Une vue d'artiste de l'astéroïde 2021 PH27 proche de Mercure. © Katherine Cain Scott Sheppard, Carnegie Institution for Science
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Découverte de l’astéroïde en orbite le plus rapide connu du Système solaire

ActualitéClassé sous :astéroïde , géocroiseur , astéroïdes Atira

Une des lois de Kepler indique qu'un corps céleste en orbite autour du Soleil sur une ellipse se déplace plus vite au plus près du Soleil, une autre que sa période orbitale est d'autant plus  courte qu'il en est proche. On vient de découvrir 2021 PH27, un astéroïde qui est parfois plus proche que Mercure du Soleil et qui est à ce moment-là le plus rapide connu.

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Au début de son célèbre cours de relativité générale, le prix Nobel de physique Steven Weinberg, récemment décédé, expliquait que pendant quelques décennies, les astronomes avaient multiplié les hypothèses pour rendre compte d’une mystérieuse anomalie concernant Mercure : l’avance anormale de son périhélie. On sait en effet depuis Kepler que les planètes se déplacent sur des orbites elliptiques et Newton a prouvé que cela était une conséquence de ses lois de la mécanique et de la gravitation. Mais les travaux ultérieurs de mathématiciens tels Lagrange, Laplace et Gauss ont montré également que lorsque l'on a plus de deux corps, les perturbations gravitationnelles que chacun exerce sur les autres conduisent à des modifications des mouvements de ces corps qui ne sont plus de simples ellipses et dont les paramètres déterminant la forme et la position dans l'espace de ces ellipses en particulier autour du Soleil varient dans le temps.

On peut ainsi calculer que le point d'une orbite elliptique d'une planète le plus rapproché du Soleil, son périhélie, peut tourner lentement au cours du temps autour de lui. C'est le cas de Mercure, de sorte qu'à chaque orbite bouclée, son périhélie se déplace. Mais tout calcul fait avec les principaux corps célestes connus de son époque, l'astronome français Urbain Le Verrier, qui s'était déjà illustré par la découverte par le calcul de Neptune en 1846 à partir d'anomalies du mouvement d'Uranus, arriva à la conclusion en 1859 que l'on ne pouvait pas rendre compte de la totalité du mouvement du périhélie de Mercure sans introduire la gravitation d'une nouvelle planète en orbite autour du Soleil qu'il a baptisée Vulcain.

Simon Newcomb, né le 12 mars 1835 à Wallace (Nouvelle-Écosse, Canada) et mort le 11 juillet 1909 à Washington DC, est un astronome, mathématicien, économiste et statisticien américain d'origine canadienne. C’est donc un exemple typique de polymathe, qui plus est autodidacte, parlant français, allemand, italien et suédois. Il était également alpiniste. © DP

Des corps inconnus ou une physique inconnue ?

Censée être de petite taille et proche, trop proche, du Soleil pour avoir été détectée plus tôt, Vulcain fut chassée par les astronomes et certains crurent l'avoir observée quelque part à l'intérieur de l'orbite de Mercure mais en vain. Toutefois, comme l'explique donc Weinberg, cette absence de détection pouvait s'expliquer soit par la présence de plus petits corps célestes encore plus difficile à détecter, comme des astéroïdes, soit par une modification de la loi de Newton en 1/r2 de la gravitation en postulant, comme l'avait fait l'astronome et mathématicien polymathe états-unien d'origine canadienne Simon Newcomb, une loi avec un exposant très légèrement différent de 2, ou encore en supposant que le Soleil n’était pas parfaitement sphérique. On peut montrer en effet en se basant sur la fameuse théorie du potentiel gravitationnel d'un objet de forme et de densité quelconque qu'il suffit de modifier un peu cette forme pour avoir des termes correcteurs à la loi en 1/r2 sans changer la théorie de Newton et rendant compte du mouvement de Mercure.

Toutes ces idées ne sont pas sans problème et on considère maintenant notamment qu'il n'y a pas assez de matière entre le Soleil et Mercure, fut-elle sous forme de poussières diffuses responsables de la lumière zodiacale, pour rendre compte du mouvement de Mercure. C'est finalement la théorie de la relativité générale d’Einstein qui peut en rendre compte parfaitement, mais il faudra attendre plusieurs décennies après la constitution de sa théorie en 1915 pour en être sûr.

Toujours est-il que l'on s'interroge aujourd'hui encore sur l'existence d'une hypothétique petite population d'astéroïdes dont les orbites sont toujours internes à celle de Mercure et que l'on a appelés des vulcanoïdes. On sait par contre qu'il existe une population de petits corps célestes sur des orbites contenues à l'intérieur de l'orbite terrestre et que l'on a appelés des astéroïdes apoheles ou encore des astéroïdes Atiras en référence à (163693) Atira, le premier du genre découvert en 2003 et qui porte le nom d'une déesse de la tribu des Pawnees.

Une illustration d'artiste, pas à l'échelle, montrant les caractéristiques principales de 2021 PH27. © Katherine Cain Scott Sheppard, Carnegie Institution for Science

2021 PH27, une comète éteinte ?

Un nouvel astéroïde Atira vient justement d'être découvert et il a reçu pour nom temporaire 2021 PH27. Les premières estimations de ses paramètres orbitaux et de ses caractéristiques lui font battre deux records car c'est tout à la fois l'astéroïde ayant le plus petit axe mineur pour son orbite elliptique connu à ce jour (ce n'est pas le plus proche du Soleil car la distance au périhélie est fonction de la longueur du petit axe ET de l'excentricité de l'ellipse et en l'occurrence on connait des astéroïdes avec un périhélie plus petit) et lorsqu'il se retrouve proche de son périhélie il est aussi le plus rapide. Si l'on veut être précis on peut se limiter à dire, étant donné que la période orbitale de 2021 PH27 est de 113 jours, que c'est la plus courte connue. 2021 PH27 semble avoir environ un kilomètre de diamètre et il peut s'approcher à seulement 20 millions de kilomètres du Soleil environ. De fait, sa température de surface peut atteindre les 500 °C, ce qui est suffisant pour faire fondre le plomb. Pour mémoire, le périhélie de Mercure se trouve à environ 46 millions de kilomètres du Soleil.

2021 PH27 semble être sur une orbite instable et finira probablement soit par entrer en collision avec Mercure, Vénus ou le Soleil dans quelques millions d'années, soit par être éjecté du Système solaire interne par l'influence gravitationnelle des planètes internes.

Ce destin n'est peut-être pas différent de son passé. En effet, 2021 PH27 se trouve sur une orbite assez excentrée qui lui fait croiser les orbites de Mercure et de Vénus. Ce n'est pas un géocroiseur mais comme tout Atira, c'est bel et bien un near-Earth object (NEO) et il est possible qu'il ait initialement fait partie de la Ceinture principale d'astéroïdes avant que, là aussi, des perturbations gravitationnelles comme celles causées par Jupiter et Saturne l'aient envoyé sur son orbite actuelle.

Toutefois, son orbite est inclinée d'environ 32° par rapport au plan orbital de l'écliptique, ce qui suggère qu'il pourrait également être un ancien noyau cométaire ayant perdu toutes ses glaces, une comète éteinte donc. Ce qui est certain c'est que sa proximité au Soleil et son excentricité doivent lui faire subir des effets relativistes encore plus grands que dans le cas de Mercure, avec donc une précession du périhélie relativiste plus importante.

Comme tous les astéroïdes découverts sur des orbites internes à celle de la Terre, c'est au crépuscule, juste après le coucher du soleil, ou avant le lever du soleil, qu'il est le plus facile de les détecter. Dans le cas présent, la découverte a été en fait un sous-produit du programme de recherche concernant l'énergie noire menée avec le télescope équipé de la DECam (pour Dark Energy Camera), l'un des imageurs CCD à grand champ les plus performants au monde : le Dark Energy Survey (DES).

Bien qu'originellement centré sur l'étude des galaxies et des amas de galaxies, le DES permet aussi d'étudier les petits corps célestes dans le Système solaire. On peut citer comme l'une de ses découvertes l'astéroïde 2015 HM10 ou encore la comète géante Bernardinelli-Bernstein.

Un astéroïde qui orbite autour du Soleil en seulement 113 jours – la période orbitale la plus courte connue pour un astéroïde et la deuxième plus courte pour tout objet de notre Système solaire après Mercure – a été découvert par Scott S. Sheppard de la Carnegie Institution for Science dans des images prises par Ian Dell'Antonio et Shenming Fu de l'Université Brown. © Ian Dell'Antonio, Shenming Fu
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