Astéroïdes
Vermine du ciel
1ère partie

  Entre Mars et Jupiter des milliers d' astéroïdes forment une ceinture et seraient les résidus de la nébuleuse primitive.  Longtemps, ils furent considérés comme la vermine du ciel. Certains menacent la Terre. Plus loin, il y a les Centaures, la ceinture de Kuiper et enfin le Nuage de Oort

mise à jour le 11/03/03:

§4 - Lacunes de Kirkwood
§9 - ceinture de Kuiper
§10 - nuage de Oort
§11 - les centaures
§12 - Diamètre et adbédo
 
§17 - Bodaibo
§21 - 2002 AA29
§
22
- Cruithne
§26 - Deep Space 1(Braille - Borelli)
§2
8 - Stardust (Annefrank)
§2
9 - Muses-C


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1  Présentation 2 Loi de Titius-Bode 3 Une grande famille
4 Lacunes de Kirkwood 5  Apollo - Amor - Aten 6 accrétion et gravitation
7 Troyens et Grecs 8 Astéroïdes 9 Ceinture de Kuiper
10 Nuage de Oort 11 Les Centaures    

 

  1. Présentation

    De Mars à Jupiter, entre 320 et 500 millions de km du Soleil, circulent d'innombrables petits corps, résidus de la nébuleuse primitive, dont l'influence de Jupiter a peut-être empêché l'accrétion en une planète plus grande. Au moins 1 million possèdent un diamètre supérieur à 1 km.  Bien qu'étant nombreux, l'espace entre chacun est immense. Ils  sont séparés par plusieurs millions de km. Ils ne sont pas sphériques, leur taille leur ayant interdit un réchauffement qui aurait permis un remodelage.

  N'oublions pas les objets, appelés aussi transneptuniens, de la ceinture Kuiper située (découverte au-delà de l'orbite de Pluton et dont Pluton  serait un éclaireur et les objets du Nuage de Oort qui se situe aux confins du Système solaire que les sondes Pioneer 10 - 11 et Voyager 1 et 2 atteindront dans une quinzaine de siècle.

  1. Loi de TITIUS - BODE

    En 1747, Tietz, plus connu sous le nom de Titius, découvre que l'orbite des planètes semble reliée par une loi exponentielle. Bode, directeur de l'observatoire de Berlin le révèle en 1772.

    En commençant par 0, puis par 3 et ensuite en doublant le chiffre précédent, il est possible d'écrire la suite suivante:

0, 3, 6, 12, 24, 48, 96, 192, 384, 768

    Il suffit d'ajouter 4 et de diviser le résultat par 10 pour obtenir ce qui allait devenir la Loi de Titius-Bode, ci-dessous.

Loi de
 Titius - Bode

½ grand axe
  en UA

0

+

4

=

4

:

10

=

0,4

Mercure

0,387

3

+

4

=

7

:

10

=

0,7

Vénus

0,723

6

+

4

=

10

:

10

=

1

Terre

1,000

12

+

4

=

16

:

10

=

1,6

Mars

1,523

24

+

4

=

28

:

10

=

2,8

Cérès

2,767

48

+

4

=

52

:

10

=

5,2

Jupiter

5,204

96

+

4

=

100

:

10

=

10

Saturne

9,575

192

+

4

=

196

:

10

=

19,6

Uranus

19,280

384

+

4

=

388

:

10

=

38,8

Neptune

30,141

768

+

4

=

772

:

10

=

77,2

Pluton

39,880

     Pour mémoire une UA = 149 597 870 km

    Tous les termes correspondent à la réalité des planètes, sauf 2. Tout d'abord le chiffre de Neptune correspond à Pluton et à la place de planète entre Mars et Jupiter, le 1 janvier 1801, l'Italien Giuseppe Piazzi découvrit le premier astéroïde, Cérès.  

retour à Jupiter

  1. Une grande famille

    Cérès (1,17.1021 kg et mag 8,9) fut le premier d'une longue liste qui s'allonge tous les jours. Avec un diamètre de 986 km, il tourne en 1 680 jours autour du Soleil. Puis ce fut le tour de Pallas (2.1020 kg), le 28 mars 1802, découvert par Olbers (l'homme du paradoxe). D'un diamètre de 538 km, il est en orbite à 2,769 UA du Soleil et y circule en 1686 jours. Le 1 septembre 1804, Harding découvrit Junon (mag 8,8) d'un diamètre de 246 km et orbitant à 2,668 UA du Soleil en 1593 jours. Puis ce fut le tour de Vesta (2,7.1020 kg et mag 6,4), ci-contre et ses 580 X 530 X 470 km, d'être découvert à nouveau par Olbers, le 29 mars 1807. Il est à 2,362 UA du Soleil et en fait le tour en 1325 jours.

    Puis, vint Astrée découvert par Hencke en 1845 et ensuite à partir de 1848 de nouvelles découvertes eurent lieu tous les ans, surtout avec l'avènement de la photographie. Grâce à Max Wolf (1863-1932) un astéroïde apparaît en laissant une trace sur la pellicule en 1891, après des temps de pose relativement longs (1h). Avant, il fallait avoir une connaissance parfaite du ciel pour y détecter l'intrus. Le plus grand chasseur de l'époque est sans conteste Messier qui créa un catalogue devenu aussi célèbre que celui des objets diffus.

    Une découverte extraordinaire a eu lieu en juin 1998, lorsqu'un astéroïde, 1998 KY26, de petite taille, 30 mètres, "frôla" la Terre à 800 000 km. Il tourne sur lui-même en 10,7 minutes. C'est la rotation la plus rapide des objets du Système solaire.

  1. Lacunes de Kirkwood

Les lacunes de Kirkwood sont des espaces découverts entre de fortes concentrations d'astéroïdes.

   Des espaces furent découverts (lacunes de Kirkwood) entre de fortes concentrations. C'est Daniel Kirkwood, professeur de mathématiques et d'astronomie qui remarqua, en 1857, que le nombre  des astéroïdes fluctuait bizarrement en fonction de la distance au Soleil. Après examen il constata un déficit d'objets à certaines valeurs du demi-grand axe de l'orbite. Ces "trous" s'observent à 374, 422, 443 et 491 millions de km du Soleil. Ceci équivaut à des orbites telles que les périodes de révolution sont dans des rapports de 1/2, 1/3, 2/5, 2/7, 3/7, 3/8 et 4/9  de celle de la géante Jupiter. Par exemple à la résonance 3:1,  pour un tour de Jupiter, l'objet effectue 3 tours. La résonance signifie qu'un astéroïde et une planète se retrouve périodiquement proche l'un de l'autre. Ces rapprochements répétés, au cours du temps, produisent des effets gravitationnels qui se renforcent au fil des millénaires, déplacent suffisamment les astéroïdes pour modifier l'excentricité de leur orbite et décalent leur position en les éloignant de l'orbite de résonance. Cela donne plusieurs anneaux. Ils pourraient être provoqués par l'influence gravitationnelle de Jupiter, les empêchant de se concentrer. Il existe aussi à des résonances 1:1 et 3:2 sur des orbites où est observé un excès d'astéroïdes. En 1:1 se trouvent les Troyens et en 3:2 les Hilda.

 Des calculs compliqués sur le chaos existant entre les objets, au sein de la ceinture d'astéroïdes, permirent de mieux comprendre les lacunes observées à certaines distances du Soleil. La difficulté résida surtout dans l'art de passer d'une modélisation de 10 000 ans à une de 100 000 ans et plus. C'est à la fin des années 1970 que Jack Wisdom s'attaqua aux problèmes. Il se concentra sur la résonance 3:1 où Kirkwood avait remarqué la lacune la plus importante. Il découvrit que pour certaines positions initiales les objets restaient stables et pour d'autres, ils subissaient de brutales variations d'excentricité. Il mit ainsi en relief des régions chaotiques, notamment sur l'orbite de résonance 3:1, où des objets qui étaient sur des orbites stables depuis des millions d'années, pouvaient être expulsés sur des orbites hautement elliptiques. Pour certaines valeurs, l'orbite peut croiser l'orbite de Mars ou de la Terre. Ainsi dans la zone chaotique 3:1, les objets disparaissent progressivement non pas à la suite de l'action gravitationnelle directe de Jupiter, mais à la suite de l'aspiration gravitationnelle exercée par Mars et la Terre. Les études de Wisdom montrèrent donc que l'action de la Terre et Mars vidait, au fil des millénaires, la lacune 3:1 des astéroïdes évoluant dans les parages de la résonance, victimes de leur passage occasionnel sur des orbites suffisamment elliptiques pour traverser la trajectoire des 2 planètes. Jupiter n'agirait qu'en créant la résonance qui provoque de tels croisements.  Le chaos est partout et il empêche de calculer le destin des astres peuplant le Système solaire, sans l'on en tient pas compte.

retour à extinction (Kirkwood)

  1. Astéroïdes Apollo - Amor - Aten

    Ce sont des astéroïdes dont l'orbite est très excentrique. Ils sont appelés: frôleurs, géocroiseurs ou Earth Grazing Asteroïds (EGA).

    Ils sont plus de 60 000 avec plus de 100 mètres et plus de 1000 d'un diamètre supérieur à 1 km. C'est un de ceux-là qui a percuté la Terre il y a 65 millions d'années et qui serait à l'origine de la disparition de 90 % des espèces à cette période.

    Les astéroïdes Apollo croisent l'orbite de la Terre. Les plus connus sont : ICARE - APOLLON - ADONIS - HERMES. Ce dernier est passé à 780 000 km de la Terre en 1937 et en mai 1993, 1993KA2 à 140 000 km, soit à 1 heure près.

retour aux Géminides

    4179 Toutatis est passé à 3,6 millions de km (10 fois la distance Terre-Lune), le 8 décembre 1992 et est repassé à 5,3 millions de km le 29-11-96. Il a été découvert en 1989. Il mesure 4 X 2,4 X 1,9 km. Il est très tourmenté, preuve qu'il a subi de nombreuses collisions. Il est courbé et très cratérisé. C'est aussi un Toutatis représente la forme la plus bizarre du Système solaire Apollo. Il s'approche de la Terre tous les 4 ans. Le 29 septembre 2004, il devrait passer à 1,5 millions de km de nous. Ce n'est rien à l'échelle du cosmos. Cela représente une dizaine d'heures. Les perturbations gravitationnelles de Jupiter, de Saturne, de la Terre et du Soleil rendent  toutes prédictions incertaines.

    Toutatis (photo ci-contre) représente la forme la plus bizarre de tout le Système Solaire. Il semble résulter de l'assemblage de 2 formes différentes, mais de constitution pierreuse. Son nom est une référence au dieu gaulois protecteur de la tribu, car il est judicieux de rappeler que cet objet peut nous tomber sur la Terre. Tous les cratères recevront des noms gaulois tels Saugrenus ou Abraraccourcix. Ces noms furent homologués par l'Union Astronomique Internationale. La gravité y est très faible, un astronaute pèserait 40 grammes. Le plus gros cratère aurait 700 m. Il tourne sur lui-même en 10,5 jours.  

Forme:     http://echo.jpl.nasa.gov/asteroids/4179_Toutatis/P46256.jpg

Gravité:   http://echo.jpl.nasa.gov/asteroids/4179_Toutatis/hires_fig7.gif

Animation (47k): http://www.solarviews.com/raw/ast/toutspin.mpg

   Les astéroïdes Armor approchent l'orbite de la Terre. Le plus connu, Eros, qui s'est approché à 22 millions de km en 1975. 

    Les astéroïdes Aten circulent à l'intérieur de l'orbite terrestre sur une période inférieure à un an.

    En réalité la classification est illusoire, car en fonction des perturbations gravitationnelles dues en particulier aux grosses planètes, ils peuvent passer d'une catégorie à l'autre.

    Les uns viennent du plus gros du bataillon, c'est-à-dire de la ceinture principale et les autres, 20 %, auraient une origine cométaire.

retour aux extinctions de masse.

  1. Accrétion et gravitation

    Lorsque le processus d'accrétion s'amorça, les planétoïdes, nés des germes enrichis de la matière qu'ils rencontraient, furent très nombreux .

    Cependant quelques-uns grossirent d'une façon aberrante, car plus volumineux était un objet, plus importants devenaient sa surface et son volume par accroissement de son pouvoir attractif (gravitation), ce qui le conduisait à devenir plus gros plus rapidement. Ainsi, si un objet de 1 km gagne 10 kg, son alourdissement sera de 1 tonne lorsqu'il aura atteint 10 km,  de 100 tonnes pour une taille de 100 km.

    Il arriva ainsi, à certains planétoïdes, que des circonstances fortuites avaient rendu plus gros, de devenir de véritables planètes en des temps extrêmement courts.

    A partir de là, tout change pour les autres. Les plus gros font la loi. Ils accaparent toute la matière et éjectent au loin ceux qui leur font de l'ombre. C'est ainsi que Jupiter et Saturne mirent au pas la matière dans cette région du système solaire. Selon la manière dont elles furent abordées, la gravitation:

  • rejeta au loin brutalement les objets. Ainsi naquit le réservoir de Oort, réservoir de comètes situé à 1 al du Soleil.

  • ou bien les parquait en douceur dans des régions situées à égales distances devant et derrière la planète et sur la même orbite (les Troyens et les Grecs).

    Il semble que les astéroïdes les plus volumineux se soient différenciés par fusion, avec formation d'un noyau ferreux, d'un manteau d'olivine et d'une croûte riche en feldspath. Vesta serait le seul survivant de ces plus gros objets. Tous les autres auraient été fracturés par des collisions et de ce fait les astéroïdes ferreux ou riches en olivine, seraient des vestiges de ces corps. Certaines collisions auraient permis la formation d'astéroïdes doubles, liés par la gravitation, tel Hector ou bien d'évacuer les gêneurs sur des orbites très elliptiques, tel les Apollo - Amor qui coupent l'orbite de la Terre.

  1. Les Troyens et Grecs

Les troyens et les grecs sont des objets situés sur la même orbite que Jupiter   Les troyens et les grecs sont des objets situés sur la même orbite que Jupiter, mais ils sont placés 60° en avant et en arrière. Ils ont été parqués en douceur. Les plus célèbres sont:

- devant, le groupe des Achilles: Ulysse, Diomène, Ajax, Hector, Achille, Agamemnon , Ménélas, Antiloque, Odyssée, Télamon et Nestor.

- derrière, le groupe Patrocle: Priam, Patrocle, Anchise, Troïlus, Enée.

  Le français Louis de Lagrange, mathématicien de son état, avait prévu cette disposition en 1772. Elle répond à la loi de Newton régissant 3 corps. Les points Lagrange, où se trouvent les Troyens, sont stables, c'est l'endroit où l'influence du Soleil et de Jupiter s'équilibrent. 962 astéroïdes furent découverts dans le groupe de devant (L4) et 603 dans le groupe qui suit Jupiter (L5). L'ensemble tourne autour du Soleil en 11,86 ans.

  1. Qui sont-ils ? 

L'essentiel des astéroïdes fut stocké entre 375 et 525 millions de km du Soleil

     Voir aussi l'image du Système solaire jusqu'à l'orbite de Jupiter: http://cfa-www.harvard.edu/iau/lists/InnerPlot.html

     et aussi l'animation des objets du Système solaire interne sur une période de 2 ans (5.1 MB, 961 x 961 pixels): http://cfa-www.harvard.edu/iau/Animations/Inner.gif

    L'essentiel des astéroïdes fut stocké entre 375 et 525 millions de km du Soleil. C'est la ceinture principale. Elle est divisée en sous-groupes qui portent le nom de l'objet principal:

    Hungaria - Flora - Phocaea - Koronis - Eos - Thémis - Cybeles - Hildas.

     On compte 500 000 astéroïdes dont la magnitude est inférieure à 21 et 400 000 de plus de 1 km. Au total 1 milliard de petits objets y sont rassemblés. L'ensemble ne représente que le 1/10 de la Lune.

    Environ 75 % pourraient avoir une surface carbonée très noire, de type C, tel Cérès. Ils sont extrêmement sombres.

    17 %  de type S (silicate), tel Gaspra et Ida. Ils sont relativement brillants. Ils sont constitués  de fer et de nickel métallique mélangé avec des silicates de fer et des silicates de magnésium.

    3 %  de type M, composés de fer et de nickel pur.

    Le restant est partagé entre les types R, E et le groupe ressemblant à Vesta.

    Des acides aminés et des composés azotés furent trouvés dans ceux de type C. Ils sont composés d'un mélange de silicates, d'oxyde de fer, d'eau et de carbone.

     Des astéroïdes de type P et D, représentant un type C particulier, sont de couleur rouge et possèdent peut-être des matières organiques.

   Il existe aussi des astéroïdes que dépassent l'orbite de Jupiter:

  • Hidalgo s'approche de l'orbite de Saturne. Son ½ grand axe est de 5,864 UA. Il navigue entre les 2 planètes.

  • Quant à Chiron son orbite est entre Saturne et Uranus. Il a été découvert le 18 octobre 1977. Son ½ grand axe est de 13,695 UA. Il circule sur son orbite en 50,7 années. Il tourne sur lui-même en 5,9 heures. Il est possible que ce soit une comète.

  • Il y a  Damoclès qui voyage entre Mars et Uranus et aussi Pholus qui se promène entre Saturne et Neptune.

  •  Les astéroïdes les plus éloignés se situent au-delà de l'orbite de Neptune. Ils sont sûrement des centaines, voire des milliers et forment la ceinture de Kuiper.   Les premiers transneptuniens furent découverts en 1992 et 1993.

  1. Ceinture de Kuiper 

   Gérard Kuiper (1905–1973) astronome hollandais, est considéré comme le père de la science planétaire moderne.  Il proposa en 1951 l'existence d'un disque d'astéroïdes au-delà de l'orbite de Neptune, appelé aujourd'hui: ceinture de Kuiper, générateur de comètes à courte période, qui font le tout du Système solaire en moins de 200 ans. Durant les années 60, il fut le responsable des sondes Ranger et choisit des sites d'atterrissage sur la Lune pour les Surveyor et Apollo, en analysant les photos des Rangers.

   C'est à partir de 1992 que les astronomes s'intéressèrent aux objets situés au-delà de Neptune qui furent appelés trans-neptuniens au début de leurs découvertes. On en compte environ 70 000 ayant un diamètre > 100 km, situés entre 30 et 60 UA.  A l'instar de la ceinture des astéroïdes, ils forment la ceinture de Kuiper. Elle est probablement Vue d'artiste nous montrant Quaoar, situé à 7 milliards de km du Soleil la source des comètes à courte période. Les premiers furent 1992 QB1 et 1993 SC. 

   En 2002, le télescope Hubble a mesuré un objet remarquable de 1300 km de diamètre. Appelé tout d'abord 2002 LM60, il porte le doux nom de "Quaoar" prononcé "kwa-whar". Quaoar vient du nom d'un dieu d'une tribu Tongva, qui furent les habitants originels du bassin de Los Angeles. La vue d'artiste ci-contre nous montre Quaoar, situé à 7 milliards de km du Soleil, soit  plus de 1 milliard de km après Pluton, se promenant dans la ceinture de Kuiper. Ce serait un monde glace. Bien que de taille plus petite que Pluton (2274 km  et une masse de 1.27e22 kg), proportionnellement, Quaoar est plus grand en volume car c'est un corps de glace, mélangé à de la roche. Dans cette région la température est voisine de - 230°C.

  Les astronomes Trujillo et Brown à l'aide du télescope de Schmidt Oschin du Mont Palomar, découvrirent Quaoar dans la constellation d'Ophiuchus avec une magnitude de 18.5 (10 000 fois plus faible que la plus petite étoile visible à l'œil nu. Brown continua les observations entre le 5 juillet et le 1er août 2002, avec la nouvelle camera du télescope spatial Hubble, ce qui lui permit de mesurer la vraie taille angulaire de Quaoar: 0,04 seconde d'arc. Seul le HST pouvait faire cette mesure, qui fut la toute première d'un objet de la ceinture de Kuiper.

  Les précédents records de taille étaient tenus par Varuna et un objet appelé 2002 AW197 mesurant chacun aux environs de 900 km de diamètre. Comme pour Quaoar, la taille est déduite de la réflectivité et de la température. Mais ils peuvent être en réalité plus grands.

Illustration Credit: NASA et G. Bacon (STScI)

http://hubblesite.org/newscenter/archive/2002/17/

  1. Nuage de Oort

   Jan Hedrik Oort (1900 - 1992) astronome hollandais, confirma la théorie de Bertil Lindblad sur la rotation de la Voie Lactée. En 1950, avec ses collègues, il dressa la carte de la structure spiralée de la Voie Lactée. Jan Oort proposa en 1950 que les comètes étaient originaires d'un nuage de matériaux orbitant à grande distance du Soleil et qu'elles étaient précipitées vers le Système solaire interne par des perturbations gravitationnelles d'étoiles passant à proximité de lui. Depuis ce nuage porte le nom de: Nuage de Oort.

   Le Nuage de Oort  situe  la limite du Système solaire. Oort remarqua que des comètes à longue période venaient de très loin. Il calcula alors qu'elles tombaient vers le Soleil et étaient perturbées gravitationnellement par les planètes géantes. Il s'aperçut que ces comètes arrivaient pour la première fois et il conclut qu'un réservoir devait se trouver aux confins du Système solaire, à une distance de 60 000 UA ou 1 année-lumière. Oort décrivit ce nuage fait des résidus de la nébuleuse primitive, comme entourant le Système solaire.  Ce nuage serait le réservoir de quelques mille milliards de noyaux cométaires et d'astéroïdes. 

  Le plus remarquable réside dans le fait que ces blocs sont très faiblement liés gravitationnellement. La moindre perturbation les fait  soit tomber vers le Soleil, soit quitter le Système solaire. Le passage d'une étoile à quelques années-lumière est suffisant. Or, avec le temps une constatation s'impose, il ne devrait plus y avoir d'objets à cette distance, à moins que le Nuage soit alimenté par l'éjection d'astéroïdes de la ceinture entre Mars et Jupiter ou bien par l'apport de système extérieur au passage près de ceux-ci. Ainsi, il est fort possible que des échanges de blocs, issus d'autres systèmes se soient produits et que ces derniers, à la suite de perturbations gravitationnelles, en tombant vers le Soleil, furent interceptés par la Terre. Un jour, peut-être, nous aurons dans les mains un caillou venant d'ailleurs.... Pour conclure, si la quantité d'objets dans le Nuage de Oort est considérable, elle n'en reste pas moins d'une masse nettement inférieure à celle de la Terre.

    L'inventaire des confins du Système solaire ne fait que commencer, en raison des difficultés d'observation extrêmes de ces objets. Notre connaissance des interactions entre ceinture des astéroïdes, ceinture de Kuiper et nuage d'Oort ne peut donc être que partielle actuellement.

 

  1. Les Centaures

    Les Centaures sont peut-être des objets qui se sont échappés de la ceinture de Kuiper. Parmi les centaines d'objets qui se promènent entre Jupiter et Neptune, les plus connus sont 2060 Chiron (aka 95/Chiron) et 5145 Pholus. Les orbites de ces objets sont instables par suite de la présence des planètes géantes: Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune et aussi par le chaos qui règne dans le Système solaire. Ils sont certainement des évadés ou des réfugiés de la ceinture de Kuiper. Leur futur est incertain. Certains ont même une activité cométaire remarqué par la présence d'une coma diffuse lorsqu'il s'approche du Soleil. Le plus gros, Chiron, mesure 170 km soit 20 fois la comète de Halley.

   Le 14 février 1996 l'énigmatique Chiron fut remarqué s'approchant de son périhélie du côté de Saturne, qu'il atteignit le 1 avril, en opposition. Les scientifiques détectèrent une coma qui le firent reconnaître comme un corps cométaire qui dépassait de 50 000 fois le volume d'une comète. Visiblement ce devait être un astéroïde autrefois.

 

nom désignation H périhélie (UA) aphélie (UA) semi grand axe (UA)
(10370) Hylonome 1995 DW2 8.0 18.851 31.322 25.086
(10199) Chariklo 1997 CU26 6.4 13.075 18.629   15.852
(8405)  Asbolus 1995 GO 9.0 6.836 28.991  17.914
(7066) Nessus 1993 HA2 9.6 11.771 37.150  24.460
(5145) Pholus 1992 AD 7.0 8.688 32.099 32.099
(2060) Chiron 1977 UB 6.5 8.433 18.831 13.63

   Avec  H, voir le tableau en 2e partie, faire la relation entre magnitude et diamètre

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