Planétologie/Les astéroïdes

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Comparaison de la taille de divers astéroïdes du système solaire.

Les astéroïdes sont des petits corps rocheux, des sortes de gros cailloux flottants dans l’espace. Avant de rentrer dans l'atmosphère et de tomber sur Terre, les astéroïdes orbitent autour du Soleil, ou d'une planète. La plupart des astéroïdes sont trop petits pour atteindre une forme sphérique et leur forme est irrégulière, patatoïde pourrait-on dire. Certains astéroïdes sont même formés de plusieurs lobes qui s'accrochent souvent à un petit corps central. Ces astéroïdes conservent leur forme grâce à diverses forces de cohésion qui les empêchent d'éclater en morceaux. La gravité est certes une force de cohésion importante pour les planètes, mais elle se fait plus discrète pour les astéroïdes. Les forces de cohésion sont essentiellement des forces de nature électromagnétiques, les forces de Van der Waals étant prédominantes.

Classification spectrale[modifier | modifier le wikicode]

Il est possible de déterminer la composition chimique des astéroïdes en analysant la lumière qu’ils réfléchissent. Il apparait de ces analyses que tous les astéroïdes n'ont pas la même composition chimique, comme les analyses sur les météorites nous le font naturellement penser. Les astéroïdes sont classés selon leur albédo, leur couleur et leur spectre. La toute première classification présupposait que ces informations permettaient de déterminer la composition chimique de l'astéroïde sans interprétation ou analyse plus poussée. Elle distinguait seulement trois types :

  • le type C, supposé riche en carbone ;
  • le type S, supposé riche en silicates ;
  • le type M, supposé riche en métaux.

Ces types étaient subdivisés en sous-types distincts, que nous n'aborderons pas ici en détail. On peut cependant dire qu'il est possible de comparer ces types spectraux avec ceux de certaines météorites. Et de telles comparaisons permettent parfois de retrouver quel est le corps dont proviennent les météorites. C'est par de telles comparaisons que l'on a découvert la provenance des météorites HED : ce sont des fragments de l’astéroïde Vesta. Les spectres de l’astéroïde Vesta et des météorites HED sont en effet quasiment identiques, avec une précision remarquable ! Mais une telle correspondance est relativement rare. Par exemple, la comparaison entre astéroïdes de types S et chondrites ordinaires est moins précise, quoique suffisamment pour que l'on soupçonne un lien assez étroit. Cependant, il est supposé que la différence provient de l'érosion par le vent solaire. La surface des astéroïdes de type S, soumise au rayonnement solaire et aux particules du vent solaire, subirait diverses modifications chimiques et physiques, du fait de l'érosion spatiale. Si on calcule le type spectral d'un astéroïde en retirant l'effet de l’altération spatiale, la correspondance avec les chondrites ordinaire est alors nettement meilleure ! Des études similaires nous disent que les astéroïdes de type M correspondraient aux météorites ferreuses, alors que les astéroïdes de type C seraient les corps-parents des chondrites carbonées. Chose que l'on pouvait déjà deviner compte tenu de la composition chimique supposée de ces astéroïdes.

Localisation des astéroïdes[modifier | modifier le wikicode]

Localisation des astéroïdes principaux.

Les astéroïdes sont généralement localisés sur des orbites relativement précises, riches en astéroïdes. Les astéroïdes situés sur des orbites similaires (qui ont des paramètres orbitaux similaires, pour être précis) sont regroupés dans ce qu'on appelle une famille.

  • Certains astéroïdes sont proches de l'orbite terrestres, d'où leur nom de Near-Earth Objets. Selon leur orbite, ils sont classés en trois familles, qui ont reçu le nom d'amor, apollo, et aten.
  • La plupart des astéroïdes sont localisés entre Mars et Jupiter, dans la fameuse ceinture d'astéroïdes. Cette ceinture serait le vestige d'une planète ratée, qui n'aurait pas pu se constituer pleinement, en raison des interactions gravitationnelles de Jupiter. Cette ceinture n'est cependant une ceinture continue, vu que des trous circulaires coupent cette ceinture en plusieurs bandes indépendantes. Ces trous, les lacunes de Kirkwood sont causées par des interactions gravitationnelles (des résonances) avec la planète Jupiter.
  • Certains astéroïdes se situent sur l'orbite même de Jupiter, plus précisément sur les points de Lagrange de l'orbite de Jupiter. Ces astéroïdes sont appelés astéroïdes troyens.
  • Le groupe des astéroïdes centaures se situent sur des orbites très elliptiques, qui dépassent Jupiter mais ne dépassent pas l'orbite de Neptune.

Distributions des tailles et collisions[modifier | modifier le wikicode]

Les astéroïdes ne sont pas des cailloux qui ne changent jamais : les collisions entre astéroïdes ont façonné leur surface et leur taille. Les astéroïdes d'une grande taille possèdent des cratères d'impact sur leur surface, preuve qu'ils sont entrés en collision avec de petits astéroïdes. D'autres collisions ont aussi cassé les astéroïdes, les réduisant en morceaux plus petits. Les astéroïdes formés ainsi ont une forme assez irrégulière, éloignée d'une forme sphérique. Seuls les gros astéroïdes ont une forme sphérique, du fait de leur gravité. Les astéroïdes de petite taille n'ont pas une gravité suffisante pour s'arrondir. Si on regarde la distribution des tailles, on remarque que celle-ci suit une loi de puissance, comme disent les scientifiques. La formulation de cette loi dit que le nombre d'astéroïdes qui ont un rayon à près est de :

On peut reformuler cette équation en donnant le nombre d’astéroïde de rayon supérieur à r :

Pour les astéroïdes, vaut approximativement 3,5, alors qu'il vaut 2,9 pour les comètes.

Répartition du nombre des astéroïdes en fonction de leur taille.

Orbites des astéroïdes[modifier | modifier le wikicode]

Les astéroïdes et comètes ont naturellement une trajectoire liée à la gravité, la force centrale du Soleil leur donnant une orbite elliptique. Mais, chose nettement évidente, la lumière du Soleil agit aussi sur les orbites des petits corps. Divers phénomènes physiques et thermiques liés à la lumière solaire et auvent solaire peuvent influencer l'orbite des petits corps. En toute généralité, ces phénomènes touchent tout corps gravitant autour d'une étoile, ici le Soleil. Mais ces phénomènes agissent sur la surface des planètes, seule à recevoir la lumière solaire, et non sur leur volume comme le fait la gravité. En conséquence, ces forces se manifestent quand leur intensité par rapport à la force de gravité se fait suffisante. Cela n'arrive que pour les corps dont le rapport surface/volume est suffisamment grand, seuls les petits corps étant dans ce cas. Nous allons donc voir : la pression de radiation, l'effet Yarkovsky et l'entrainement de Poynting-Robertson.

Effet Yarkovsky[modifier | modifier le wikicode]

Effet Yarkovsky.

L'effet Yarkovsky, du nom de son découvreur, provient de la rotation de l'astéroïde et de son inertie thermique. Le petit corps est chauffé par le Soleil, durant la journée. La portion éclairée du satellite devient ainsi plus chaude que la portion non-éclairée. Mais le sol de l'astéroïde a une certaine inertie thermique : il met du temps a refroidir quand la nuit tombe. Ce faisant, la portion de l’astéroïde qui est en soirée et s’apprête à passer dans la nuit sera encore assez chaude. Par contre, la portion matinale de l’astéroïde sera totalement refroidie. Il existe donc une différence de température entre les deux côtés soirée-matinée de l'astéroïde. Les deux portions de l’astéroïde émettront de la lumière,mais la partie en soirée émettra plus de lumière. Or qui dit émission de lumière dit émission de quantité de mouvement, la lumière transportant de l'impulsion. Cette fuite de quantité de mouvement n'est pas censée engendrer de force si l'émission est isotrope. Or, du fait des différences de température entre matinée et soirée, ce n'est pas le cas : les fuites ne sont pas isotropes. Ce faisant, la différence de fuite de quantité de mouvement entre la soirée et le matin engendrera un couple, et une force de Yarkovsky qui dévieront l’astéroïde de sa trajectoire. Cela pousse l’astéroïde dans le sens opposé de la portion en soirée, soit dans le sens de rotation de l'objet.

Vent solaire et friction du disque planétaire[modifier | modifier le wikicode]

Nous ne détaillerons pas les effets du vent solaire et du gaz interplanétaire. Tout au plus peut-on dire que le vent solaire souffle sur les astéroïdes et les éloigne lentement du Soleil. Pour ce qui est des gaz interplanétaire, on va se borner à dire que les astéroïdes vont frotter sur les gaz du disque interplanétaire, ce qui a tendance à les ralentir. Ce mécanisme est analogue à la friction de l'air qui ralentit les astéroïdes qui rentrent dans l’atmosphère, mais avec une intensité nettement moindre. Ce ralentissement dépend naturellement de la densité du gaz, ce qui explique sa faiblesse comparée à l'entrée dans l'atmosphère.

Pression de radiation[modifier | modifier le wikicode]

La pression de radiation la pression que la lumière exerce sur les corps qu'elle illumine. Toute onde électromagnétique (ou tout photon) transporte une certaine impulsion, une certaine "quantité de mouvement". Lorsque la lumière interagit avec un objet, elle peut lui céder tout ou partie de son impulsion, qui sera convertie en quantité de mouvement. Si la lumière est absorbée, toute son impulsion sera transformée en quantité de mouvement. Si elle est réfléchie, une partie de son impulsion peut être transmise, mais la lumière changera alors de longueur d'onde : on est dans un cas de diffusion inélastique. Les lois de l'électromagnétisme nous disent qu'un corps noir (ici, le Soleil) engendre une pression de radiation égale à :

La force induite par cette pression de radiation dans le cas du Soleil est donnée par l'équation suivante. On peut remarquer le coefficient qui dépend de l'absorption. Il vaut 1 pour un corps totalement absorbant et diminue en même temps que l'albédo augmente.

Vu que la pression de radiation et la force de gravité ont toutes deux une dépendance en , on peut reformuler la gravité vue par l’astéroïde comme suit :

Le coefficient beta donne l'intensité de la pression de radiation par rapport à la gravité.