Pourquoi les explorateurs permettent aux explorateurs de protéger la Terre (et de comprendre l’origine du système solaire)

Les astéroïdes, ceux accès de planètes en orbite dans le système solaire, nous sommes fascinés et errons depuis la nuit des temps. Eh bien probablement à l’origine de la disparition des dinosaures, ils sont surtout des témoins incontournables de la formation du système solaire. Ils révèlent de grands secrets sur la genèse de notre planète et au-delà l’apparition de la vie.

L’exploration des astéroïdes est très récente : pendant très longtemps, les seules informations que nous avons pu entrevoir provenaient de la quantité infinie de matière arrivant sur terre via les météorites. Les missions visant à rechercher ces minuscules corps célestes font désormais l’actualité scientifique. Les objectifs de ces explorations sont nombreux, mais ils présentent des défis techniques particuliers qui les rendent d’autant plus attrayants pour ceux qui y participent.

Astéroïdes, quesaco ?

Commençons par un petit portrait de cette famille très spéciale. Les astéroïdes sont de petits corps célestes inertes qui orbitent autour du soleil. Ils sont principalement composés de roches et de métaux. Près des comètesces derniers se distinguent par la présence importante de glace et un stagiaire caractéristique.

Schéma du système solaire interne, jusqu'à l'orbite de Jupiter, montrant les orbites des planètes internes et la position approximative du cœur de la ceinture astronomique ;  les astéroïdes troyens sont également représentés
Schéma du système solaire interne, jusqu’à l’orbite de Jupiter, montrant les orbites des planètes internes et la position approximative du cœur de la ceinture astronomique ; les astéroïdes troyens sont également représentés – NASA / Wikimedia CC BY 4.0 (via The Conversation)

La majorité des astéroïdes sont situés dans la ceinture principale d’astéroïdes, entre Mars et Jupiter. Certains astéroïdes “dissidents” croisent quant à eux l’orbite terrestre, d’où leur nom de géocroiseurs. Une autre petite population d’atrocités nommée en référence aux héros de la Guerre de Troie, les astéroïdes troyens, ont été élus domiciliés sur l’orbite de Jupiter. Enfin, cette dernière population a évolué au-delà de l’orbite de Neptunedans ce qu’on appelle la ceinture de Kuiper.

Le premier astéroïde (Cérès) a été découvert par erreur au début du 19ème siècle. Appelés à l’origine “petites planètes”, de nombreux astéroïdes ont été découverts au cours des deux siècles suivants, grâce aux observations de télescopes depuis la Terre. Cependant, les astéroïdes présentent peu d’intérêt dans les missions d’exploration internationales : sauf rares exceptions, il faut attendre la fin des années 1990 pour que leurs missions soient dédiées. Ce sont plutôt des sauts opportunistes et courts lors d’un voyage vers d’autres objets : le Sonde Rosette se dirigeant vers la comète Churuymov-Gerasimenko chevauchait ainsi deux astéroïdes.

Comprendre la formation du système solaire

Depuis, des missions spatiales ont été spécifiquement définies pour étudier certains astéroïdes. Ils ciblent principalement les astéroïdes carbonatés de type primaire, considérés comme des témoins de la formation du système solaire, mais aussi des débuts de la vie sur Terre, que les astéroïdes auraient pu regrouper.

Ainsi, les missions japonaises Hayabusa puis Hayabusa 2 s’intéresse particulièrement aux origines de l’eau et de la vie sur Terre. L’astroide Ryugu a ainsi été sondé pour signaler sur Terre (fin 2020) échantillons de matières carbonatées et hydratées, pour la première fois dans l’histoire. Des analyses impulsionnelles menées dans plusieurs laboratoires internationaux révéleront bientôt certains des secrets de la formation du système solaire.

Spécifications rapportées par la mission Hayabusa2
Spécifications rapportées par la mission Hayabusa2 – JAXA CC BY -NC 4.0 (via The Conversation)

La mission américaine Osiris-Rex attaché à Hayabusa2 est une mission similaire de collecte d’échantillons sur un astéroïde carbonaté. Les deux missions et la communauté scientifique internationale fonctionnent également en étroite collaboration et les défis rencontrés sont relevés ensemble.

Cet objectif de comprendre la formation de système solaire est également partagé par le Mission américaine Lucy, lancé le 16 octobre 2021 et est désormais en route vers les chevaux de Troie pour une mission de plus de 10 ans. Il est prévu d’étudier 6 astéroïdes (dont un double), afin de confirmer ou d’amender la théorie de Joli modèle. Ce scénario décrivant la formation et l’évolution du système solaire explique notamment le bombardement massif du Lundi ainsi que la formation de la ceinture de Kuiper par une réorganisation majeure du système solaire, et notamment la migration des planètes géantes.

Missions de défense de la planète

Si l’on considère que les activités d’extraction de matériaux rares sur les astéroïdes sont pour le moment utopiques et éthiquement discutables, il reste un autre intérêt majeur à l’étude des astéroïdes : la défense planétaire.

Depuis plusieurs années, les agences spatiales se sont répandues sur le solutions à envisager si, dans le futur, un astéroïde géocroosant posait un risque pour la Terre. Les humains ont les moyens de ne pas devenir les prochains dinosaures et nous sommes loin d’un scénario dans le Armageddon. En effet, il est désormais possible de prédater les orbites des astéroïdes les plus dangereux. En cas de risque extrême, les agences spatiales auront le temps d’étudier les meilleures solutions techniques sans intervention humaine kamikaze. A noter que le risque à l’échelle d’une vie est quasi négligeable, il s’agit principalement d’anticiper et d’améliorer les modèles physiques afin d’être prêt en cas de besoin.

La sonde DART a ainsi été lancé par le Nasa le 24 novembre dernier. Après une phase d’observation, il s’écrasera volontairement à la surface du petit astéroïde Dimorphos en orbite autour l’astéroïde Didymos fin septembre 2022. L’objectif de cette mission est d’évaluer la modification de l’artère orbitale provoquée par cet impact, afin d’améliorer et de dimensionner d’éventuelles futures missions d’enlèvement d’objet par impact cinétique.

La sonde DART doit sonder l'astéroïde Dimorphos (ici noté Didymos2) afin de modifier son orbite
La sonde DART doit sonder l’astéroïde Dimorphos (ici noté Didymos2) afin de modifier son orbite – NASA / Johns Hopkins APL CC BY -NC 4.0 (via The Conversation)

Cette mission américaine s’inscrit dans un programme plus vaste auquel participent l’Europe et la France. En effet, le mission-partenaire HERA de l’Agence spatiale européenne (ESA) sera lancé en 2024. Il aura pour but d’étudier Didymos et Dimorphos dans toutes les conditions après l’impact de DART, afin de compléter les mesures qui seront prises depuis la Terre avant, pendant et après l’impact.

Les défis techniques de l’exploration des astéroïdes

Les astéroïdes présentent un défi technique permanent aux équipes qui les préparent. Ce sont ces défis ainsi que les précieuses informations qu’ils peuvent nous apporter qui constituent le sel de cette exploration particulière.

Leur faible gravité est un allié important, car elle leur permet de collecter des échantillons de matière extraterrestre et de les rapporter sur Terre sans avoir à se préoccuper de l’épineux problème de l’extraction par gravité du corps visité. Un exploit que l’on est encore loin de pouvoir accomplir avec des échantillons de planètes : aucun échantillon n’a par exemple été rapporté de Mars, les chercheurs doivent se contenter d’analyses réalisées sur place par des robots moins puissants que ceux disponibles dans les laboratoires terrestres. .

Néanmoins, cet avantage d’une faible gravité s’accompagne de nombreux défis à relever. En effet, cela rend impossible de se placer réellement en orbite pour observer l’astre. Il faut donc se préparer à de nombreuses manœuvres de ravitaillement parfois complexes et coûteuses lors des phases de proximité, d’observation et de télécartographie. De plus, il est très difficile de se tenir debout en surface et de rester ancré.

L’atterrissage est donc très compliqué à préparer, d’autant plus que le site d’atterrissage est choisi plus tard car l’astéroïde visé est par définition médiocre (forme et gravité, aspect de surface, composition, densité…). Il est donc impossible de prévoir les opérations dans le détail et il s’agit souvent de faire des hypothèses et de déterminer des probabilités d’action, en tenant compte des surprises qui ne manquent pas de se présenter.

Photographie composite de la surface de l'astéroïde Bennu, prise lors de sa surface par la sonde OSIRIS-REx
Photographie composite de la surface de l’astroïde Bennu, prise lors de son relevé par la sonde OSIRIS-REx-NASA / Goddard / University of Arizona / Flickr CC BY-NC 4.0 (via The Conversation)

Une autre caractéristique de ces missions vers des destinations très longues est un temps de préparation et de croisière très long. Ainsi, le satellite Lucy mettra plus de 6 ans pour atteindre les astéroïdes troyens et la mission Hayabusa2 est calée sur un périple de 10 ans avant d’atteindre l’astronaute retenu pour prolonger sa mission. Cela nécessite une implication des équipes de fond sur le long terme, ce qui représente un défi humain considérable. Heureusement, ce croisement sert souvent à finir par déployer les logiciels embarqués sur le satellite, les outils au sol nécessaires aux opérations à destination et à former les équipes.

Enfin, la plus grande distance de l’objet par rapport au Terre augmenter le temps de transmission du signal (souvent supérieur à une demi-heure) et imposer l’utilisation d’un relais de communication. Les interactions avec Terres sont alors réduites, et les décisions en cas d’imprévu doivent être prises rapidement et avec peu de données, comme c’était le cas pour l’animateur franco-allemand MASCOT à la surface de Ryugu en octobre 2018.

L’imprévisibilité, le mystère et le risque inhérent à ces opérations d’exploration astronomique font souvent partie des motivations profondes de la communauté technique et scientifique impliquée. Les nombreux avantages scientifiques et techniques de ces petits objets, laissés pour compte dans la formation du système solaire, sont à l’origine de l’attachement actuel pour eux. missions spatiales qui reste malgré tout très peu coûteux. L’évolution très rapide des technologies permet désormais d’explorer des missions encore plus longues, ouvrant de nouvelles perspectives d’exploration d’astéroïdes ou encore de comètes.

Cette analyse a été éditée par Aurélie Moussi-Soffys, chef de projet Hayabusa2-MASCOT au Centre National d’Etudes Spatiales (CNES).
L’article original a été publié sur le site de La conversation.

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