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Un exemple : l’astéroïde Éros et la mission Near Shoemaker

Dossier - Les fascinants astéroïdes du Système solaire
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Les astéroïdes peuvent nous fournir de formidables renseignements sur la naissance du Système solaire. Certains, les géocroiseurs, représentent toutefois une menace pour la Terre. Découvrez tout de ces objets aussi précieux qu’inquiétants dans ce dossier.

  
DossiersLes fascinants astéroïdes du Système solaire
 

L'astéroïde Éros a été découvert en 1898 par G. Witt (Allemagne) et A. Chalois (France). C'est le premier astéroïde qui possède un nom masculin : celui du dieu grec de l'amour.

Éros, un astéroïde de la famille des Amors

L'astéroïde Éros appartient à la famille des Amors, une des familles d'objets qui, contrairement à la plupart des astéroïdes, n'ont pas leur orbite confinée entre celles de Mars et Jupiter mais qui peuvent s'approcher de celle de la Terre (NEA : Near Earth Asteroid) ou même couper son orbite (ECA : Earth-Crossing Asteroid).

La sonde Near Shoemaker (Near pour Near Earth Asteroid Rendezvous), a été lancée le 17 février 1996 par la Nasa pour atteindre l'astéroïde (433) Éros. © Nasa/JPL/JHUAPL

Éros est le deuxième plus gros astéroïde NEA et le premier découvert. Cette caractéristique orbitale a suscité de nombreuses études sur les risques de collisions. L'étude de sa composition a permis de nous renseigner sur le Système solaire primitif. Par ailleurs la proximité a facilité son exploration par une sonde spatiale.

La mission Near Shoemaker

La mission Near Shoemaker (Near pour Near Earth Asteroid Rendezvous) est la première du programme Discovery, une initiative de la Nasa pour observer les astéroïdes proches de la Terre.

Son but était de mettre en orbite une sonde autour de l'astéroïde 433 Éros. Son coût maximum fut fixé à 150 millions de dollars pour la construction, le lancement et le suivi. La mission Near a été dirigée par le laboratoire universitaire de physique appliquée de Johns Hopkins, dans le Maryland. Near fut lancée le 17 février 1996.

Après trois ans de voyage et des problèmes de propulsion, la sonde Near Shoemaker s'est mise en orbite autour de l'astéroïde Éros le 14 février 2000 pour environ un an. Durant son trajet, elle est passée à 1.200 km d'un astéroïde de classe C : 253 Mathilde. La mission s'est terminée en février 2001.

Une sonde en orbite autour d'un astéroïde

Comme le premier engin à se mettre en orbite autour d'un astéroïde, la mission Near a permis de répondre à des questions fondamentales sur la nature et l'origine des objets proches de la Terre. Ces objets sont intéressants pour plusieurs raisons :

  • Ces objets sont à la source des corps qui sont entrés en collision avec la Terre et qui ont influencé l'évolution de l'atmosphère et de la vie. La composition et la provenance des astéroïdes est la clé du lien entre les météorites et les astéroïdes et peut élucider la nature des impacts des astéroïdes sur la Terre. Les différentes missions pourraient donc résoudre le paradoxe photométrique : les astéroïdes les plus abondants sont de type C alors que les météorites sont essentiellement de type S.
  • La nature du Système solaire primitif est préservée sous plusieurs formes comme les astéroïdes. Les astéroïdes proches de la Terre, contiennent donc les clés de la nature des planètes du système interne dont fait partie la Terre.

La mission Near a effectué les premières mesures quantitatives de la composition et de la nature d'un astéroïde. Ces mesures ont été analysées par l'Académie des Sciences et représentaient l'objectif scientifique principal de l'exploration des corps primitifs. La mission Near a permis de mesurer :

Les instruments de la sonde Near Shoemaker

La sonde a la forme d'un prisme hexagonal avec 4 panneaux solaires et une antenne radio fixe de 1,5 m. Elle contient le matériel suivant :

  • Une caméra d'imagerie multispectrale (MSI) pour déterminer la forme, les caractéristiques de la surface et une carte de la distribution des minéraux ;
  • Un altimètre laser (NLR) pour déterminer la topographie et construire un modèle de l'astéroïde ;

Le champ de gravité est estimé à partir de la trajectoire de Near autour de l'astéroïde. Toutes les données ont été envoyées sur Terre, analysées et publiées en temps réel.

Schéma de la sonde Near Shoemaker. © Nasa

Description de l'astéroïde Éros

Éros est un astéroïde de type S, sujet d'un débat sur la relation avec les météorites (d'où les météorites viennent-elles ?). Un des buts de la mission Near était de déterminer l'abondance relative des éléments clés (fer, silicium, magnésium ou autres) associés à d'autres minéraux.

La masse d'Éros est de 5.1015 kg. Éros a une forme allongée en forme de pomme de terre avec des dimensions estimées de 40,5 par 14,5 par 14,1 km. Il est un des trois astéroïdes proches de la Terre dont le diamètre est supérieur à 10 km. Éros présente une forme concave à sa surface. Cette forme a été déterminée par une anomalie lors de sa rotation. Son albédo est de 0,16.

Une vue de Éros. © Near Project, NLR, JHUAPL, Goddard SVS, Nasa

On note une différence dans la répartition des minéraux. En effet, les pyroxènes sont plus concentrés d'un côté que de l'autre. De plus, on note la répartition opposée pour l'olivine.

Il n'y a ni atmosphère ni eau sur Éros d'après les données actuelles. La température diurne est de 100 °C et la température nocturne est de -150 °C.

Sa gravité est faible mais suffisante pour que la sonde ait pu rester en orbite (un objet de 45 kg sur Terre pèse 30 g sur Éros et un objet lancé de la surface de l'astéroïde à 10 m/s est mis sur orbite).

Composition chimique de l'astéroïde Éros

Les premières données sur la composition minéralogiques d'Éros ont démontré la présence de magnésium, de fer, de silicium et probablement d'aluminium et calcium. Elles ont été obtenues grâce à une émission (explosion) du Soleil qui a excité les minéraux de l'astéroïde et qui ont émis des rayons fluorescents analysés par la sonde. Cette analyse est un bonus à la mission puisqu'elle n'était pas prévue.

Les cratères d'Éros

La première détection du laser nous a montré la topographie de l'astéroïde en répertoriant les creux et les bosses situés en surface. La sonde a envoyé régulièrement des images multispectrales d'Éros. Son orbite autour de l'astéroïde a facilité sa tâche et les différences d'illumination ont permis d'augmenter les contrastes d'altitude. Ces images nous présentent des chaînes de cratères (jusqu'à 80 m de diamètre et 10 m de profondeur), des rochers d'au moins 50 m et de grandes rides qui s'étendent sur quelques kilomètres en surface.

Visible sur les flans de beaucoup de cratères, du matériel fragmenté est observable à la surface de l'astéroïde : le régolithe. Il serait dû aux impacts sur l'astéroïde. À la suite de cette étude, on peut remarquer qu'Éros est couvert de cratères dont le diamètre est inférieur à 1,5 km. La totalité de la surface d'Éros a été répertoriée, mesurée et analysée.

Dessin de la sonde Near Shoemaker en orbite autour d'Éros. © DR

Éros, un astéroïde proche de la Terre

Contrairement aux astéroïdes dont la trajectoire est généralement située dans le ceinture d'astéroïde entre Mars et Jupiter, Éros fait partie des astéroïdes qui sont proches de la Terre (ceinture interne). Il serait issu d'une comète morte ou d'un fragment de collision d'astéroïdes. On connaît environ 250 astéroïdes proches de la Terre et les spécialistes estiment à 1.000 ceux qui ont un diamètre de plus d'un km.

Une orbite inhabituelle

Éros fait partie du groupe des Amors avec une orbite qui croise celle de Mars mais pas celle de la Terre. Sa trajectoire est elliptique autour du Soleil et sa période de révolution est de 1,76 ans. Son orbite est inclinée de 10,8 degrés par rapport au plan de l'écliptique. L'excentricité de son orbite est de 0,223. Sa distance minimum au Soleil (périhélie) est de 1,13 UA (169.000.000 km) et sa distance maximale au Soleil (aphélie) est de 1,78 UA (266.000.000 km). Sa distance moyenne au Soleil est donc de 1,46 UA (218.000.000 km).

Éros a approché la Terre en 1901, 1931 et le 23 janvier 1975. La distance Terre-Éros était de 0,15 UA (22.000.000 km), la plus petite connue dans ce siècle. À cause de ces rapprochements répétés, Éros est devenu un objet important dans la masse du système Terre-Lune.

L'orbite d'Éros croise celle de Mars au niveau de son périhélie mais l'inclinaison de l'orbite d'Éros réduit le risque de collision. Mars n'a jamais été à moins de 0,24 UA d'Éros alors que la Terre a été à 0,15 UA de l'astéroïde. Ce phénomène s'est produit en janvier quand Éros était à son périhélie. La Terre, à cette époque, était aussi proche du sien (0,984 UA).

Les orbites de planètes et d'astéroïdes peuvent changer sur de très longues périodes. Les données accumulées seront donc sûrement vérifiées pendant les prochaines centaines d'années.

Axe de rotation d'Éros

Éros possède une période de rotation de 5,27 heures. L'axe de rotation d'Éros est proche du plan de son orbite, comme la planète Uranus. Ceci donne à l'astéroïde des saisons exagérées, même si la notion de saisons sur un astéroïde reste un peu utopique. En mars, c'est l'été sur le pôle nord : l'ensoleillement est continu. L'équivalent de l'équinoxe d'automne sur Terre est visible sur Éros au mois de juin. À cette époque, le pôle sud rentre dans une période d'ensoleillement continu de 12 mois alors que le pôle nord est dans le noir.