Les astéroïdes : le point sur nos connaissances et sur leur exploration

Qu’est-ce qu’un astéroïde ? Le point sur ces objets célestes présents en masse dans notre Système solaire, et sur les premières missions de retour d’échantillons Hayabusa 1 et 2, OSIRIS-REx, ainsi que sur les projets à venir.

Vue d'artiste de la sonde OSIRIS-REx au dessus de la surface de l’astéroïde Bennu : la surface est gris foncé avec de gros rochers, le fond de l'image est un ciel bleu marine étoilé et la sonde est représentée au milieu de l'image.
Vue d’artiste de la sonde OSIRIS-REx au-dessus de l’astéroïde Bennu. Crédit : Nasa/Goddard/University of Arizona

Définition d’un astéroïde

Littéralement, le mot astéroïde signifie « qui ressemble à une étoile » en grec ancien. Un astéroïde se compose de roches, de métaux et de glaces, et sa taille peut varier de quelques mètres à plusieurs centaines de kilomètres. Ces petits corps sont des résidus de la formation du Système solaire, c’est-à-dire des éléments qui n’ont pas été agrégés au sein d’une planète.

Localisation

Le premier astéroïde de notre Système solaire à avoir été découvert est Cérès, en 1801. Il est également qualifié de planète naine aujourd’hui, et fait partie de la ceinture d’astéroïdes ou ceinture principale située entre Mars et Jupiter. Il en est le plus gros objet parmi plus de 720 000. La ceinture principale est le réservoir d’astéroïdes le plus important du Système solaire.

Schéma de la ceinture d’astéroïdes : on voit le Soleil vers la gauche de l'image, avec la Terre et son orbite, puis en couleur marron la ceinture principale, et au premier plan Jupiter.
La ceinture principale entre Mars et Jupiter. Crédit : JPL/Nasa

On trouve également des astéroïdes sur des orbites très proches de celle de Jupiter : ce sont les astéroïdes troyens qui sont environ 7200. En outre, les centaures sont des astéroïdes qui gravitent entre les orbites des planètes géantes gazeuses – on en compte entre 200 et 500 – et un autre réservoir est la ceinture de Kuiper, située au-delà de l’orbite de Neptune avec plus de 3000 objets.

Schéma du Système solaire vu de dessus avec les orbites dessinées des planètes Mercure, Vénus, Terre, Mars et Jupiter. Sur fond bleu marine on voit des points blancs entre les orbites de Mars et Jupiter qui représentent la ceinture principale, et des points verts en deux endroits sur l'orbite de Jupiter qui sont les astéroïdes troyens.
Ceinture principale et astéroïdes troyens. Crédit : Mdf/Domaine public

Enfin, il existe des astéroïdes dits géocroiseurs, dont la trajectoire est très proche de l’orbite de la Terre. On en dénombre environ 20 000. Les géocroiseurs sont divisés en quatre catégories, selon que leur orbite est complètement incluse dans celle de la Terre (Atira), principalement à l’intérieur (Aton) ou à l’extérieur (Apollon) de l’orbite terrestre, ou encore autour de celle de la Terre (Amor).

Schéma des quatre types de trajectoires des astéroïdes géocroiseurs. Autour du Soleil, un quasi cercle vert pour les astéroïdes Atira, un quasi cercle rouge pour les Aton, une ellipse rouge pour les Apollon et une ellipse verte pour les Amor ; tout cela comparé à l'orbite terrestre grossièrement représentée par un cercle bleu.
Les quatre types de trajectoires des astéroïdes géocroiseurs. Crédit : Wiki Remi/CC BY-SA 4.0

Les différentes catégories d’astéroïdes

A la différence des comètes, les astéroïdes sont rarement le siège d’un dégazage. Ainsi, seuls quelques-uns sont qualifiés d' »actifs ». De manière générale, ils sont classés en trois catégories principales.

D’abord on citera les corps de type C (« carboné ») qui représentent 75 % des astéroïdes. Très sombres, ils se rapprochent des météorites chondrites carbonées. Leur composition chimique est proche de celle du Système solaire primitif, sans les éléments légers et volatils comme les glaces.

Les astéroïdes de type S (« silicaté ») quant à eux – 17 % des astéroïdes connus – sont assez brillants et riches en métaux, notamment en fer, en nickel et en magnésium. Ils se rapprochent des météorites sidérolithes.

Enfin, les astéroïdes de type M (« métallique ») sont brillants et constitués d’un alliage de fer et de nickel. À noter qu’il existe des types secondaires d’astéroïdes que l’on ne détaillera pas ici.

Animation où l'on voit l’astéroïde Vesta sur fond noir : il tournoie et l'on voit ainsi toute sa surface irrégulière pourvue de petits cratères, en couleurs gris et blanc.
L’astéroïde Vesta représente le rare type d’astéroïdes V, aux propriétés de chondrites basaltiques. Crédit : Nasa/JPL-Caltech/UCLA

Hayabusa ramène les premiers fragments d’astéroïdes sur Terre

Les missions Hayabusa 1 et 2 (« Faucon pèlerin 1 et 2 » en français) de l’Agence spatiale japonaise (Jaxa) sont les toutes premières et les seules à ce jour à avoir rapporté des échantillons d’astéroïde sur Terre. Lancée en 2003, la première a rejoint Itokawa en 2005, et cinq ans plus tard est parvenue à ramener avec elle sur Terre un peu de matière de l’astéroïde de type S.

La sonde Hayabusa 1 est représentée au premier plan, ses panneaux solaires à gauche et à droite, son "corps" carré recouvert de matériau protecteur doré et une parabole sur le dessus. Derrière, on voit l’astéroïde Itokawa, une sorte de patate de couleur grise à la verticale, éclairée par le dessus et parsemée de cailloux. Sur fond étoilé.
Vue d’artiste de la sonde Hayabusa 1 devant Itokawa. Crédit : Jaxa

Très précisément, 1543 grains de poussière de tailles comprises entre 3 et 40 micromètres (10-6 mètres) ont été rapportés. Leur analyse les apparente à des chondrites et indique qu’Itokawa serait le résultat de la fragmentation puis du ré-assemblage d’un astéroïde plus gros, suite à de multiples chocs. Hayabusa 1 a notamment contribué à améliorer la connaissance des astéroïdes grâce à des photos à haute résolution prises sur place.

L’astéroïde Itokawa : une patatoïde gris clair, à l'horizontale légèrement inclinée vers la gauche, éclairée par le dessous et parsemée de cailloux. Sur fond noir.
L’astéroïde Itokawa vu par Hayabusa 1. Crédit : Jaxa

Hayabusa 2 devrait nous éclairer sur la nébuleuse solaire

La mission Hayabusa 2 a quant à elle rejoint l’astéroïde Ryugu en juin 2018 et l’a étudié pendant plus d’un an. Cet astre est un astéroïde de type C actif, qui présente donc une activité cométaire et est susceptible de contenir des matériaux organiques…

Très similaire à son prédécesseur, le satellite Hayabusa 2 est parvenu à déposer plusieurs petits engins pourvus d’instruments de mesure sur le sol de l’astéroïde, situé à plus de 340 millions de kilomètres de nous. Deux prélèvements d’échantillons ont été effectués, pour un total de 5,4 grammes – au lieu de 100 milligrammes prévus initialement – rapportés sur Terre le 5 décembre 2020.

Animation où l'on voit l’astéroïde Ryugu, sphère irrégulière marron, et le satellite Hayabusa qui s'en approche par le dessus, récolte un échantillon de sol, puis redécolle.
Animation de la récolte d’échantillons par Hayabusa 2. Crédit : DLR/German Aerospace Center

Les échantillons ramenés par Hayabusa 2 se composent de grains de poussière assez gros, toujours très noirs et parfois pourvus de petits points blancs comme certaines météorites de type carboné. Les scientifiques ont à présent sous la main de gros grains de taille de l’ordre du millimètre, ce qui est très prometteur pour les futures analyses comparé à la fine poussière récoltée par Hayabusa 1.

La solidité de ces grains est en cours d’étude et devrait fournir des renseignements sur les propriétés mécaniques de la surface de Ryugu. Ces propriétés seront également comparées à celles des météorites carbonées, qui ont résisté à la traversée de l’atmosphère terrestre.

Deux photos côte à côte dans lesquelles ont voit des grains de poussière noir : à gauche, ils sont plus petits qu'à droite. Les photos très zoomées donnent l'impression d'observer des cailloux noirs.
Échantillons de l’astéroïde Ryugu rapportés sur Terre par Hayabusa 2. Crédit : Jaxa

Dans les prochains mois, l’analyse de ces échantillons uniques devrait améliorer la compréhension du rôle des astéroïdes de type C dans l’émergence de la vie sur Terre, et permettre de remonter jusqu’à la composition de la nébuleuse solaire, c’est-à-dire de notre Système solaire avant que les planètes ne se forment.

L’Américaine OSIRIS-REx et la Chinoise Zheng He

Par ailleurs, au mois de mai 2021, la sonde américaine OSIRIS-REx, lancée en 2016, a définitivement quitté l’orbite de l’astéroïde Bennu. Cet astéroïde est géocroiseur de type Apollon. C’est notamment pour cette facilité d’accès qu’il a été choisi, et car il aurait très peu évolué depuis la formation du Système solaire. Après un an de récolte d’échantillons, OSIRIS-REx doit atterrir avec son précieux butin dans le désert de l’Utah (Etats-Unis) le 24 septembre 2023.

Enfin, le dernier projet connu de retour d’échantillon d’astéroïde est la mission Zheng He. Il est développé par la China Academy of Space Technology (CAST), le principal constructeur chinois des satellites d’application et scientifiques. Son but est de ramener un peu du sol de l’astéroïde Kamoʻoalewa, un quasi-satellite de la Terre ayant lui aussi subi très peu de changements depuis l’époque de la formation du Système solaire. La mission doit être lancée en 2022 par une fusée chinoise Longue Marche 3, et devrait nous rapporter son trésor en 2025.

Pour terminer, on mentionnera un astéroïde bien particulier, un corps venu d’ailleurs : Oumuamua. Le 19 octobre 2017 en effet, pour la première fois de l’histoire de l’astronomie, un objet céleste en provenance de l’extérieur de notre Système solaire a été détecté. Ce corps interstellaire fait depuis beaucoup parler de lui, notamment depuis qu’un professeur d’Harvard a interprété sa trajectoire comme le signe d’une vie extraterrestre intelligente… Pour en savoir plus sur Oumuamua, lisez notre article qui lui est consacré.

Oumuamua, le premier objet interstellaire détecté par l’Homme. Crédit : ESO/M. Kornmesser
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