Astronomie des astéroïdes II

Second article concernant l'astronomie des astéroïdes extrait du cours d'Alain Doressundiram et Raphael Moreno. Les cailloux ne sont pas tous pareils et appartiennent à différentes classes, en fonction de leur nature ou de leur localisation dans le système solaire...

Notez que l'article n'étant pas récent, il est normal de retrouver des informations parfois plus à jour sur les découvertes des transneptuniens dans ce que j'ai déjà publié sur ce blog. AL

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PANORAMA DE LA POPULATION ASTÉROÏDALE

Des géocroiseurs à la Ceinture Principale d'Astéroïdes

La grande majorité des astéroïdes occupe une "ceinture" située entre Mars et Jupiter, et connue sous le nom de ceinture principale, qui s'étend entre 2,1 et 3,3 UA du Soleil. Un petit nombre ont leur demi-grand axe plus grand ou plus petit, ou une excentricité telle qu'ils n'appartiennent pas à cette région (figure ci-contre). Faisons un petit tour du Système Solaire des astéroïdes en commençant par les plus proches de notre étoile.

Nous rencontrons tout d'abord le groupe des Aten (les groupes d'astéroïdes sont souvent dénommés d'après le nom du premier membre découvert, en l'occurrence ici, 2062 Aten), qui a un demi-grand axe a < 1,00 UA donc tourne autour du Soleil en moins d'une année terrestre. Il est à noter que ces objets croisent l'orbite de la Terre (distance à l'aphélie Q ≥ 0,983).
Ensuite, nous avons encore deux autres groupes d'astéroïdes, le groupe des Apollo (a > 1,00 UA et distance au périhélie q ≤ 1,02) et le groupe des Amor (a > 1,00 UA et 1,02 < q ≤ 1,30). Les objets Amor ne croisent donc, actuellement, que l'orbite de Mars. L'ensemble des Objets Aten-Apollo-Amor sont souvent dénommés OAAA, ou NEAs, (acronyme des mots anglais Near Earth Asteroids) ou encore géocroiseurs. Ce sont ces objets qui présentent un danger de collision potentiel avec la Terre, et qui sont étroitement surveillés.
Plus loin du Soleil, nous trouvons le groupe de Hungaria entre 1,82 et 2,00 UA, bien en dehors de l'orbite de Mars (1,52 UA). A cause de l'excentricité de son orbite, Mars a « nettoyé » la région entre 1,38 et 1,66 UA.
Enfin, nous atteignons la région très peuplée de la ceinture principale d'astéroïdes (CPA). Cette région est clairement entrecoupée d'espaces vides d'astéroïdes : les lacunes de Kirkwood. Nous reparlerons de ces lacunes et de leur signification un peu plus loin.

Des troyens aux objets trans-neptuniens

A la frontière de la ceinture principale d'astéroïdes, on trouve le groupe de Cybeles (3,2 UA), et plus détaché se trouve le groupe de Hildas à 4 UA du Soleil.
Ensuite, sur la même orbite que Jupiter, aux points de Lagrange L4 et L5, une population d'objets suit et précède la planète géante d'un angle de 60° avec le Soleil : les Troyens. Plusieurs centaines d'astéroïdes de ce type sont connus ; parmi les plus gros sont 624 Hektor (222 km), 588 Achilles (147 km) et 617 Patroclus (149 km).
Il existe aussi un petit nombre d'astéroïdes (appelés Centaures) dans la partie externe du Système Solaire : 2060 Chiron se situe entre Saturne et Uranus ; l'orbite de 5335 Damocles commence près de Mars, et va jusqu'au delà d'Uranus ; 5145 Pholus orbite de Jupiter jusqu'à Neptune. Il y en a probablement beaucoup d'autres, mais de telles orbites croisant celles des planètes géantes sont instables, et hautement susceptibles d'être perturbées dans le futur. La composition de ces objets est probablement plus proche de celle des comètes que de celle des astéroïdes ordinaires. En particulier, Chiron est désormais considéré comme une comète. D'ailleurs, astéroïdes et comètes, loin de former deux populations bien distinctes ont des liens très étroits.

Pour conclure ce panorama des astéroïdes, il faut signaler la présence de deux autres populations d'astéroïdes situées encore plus loin du Soleil. La première est la ceinture d'Edgeworth-Kuiper (ou objets trans-neptuniens) située au delà de l'orbite de Neptune entre 30 et 100 UA environ. Son existence a été prédite conjointement par Edgeworth (1949) et Kuiper (1951) pour expliquer l'origine des comètes à courte période. La première observation d'un objet trans-neptunien a été faite beaucoup plus tardivement (pour des raisons techniques évidentes, dues à la faible magnitude de ces objets) par Jewitt et Luu en 1992. Il s'agit de 1992 QB₁ qui a un demi-grand axe de 44,2 UA. A une distance aussi lointaine, on pense que ces objets pourraient constituer un réservoir de comètes, avec une composition de glaces et de roches. L'étude de ces corps sera l'objet de la mission NASA New Horizons, lancée en 2006, et qui devrait atteindre la ceinture de Kuiper après 2015.

Aux confins du système solaire se trouve un vaste nuage de comètes, que l'on pense être de forme sphérique : le nuage de Oort. Composé probablement de 10¹² objets, il s'étend au delà de l'orbite de Pluton entre 30000 UA et une année lumière ou plus. C'est très probablement le réservoir des comètes à longue période. Il n'a encore jamais été observé directement.

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LES LACUNES DE KIRKWOOD

La figure donnant la distribution des astéroïdes en fonction de leur demi-grand axe montre clairement que certaines régions sont vides d'astéroïdes. Ces lacunes, découvertes en 1867 par D. Kirkwood qui leur a donné son nom, représentent des périodes orbitales interdites, et non des distances héliocentriques interdites. En effet, les astéroïdes, proches des lacunes de Kirkwood, possèdent une orbite suffisamment allongée pour leur permettre de traverser ces lacunes fréquemment. Ainsi, la Figure ci-contre qui est un instantané des positions des astéroïdes le 17 Mai 2005, ne révèle pas de lacunes.

Les lacunes de Kirkwood correspondent à des périodes orbitales qui sont commensurables avec la période de révolution de Jupiter. Une telle commensurabilité a lieu quand la période de révolution d'un astéroïde est un multiple p/(p+q) de la période de révolution de Jupiter, où p et q sont des entiers de l'ordre de l'unité. Traditionnellement, ces commensurabilités s'appellent résonances de moyen mouvement et se notent (p+q) : p. Ainsi, la résonance 3:1 concerne les astéroïdes qui effectuent trois révolutions pour une effectuée par Jupiter. 

Les résonances sont très importantes pour comprendre la dynamique des astéroïdes de la ceinture principale. En effet, les résonances sont des zones chaotiques du Système Solaire et on montre qu'elles gouvernent les mécanismes responsables du transfert des astéroïdes de la ceinture principale d’astéroïdes (CPA) vers les astéroïdes géocroiseurs. Ainsi, un astéroïde tombant dans une résonance (par le biais de collisions ou perturbations par un autre astéroïde proche de lui) est très vite (quelques millions d'années) éjecté de la CPA. 

A SUIVRE : Diversité des astéroïdes, portraits et composition