La mission sans précédent de déviation d’astéroïdes de la NASA est plus qu’un billard dans l’espace, selon les scientifiques

Le 26 septembre, un acte de violence ciblée se déroulera à 11 millions de kilomètres de la Terre, alors qu’un vaisseau spatial de la taille d’un distributeur automatique percute un petit astéroïde à 6 kilomètres par seconde. Contrairement à certains astéroïdes qui s’éloignent de manière inquiétante de l’orbite terrestre, Dimorphos, la lune de 160 mètres d’un corps plus grand, est un spectateur innocent, ne présentant aucune menace pour notre monde. Mais l’assaut imminent représente le tout premier test sur le terrain d’une mission de défense planétaire de l’humanité : le test de redirection des doubles astéroïdes de la NASA, ou DART.

L’espoir est que la collision poussera Dimorphos sur une orbite plus proche autour de son partenaire de 780 mètres, Didymos, raccourcissant sa période orbitale de près de 12 heures de quelques minutes. Une frappe réussie soutiendrait l’idée qu’à l’avenir, des efforts similaires pourraient détourner des astéroïdes menaçants vers des trajectoires plus sûres. Mais de nouvelles simulations et expériences en laboratoire montrent que le sort de la mission dépend fortement d’une question cruciale : ces petits astéroïdes sont-ils des rochers solides ou, comme les astronomes le croient de plus en plus, des tas de décombres ?

La réponse, qui devrait être révélée à partir du cratère et de l’éjecta produits par la collision des DART, pourrait déterminer à quel point il est difficile de frapper un astéroïde lorsque l’exercice n’est pas un test. Ça va être passionnant et très stressant, mais en fin de compte, je pense que nous allons apprendre beaucoup, dit Cristina Thomas, planétologue à la Northern Arizona University qui dirige l’équipe d’observation de la mission DART.

Les astéroïdes de la taille de Dimorphos sont des milliers de fois plus susceptibles de frapper la Terre que les plus grands qui ont déclenché des événements d’extinction de masse dans le passé géologique, et ils sont toujours capables de dévaster un État ou un petit pays, faisant de ces petits corps la priorité absolue pour la planète. efforts de défense. Mais ce ne sont que des piqûres de lumière pour les télescopes terrestres, ce qui les rend difficiles à détecter, et encore moins à étudier.

Lorsqu’ils sont repérés, les systèmes d’astéroïdes binaires sont plus révélateurs, car leur lumière diminue chaque fois qu’un corps bloque l’autre. En surveillant de petites fluctuations de la lumière de Dimorphos et Didymos, les scientifiques de la NASA et d’autres ont réussi à savoir à quelle vitesse ils tournent et la fréquence de l’orbite des corps plus petits. Ces connaissances leur ont permis de concevoir un système de navigation autonome qui, à l’aide d’un nouveau propulseur ionique à énergie solaire, dirigera DART lorsqu’il se rapproche de sa proie.

Qu’est-ce qui se passera ensuite est quelqu’un deviner. Les gens supposent que c’est un rocher solide, nous avons un vaisseau spatial solide et jouions essentiellement à un jeu de billard géant dans l’espace et vous pouvez simplement résoudre cela comme une simple équation physique, dit Thomas. Mais il se passe tellement d’autres choses qui font que ce n’est pas vrai.

La plus grande incertitude est la force de Dimorphos, selon Andy Cheng, chercheur principal du DART, du laboratoire de physique appliquée de l’Université Johns Hopkins. Et cela fait une énorme différence en termes de résultat, dit-il.

Des indices que tous les astéroïdes ne sont pas solides, des roches monolithiques se sont accumulées ces dernières années. En 2019, la sonde japonaise Hayabusa2 a tiré un projectile de cuivre de 2 kilogrammes dans l’astéroïde Ryugu, faisant exploser un cratère étonnamment grand, de 14 mètres de diamètre. L’expérience a indiqué que la surface de Ryugus était maintenue ensemble beaucoup plus faiblement que prévu. L’année suivante, la sonde OSIRIS-REx de la NASA a atterri sur l’astéroïde Bennu et s’y est enfoncée avec peu de résistance. Ces missions ont confirmé l’idée d’astéroïdes faibles et ont imposé des contraintes sur leur force de surface, combien de force est nécessaire pour déformer les objets. Les scientifiques ont estimé que ces astéroïdes étaient maintenus ensemble par environ 1 pascal la pression d’un morceau de papier posé sur votre main.

Je suis un ancien et j’ai du mal à croire que quelque chose puisse être si faible, dit Cheng. Cela a renforcé une leçon que nous avons apprise de la géologie planétaire pendant des décennies : vous ne pouvez pas dire si quelque chose est un rocher en regardant des images.

Malheureusement, prévoir les conséquences d’un impact est beaucoup plus difficile lorsque la cible est constituée de milliers de roches lâchement liées que lorsqu’il s’agit d’un rocher solide. Si DART atteignait une cible faible de tas de décombres, le cratère résultant se développerait en quelques heures dans un processus si complexe qu’il faudrait des mois, voire des années, pour le modéliser avec des simulations informatiques traditionnelles, explique Sabina Raducan, scientifique planétaire à l’Université de Berne.

Récemment, elle et son collègue ont optimisé un code informatique modélisant une onde de choc 3D pour accélérer le calcul à quelques semaines. De manière inattendue, les nouvelles simulations montrent que l’impact DART pourrait transférer quatre à cinq fois plus d’élan vers une cible de tas de décombres faible qu’une cible consolidée, suffisamment pour remodeler l’ensemble de l’astéroïde plutôt que de simplement laisser un petit cratère d’impact, ont-ils rapporté dans Le Journal des sciences planétaires en juin. DART en aurait plus pour son argent sur une cible faible, car la structure lâche des décombres permettrait à plus de matière de jaillir de l’impact, propulsant l’astéroïde vers l’avant comme un propulseur de fusée.

Cette [modeling] est à la pointe de la technologie, explique la planétologue Julie Brisset du Florida Space Institute, qui n’est pas impliquée dans la mission DART. Vous ne voulez pas vous en tenir à l’ancien monolithique [rock] histoire.

La poussée pour modéliser les astéroïdes en tas de décombres s’étend au-delà des écrans d’ordinateur. Les scientifiques calibrent souvent leurs simulations d’impact avec des expériences de laboratoire tirant des projectiles à grande vitesse sur différentes cibles, comme James Walker l’a fait au Southwest Research Institute pendant plus d’une décennie. Récemment, les équipes de Walkers et de Raducans ont toutes deux construit les premiers astéroïdes de fortune en tas de décombres pour ces tests. Walker a lancé des masses horizontalement sur un panneau de rochers recouvert de ciment et suspendu à un pendule, tandis que Raducan a tiré directement dans une fosse de sable de 7 mètres de large incrustée de miniboulders. Les deux équipes ont des analyses en attente de publication, et une chose est claire : les cibles les plus faibles montrent des explosions beaucoup plus dramatiques dues aux impacts.

Une équipe d’instruments surveillera à quel point la collision réelle correspond aux simulations. Dimanche, DART a déployé un appareil de la taille d’un grille-pain, LICIACube, qui enregistrera la collision et ses conséquences avec deux caméras optiques. Pendant ce temps, les télescopes spatiaux James Webb et Hubble, ainsi que quatre observatoires au sol, surveilleront à tour de rôle le point de lumière. Si Dimorphos est un tas de gravats faible et que son panache d’éjectas est aussi important que le prédit Raducan, Thomas pense que les observatoires devraient être capables de le voir s’allumer quelques heures après le crash.

Ce nuage final va vraiment nous en dire beaucoup sur les propriétés physiques réelles de la cible, dit Thomas. Il ne faudra pas beaucoup de temps à Dimorphos pour nous donner les réponses ; ça va nous prendre plus de temps pour comprendre ce qu’il disait.

Cependant, l’image complète ne sera pas visible avant 4 ans, lorsque la mission Hera de l’Agence spatiale européenne arrivera pour étudier la surface de Dimorphoss et mesurer sa masse. Cela aidera à diagnostiquer la structure interne des astéroïdes et facilitera les futures missions de défense planétaire. En cas de véritable menace d’astéroïde, le but est de frapper le corps juste assez fort pour le détourner mais pas trop fort pour le vaporiser et envoyer une grêle de petits fragments de roche vers la Terre.

Confirmer que Dimorphos a une structure en tas de gravats éclairerait également une question plus vaste : comment le système solaire a pris forme pour la première fois. Comprendre ce que ces petits corps ont traversé nous aide à comprendre comment les systèmes planétaires se sont formés, dit Brisset. Ce sont les restes de ce processus.

Pour l’instant, cependant, les scientifiques doivent attendre avec impatience que DART approche de sa cible, en espérant que leur travail de préparation sera la clé pour percer ses secrets.