Ceinture d'astéroïdes - Définition
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Découverte et exploration
Observations télescopiques
Le premier astéroïde fut découvert par Giuseppe Piazzi le 1er janvier 1801. Le calcul permit de révéler qu'il s'agissait d'un astre circulant en moyenne à 2,8 unités astronomiques du Soleil. Il fut nommé (1) Cérès. D'autres astéroïdes ont ensuite été découverts, (2) Pallas en 1802, (3) Junon en 1804, (4) Vesta en 1807. Pendant une cinquantaine d'années, ces quatre corps furent considérés comme des petites planètes, venant se substituer à la « planète manquante » annoncée par Bode en 1772. Néanmoins, les différences importantes d'orbites et de luminosité entre ces quatre objets et leurs positionnements par rapport à la planète dite manquante fit naître un intense débat quant à leur statut.
La découverte d'(5) Astrée en 1845 ainsi que de dizaines d'autres astéroïdes situés entre Mars et Jupiter durant la décennie suivante permit de mettre fin au débat et d'établir définitivement l'existence d'une ceinture d'astéroïdes entre les orbites de Mars et de Jupiter.
La découverte d'un nouvel astéroïde dans la ceinture principale est aujourd'hui un évènement banal puisqu'on en a découvert en moyenne plusieurs dizaines par jour entre 1995 et 2005 grâce à des programmes tels que LINEAR, NEAT ou Spacewatch. Concernant ce champ de recherches, même si des millions de découvertes restent à faire, les découvertes majeures ont d'ores et déjà été réalisées (astéroïdes binaires, satellites d'astéroïdes, astéroïdes avec plusieurs astéroïdes satellites...).
Exploration spatiale
Le premier vaisseau spatial à avoir traversé la Ceinture d'astéroïdes fut Pioneer 10, qui y entra le 16 juillet 1972. À cette époque, il n'était pas connu avec certitude si les débris de la ceinture allaient causer ou non des dégats à la sonde. Pioneer 10 la traversa cependant sans dommage. Depuis, la ceinture d'astéroïdes a été traversée par neuf autres sondes : Pioneer 11, Voyager 1, voyager 2, Galileo, Cassini, NEAR, Ulysses et New Horizons, sans incident. On estime désormais la probabilité qu'une sonde rencontre un astéroïde à moins d'une sur un milliard.
À la fin 2007, trois sondes ont été spécifiquement dédiées à l'observation des astéroïdes. NEAR et Hayabusa furent consacrées à des astéroïdes proches de la Terre. Seule Dawn, lancée en juillet 2007, a pour but la ceinture d'astéroïdes, spécifiquement Vesta et Cérès. Si la sonde est toujours opérationnelle après avoir accompli ce travail, il est prévu de l'employer pour continuer d'explorer la ceinture d'astéroïdes.
Origine
Formation
La plupart des scientifiques considèrent que la ceinture d'astéroïdes est composée de résidus du système solaire primitif qui n'ont jamais formés de planète.
À l'origine, il avait été avancé que la ceinture proviendrait de la fragmentation d'une planète (nommée Phaéton). Cette hypothèse est tombée en désuétude à cause d'un certain nombre de problèmes. Le premier concerne l'énorme énergie nécessaire. Un autre est la faible masse totale de la ceinture, qui n'est qu'une fraction de celle de la Lune. Enfin, les différences de composition chimique entre les astéroïdes sont difficiles à expliquer si tous proviennent du même corps .
On pense que la formation des planètes suit un processus analogue à l'hypothèse de la nébuleuse solaire, qui suppose qu'un nuage de poussière et de gaz interplanétaire s'est effondré sous l'influence de sa propre gravité pour former un disque en rotation qui s'est condensé pour former le soleil et les planètes. Pendant les premiers millions d'années du système solaire, un processus d'accrétion a graduellement accru la taille des corps, jusqu'à former les différentes planètes.
Dans les régions où la vitesse moyenne des collisions était trop élevée, la dislocation des planétésimaux tendait à dominer l'accrétion, empêchant la formation de corps suffisamment grands. De plus, les effets de résonance orbitale avec Jupiter tendent à perturber les petits corps vers d'autres orbites. La région située entre Mars et Jupiter contient plusieurs fortes résonances. Jupiter ayant migré vers le Soleil à la suite de sa formation, ces résonances ont balayé la ceinture d'astéroïdes, excitant la population des planétésimaux, accroissant leur vitesse relative. Les planétésimaux de cette région furent (et continuent à être) trop perturbés pour former une planète. Ils continuent à orbiter le Soleil indépendamment et à rentrer en collision de façon occasionnelle. La ceinture d'astéroïdes peut être considérée comme une relique du système solaire primitif.
Évolution
La ceinture d'astéroïdes actuelle ne contiendrait qu'une petite partie de la masse de la ceinture primordiale. Sur la base de simulations informatiques, cette ceinture aurait eu une masse équivalente à celle de la Terre. À cause de perturbations gravitationnelles, la majeure partie des matériaux furent éjectés à peine un million d'années après leur formation, ne laissant au final que moins de 0,1% de la masse d'origine.
Depuis cette période, la distribution de la taille des astéroïdes dans la ceinture est restée relativement stable : il n'y a pas eu d'augmentation ou de baisse des dimensions typiques de ces astéroïdes. Cependant, ils furent affectés par différents processus ultérieurs comme le réchauffement interne (pendant les premières dizaines de millions d'années), la fonte de leur surface après des impacts ou l'effritement par radiation et bombardement de micrométéorites. Les astéroïdes en eux-mêmes ne sont donc pas des échantillons intacts du système solaire primitif. Par contraste, les objets de la ceinture de Kuiper externe auraient subi bien moins de transformations.
La résonance orbitale 4:1 avec Jupiter, vers 2,06 UA, peut être considérée comme la limite interne de la ceinture. Les perturbations de Jupiter y déplacent les corps vers des orbites instables. De plus, la plupart des corps qui s'y sont formés furent éjectés par Mars (dont l'aphélie est situé à 1,67 UA) ou par des perturbations gravitationnelles au début du système solaire. Les exceptions incluent la famille d'Hungaria, des astéroïdes situés sur des orbites très inclinées et qui furent ainsi protégés des perturbations.
