Ryugu d'environ 800 m de diamètre et de forme à peu près cubique. Pour rappel, Ryugu évolue sur une orbite traversant celle de la Terre qui lui vaut la désignation de "potentiellement dangereux" (PHA).

Hayabusa 2 atteignit Ryugu en 2018 et posa à sa surface le petit atterrisseur MASCOT fabriqué par le DLR (All.) et le CNES (F). Après 6 ans de voyage dans l'espace, le 6 décembre 2020 la capsule retomba en Australie, ramenant avec succès des échantillons dont le poids total ne dépasse pas 5.4 grammes (cf. Twitter).

Selon une étude publiée par l'équipe de Matthias Grott de l'institut DLR dans la revue "Nature" en 2019, les observations de MASCOT indiquent que les astéroïdes de classe C comme Ryugu sont plus poreux que prévu. Leur fragilité explique la rareté des météorites de ce type trouvées sur Terre. Ryugu pourrait contenir des molécules organiques intéressantes.

A gauche, une image de l'astéroïde Ryugu de ~800 m de diamètre obtenue en 2018 par la sonde spatiale Hayabusa 2. A droite, la capsule larguée par la sonde Hayabusa 2 contenant des échantillons de sol (des graviers et du régolite) qui retomba dans le désert australien le 6 décembre 2020. Documents JAXA.

Dans deux articles, le premier publié dans la revue "Nature" en 2021, par Toru Yada de la JAXA et ses collègues, le second publié dans la revue "Sciences Advances" par le géophysicien Timo Hopp de l'Université de Chicago et ses collègues, les chercheurs ont analysé les échantillons de Ryugu ramenés par la mission Hayabusa 2 en 2020.

Selon les résultats préliminaires, les graviers récoltés tels ceux présentés à droite contiennent de l'hélium, de l'azote, des gaz nobles ainsi que des traces d'isotopes gazeux produits par irradiation par les rayons cosmiques et le bombardement par le vent solaire.

Les chercheurs ont comparé les abondances de différents isotopes. Ils ont découvert que les échantillons contiennent un mélange d'isotopes de fer similaire à celui des chondrites carbonées de type CI (cf. les météorites) dont la signature isotopique est plus proche de celle de la nébuleuse solaire originelle qui donna naissance aux planètes, et peut-être même plus ancienne, comme celle de la matière interstellaire.

Les échantillons de Ryugu ramenés par la mission Hayabusa 2 sont constitués de cailloux de couleur noire et de poudre fine. Document T.Yada et al. (2021).

Ce type de météorite est probablement primitif et demeura inchangé depuis plus de 4.5 milliards d'années. C'est à ce jour, le matériau le plus primitif connu dans le système solaire. Mais il est également rare. Seuls quelques fragments ont été découverts sur Terre, comme la météorite d'Ivuna découverte en Tanzanie en 1938 (cf. A.J. King et al., 2020).

Selon Nicolas Dauphas de l'Université de Chicago et coauteur de cet article, ce qui rend le matériau primitif découvert sur Ryugu rare, c'est sa fragilité : "Les météorites de type CI sont très friables et fragiles. Elles se seraient donc vaporisées dans l'atmosphère ou n'ont pas été reconnues comme des météorites au sol" (car l'humidité les transforme en boue méconnaissable). Par conséquent, ce type d'astéroïde peut être beaucoup plus courant dans l'espace que sur le sol.

À partir de ces données, l'équipe japonaise a proposé un scénario plausible de l'évolution de Ruygu. Le corps parent beaucoup plus grand de Ryugu s'est formé dans la partie extérieure du système solaire. Après qu'un impact ait brisé le corps parent, certains fragments originaux se sont accrétés dans ce qui est devenu Ryugu. L'astéroïde passa un certain temps dans la Ceinture principale des astéroïdes, où les rayons cosmiques galactiques ont laissé leurs empreintes. Il y a seulement 3 à 8 millions d'années, l'astéroïde commença à migrer vers son orbite actuelle proche de la Terre où il accumula plus de matière issue du vent solaire.

Rappelons que les planétologues pensent que dans la première phase de formation du système solaire, Jupiter et Saturne ont dispersé gravitationnellement des matériaux dans le disque protoplanétaire dans deux directions : les matériaux dispersés vers l'intérieur sont devenus des chondrites non carbonées tandis que les matériaux dispersés vers l'extérieur sont devenus des chondrites carbonées. Certains auteurs ont proposé l'existence d'un troisième groupe contenant des matériaux primitifs du système solaire externe, mais rien ne prouvait son existence avant l'étude de Ryugu. Avec la découverte de la signature isotopique de matériau primitif dans la partie solide des échantillons de Ryugu, selon Dauphas on peut affirmer "qu'il existe clairement un autre groupe."

Dauphas pense que le troisième groupe est né plus loin du Soleil, car les géantes glacées Uranus et Neptune ont projeté des matériaux loin de leurs orbites. Certains astéroïdes sont partis vers le nuage d'Oort tandis que d'autres ont plongé vers l'intérieur du système, bien que ce groupe soit resté en dehors de la Ceinture principale.

OSIRIS-REx visite Bennu

En septembre 2016, la NASA envoya la sonde spatiale OSIRIS-REx vers l'astéroïde Bennu de 492 m de diamètre qu'elle survola en 2018 puis réussit à prélever 60 grammes d'échantillons de surface le 20 octobre 2020 grâce à un bras mobile robotisé et autonome dénommé TAGSAM (Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism). Le retour de la sonde avec ses échantillons est prévu en septembre 2023 dans le désert de l'Utah.

Des images et vidéos de la mission OSIRIS-REx sont disponibles sur le site Solar System Exploration de la NASA.

A voir : Tour of Asteroid Bennu, NASA-GSFC, 2020

La surface rocailleuse et couverte de débris (régolite) de l'astéroide Bennu de 492 m de diamètre photographiée par la sonde spatiale OSIRIS-REx de la NASA entre 2018 et 2019 à 80 km de distance. Sur la vidéo présentée ci-dessus, la résolution est de 20 cm. Documents NASA-GSFC/U.Az.

Comme illustré ci-dessus, les chercheurs furent surpris de découvrir une surface jonchée de cailloux au lieu d'une surface lisse sablonneuse à laquelle ils s'attendaient sur base des observations des télescopes terrestres et spatiaux. Les scientifiques ont également découvert que Bennu projetait des particules de roche dans l'espace.

Plus étonnant, lors de son bref atterrissage la sonde spatiale forma un cratère de 8 m de diamètre et profond de 40 cm alors qu'en laboratoire, les tests de prélèvement d'échantillons formaient à peine un divot.

En fait la poussière recouvrant la surface de Bennu est très poreuse et présente très peu de cohésion. La densité en surface varie entre 1.1 et 2.2. Si sur la Lune une masse de 50 kg lancée à 10 cm/s s'enfonce de seulement 5 mm, sur Bennu la même masse s'enfonce de 17 cm. Les particules présentent si peu de cohésion que si une personne marchait sur Bennu, elle aurait l'impression de marcher sur un tapis de sable sec ou de granulés très peu résistant et s'y enfoncerait jusqu'au mollet. La poussière de surface n'est maintenue que par la microgravité qui atteint seulement 0.0000077 fois celle de la Terre (cf. K.J. Walsh et al., 2022).

Sans le savoir les scientifiques eurent donc la bonne idée de lancer rapidement (6 secondes après le contact) les propulseurs de la sonde spatiale pour reculer immédiatement après avoir capturé la poussière et la roche de la surface de l'astéroïde, sans quoi la sonde se serait enfoncée dans le sol et n'aurait plus été capable de décoller.

A voir : OSIRIS-REx Sample Collection at Asteroid Bennu: SamCam View of TAGSAM, NASA, 2022

Asteroid Bennu’s Surprising Surface Revealed by NASA Spacecraft, NASA-GSFC, 2022

A gauche, le "Touch and Go" qui permit à la sonde spatiale OSIRIS-REx de la NASA de collecter un échantillon de sol de l'astéroïde Bennu le 20 octobre 2020. Voir aussi la vidéo ci-dessus. A droite, simulation de l'effet d'une faible cohésion de la poussière et des roches de surface sur une masse qu'on enfonce dans le sol peu résistant comme celui de l'astéroïde Bennu. Comparée à la Lune, une masse s'enfonce 34 fois plus profondément sur Bennu. Voir aussi la vidéo ci-dessus. Documents NASA.

DART

Le 24 novembre 2021 soit avec 5 mois de retard, dans le cadre de la mission DART (Double Asteroid Redirection Test), la NASA en collaboration avec l'ESA lança une fusée Falcon 9 de SpaceX en direction de l'astéroïde binaire Didymos (65803), un astéroïde carboné potentiellement dangereux pour la Terre (PHA) de 780 m de diamètre qui orbite à moins de 1.3 UA du Soleil.

Le but de la mission était que la sonde spatiale DART de 570 kg propulsée à 6.25 km/s percute le compagnon Dimorphos de 160 m de long et le dévie de sa trajectoire pour ainsi tester en conditions réelles la technique de l'impacteur cinétique. La collision se produisit avec succès le 26 septembre 2022. L'impact réduisit effectivement la période orbitale de Dimorphos de 32 minutes. On reviendra sur cette mission.

Lucy

La NASA lança la mission Lucy le 18 octobre 2021 vers l'astéroïde 52246 Donaldjohanson situé dans la Ceinture principale et qui explorera ensuite sept satellites Grecs et Troyens de Jupiter dont on ignore à peu près tout mais qui peuvent nous révéler d'intéressantes informations sur la formation et la chimie primordiale des planètes.

L'exploitation des astéroïdes

Ces différentes missions spatiales préfigurent un défi bien plus ambitieux, celui de coloniser les astéroïdes les plus proches afin d'en extraire des minerais ou d'autres matières premières. En effet, nous verrons que les astéroïdes représentent également une mine de ressources inestimable et qu'un jour ou l'autre, en raison de l'épuisement des réserves terrestres, inévitablement l'homme les exploitera. Mais si l'enjeu est avant tout économique, nous verrons qu'il est aussi écologique et sociétal car une exploitation incontrôlée risque de mettre en jeu la survie même des générations futures. Il faudra donc probablement édicter des règles strictes d'exploitation et imposer que certains astres soient des "réserves naturelles", c'est-à-dire interdits d'exploitation. On y reviendra.

Pour plus d'informations

Sur ce site

Les astéroïdes : une mine de ressources

Les Objets Transneptuniens et les KBO

Les membres de la Ceinture interne de Oort (Sedna, le Nuage de Hills et la 9e planète)

Histoires d'impacts

Eurêka ! Que faire si vous observez un objet suspect

Résolution 1080 sur la détection des astéroïdes

Sur Internet

Imagegallery of asteroids, comets, KBOs and other small bodies, The Planetary Society

Asteroids size comparison, MetaBallStudios, YouTube

Classification SMASS, Schelte J. Bus et Richard P. Binzel, Icarus, 2002

MPC Database

Liste des astéroïdes

Nombre d'astéroïdes découverts par inventeur ou instrument (2012)

Minor Planet Checker

Minor Planet & Comet Ephemeris Service

Asteroids - CBAT-MPC-ICQ Index

Ephémérides du JPL

Catalogues d'astéroïdes et autre KBO, PSI

Catalina Sky Survey, LPL/U.Az.

Spacewatch project

Asteroid and Comet Impact hazard, NASA/ARC

PHA Close Approaches To The Earth, MPC

David Jewitt, UCLA

NEO Program Office, JPL

NEO Information Centre (UK)

USNO-B1.0

Hunting Asteroids From Your Backyard, Dennis Di Cicco

The H and G magnitudes system for asteroids (PDF), BAA

Conversion of Absolute Magnitude to Diameter for Minor Planets, SFAU, SFAU

Growth of asteroids, planetary embryos and Kuiper belt objects by chondrule accretion (PDF), Anders Johansen et al., ArXiv, 2015

European Asteroidal Occultation Network (EAON)

Comité Consultatif sur les Météorites et les Impacts (MIAC/CCMI)

JPL

ALPO

Retour aux astéroïdes et autres petits corps

Retour au système solaire

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[7] John S. Lewis est né en 1947. Il est professeur émérite de planétologie et enseigna la cosmochimie au MIT puis fut un expert des astéroïdes et des comètes à l'Université d'Arizona. Il fut chercheur au Space Engineering Research Center (SERC) de l'Université d'Arizona et est membre émérite du comité de direction du Space Studies Institute fondé en 1977 par Gerard O'Neill. Lire également John S. Lewis, "Space Resources", Columbia University Press, 1987 et Mining The Sky", Basic Books, 1997.

[8] Hormis le métier d'astronaute qui paya un lourd tribu à la conquête de l'espace compte tenu du faible nombre d'équipages (depuis 1957 pas moins de 148 personnes ont péri dans cette aventure dont 22 astronautes et cosmonautes), les métiers les plus dangereux sont 1. bûcheron, 2. marin-pêcheur et 3. pilote d'avion dans le bush.

[9] A l'inverse de beaucoup de personnes, soulignons que les auteurs font bien la distinction entre "réserve" et "ressource". Comme dans le cas du pétrole, les ressources sont par définition inconnues puisque personne ne connaît avec précision où elles se trouvent et leur volume. En revanche, dès qu'on peut les quantifier, on parle de réserve (de pétrole), c'est-à-dire de stocks économiquement exploitables. En général, les réserves ont également une valeur boursière à travers les entreprises qui les exploitent. Actuellement, la Lune comme les astéroïdes disposent de ressources inconnues - elles sont justes extrapolées à partir d'analyses préliminaires - car même s'il existe des estimations de leur contenu en matières premières, il n'existe pas encore de perspective concrète d'exploitation économique.


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