L’astéroïde géocroiseur 433 Éros où s’est posée la sonde NEAR Shoemaker.

Un astéroïde est un petit corps du système solaire composé de roche, de métaux et de glace, de forme irrégulière et dont les dimensions varient de quelques dizaines de mètres à plusieurs kilomètres¹.

Le premier fut découvert en 1801, on en dénombre actuellement plus de 560 000. Une grande partie évolue sur une orbite située entre Mars etJupiter : la ceinture d’astéroïdes. Un autre groupement important est situé au-delà de l’orbite de Neptune : la ceinture de Kuiper. La composition des astéroïdes de la ceinture de Kuiper est plus riche en glace et plus pauvre en métaux et en roche, ce qui les apparente à des noyaux cométaires². Contrairement aux comètes les astéroïdes sont inactifs, cependant quelques-uns ont été observés avec une activité cométaire³.

On suppose que les astéroïdes sont des restes du disque protoplanétaire qui ne se sont pas regroupés en planètes pendant sa formation.

Certains astéroïdes croisant l’orbite de la Terre (appelés géocroiseurs) sont considérés comme objets potentiellement dangereux, à cause du risque de collision, et sont surveillés par des systèmes automatisés.

Premières découvertes

La planète naine 1 Cérès vue par letélescope spatial Hubble.

Le premier astéroïde fut découvert tout à fait par hasard par Giuseppe Piazzi, directeur, à l’époque, de l’observatoire de Palerme, en Sicile. Le1^er janvier 1801, alors qu’il menait des observations dans la constellation du Taureau afin de rédiger un catalogue stellaire, il repéra un nouvel astre. Le lendemain, il constata avec surprise que celui-ci s’était déplacé vers l’ouest⁴. Il suivit le déplacement de cet objet pendant plusieurs nuits. Son collègue, Carl Friedrich Gauss, utilisa ces observations pour déterminer la distance exacte de cet objet inconnu à la Terre. Ses calculs placèrent l’astre entre les planètes Mars et Jupiter. Piazzi le nomma Cérès, du nom de la déesse romaine qui fait sortir la sève de la terre et qui fait pousser les jeunes pousses au printemps, et également déesse protectrice de la Sicile.

Selon la loi empirique de Titius-Bode, formulée en 1766 par Johann Daniel Titius et divulguée par Johann Elert Bode, une planète aurait dû graviter entre Mars et Jupiter. Une campagne d’observation, initiée par Joseph Jérôme Lefrançois de Lalande en 1796, avait été lancée afin de la localiser⁴. Piazzi, sans le vouloir, avait devancé ses collègues avec la découverte de Cérès sur l’orbite de l’hypothétique planète.

Entre 1802 et 1807, trois autres objets furent découverts sur la même orbite : Pallas, Junon et Vesta. Les quatre nouveaux corps furent alors considérés comme des planètes à part entière. Le terme de petites planètes était généralement employé, cependant dès 1802, William Herschel proposa l’appellation d’astéroïde, qui signifie littéralement « en forme d’étoile », à cause de leur aspect au télescope, différent de celui en forme de disque régulier des autres planètes⁵. Avec, de plus, leur petite taille ou l’inclinaison orbitale élevée de Pallas, il s’agissait selon lui d’objets du système solaire à distinguer des planètes.

Il fallut attendre 1845 pour qu’une nouvelle petite planète soit découverte, Astrée, par Karl Ludwig Hencke. Dès lors, les découvertes ne cesseront de se multiplier et l’appellation proposée par Herschel s’imposera. En juillet 1868, cent astéroïdes étaient connus. La millième découverte homologuée eut lieu en novembre1921 (969 Leocadia) et la dix-millième en octobre 1989 ((21030) 1989 TZ₁₁). En règle générale, l’ordre des dates de découvertes ne correspond pas à l’ordre de numérotation des astéroïdes, car l’octroi d’un numéro dépend de l’établissement d’une orbite fiable.

Heinrich Olbers, qui découvrit Pallas et Vesta, avait émis l’hypothèse que les astéroïdes étaient les fragments d’une planète qui avait été détruite. Cette supposée planète fut même baptisée plus tard Phaéton. L’hypothèse la plus communément admise aujourd’hui est que les astéroïdes sont des résidus du système solaire primitif qui n’ont pu s’agglomérer pour former une planète, à cause notamment de l’influence gravitationnelle de Jupiter⁶. Ils sont donc considérés comme des reliques du système solaire, leur étude plus poussée et leur exploration permettraient d’en savoir davantage sur la formation du système solaire.

La majorité des découvertes d’astéroïdes se font dans la zone comprise entre Mars et Jupiter, et appelée la ceinture d’astéroïdes (ou ceinture principale). Mais d’autres sont découverts en dehors de cette zone, soit parce qu’ils possèdent une orbite qui les fait s’éloigner de la ceinture principale, soit parce qu’ils sont situés dans une toute autre zone du système solaire (voir Principaux groupements).

L’étude des astéroïdes fut longtemps délaissée par les astronomes. Nous les connaissons depuis maintenant plus de deux cents ans, mais ils étaient considérés comme les rebuts dusystème solaire⁷. On sait maintenant que les astéroïdes sont une clé importante de la compréhension de la formation du système solaire et c’est pour cette raison que les astronomes montrent un plus grand intérêt envers ces objets.

Méthodes de détection

Jusqu’en 1998, les astéroïdes étaient découverts à l’aide d’un processus en quatre étapes^{[réf. nécessaire]} :

1. Tout d’abord, une région du ciel était photographiée à l’aide d’un télescope à large champ. Des paires de photographies étaient prises à intervalles réguliers – typiquement une heure – et ce, sur une durée de plusieurs jours ;
2. deuxièmement, deux films de la même région sont observés dans un stéréoscope. Tout corps en orbite autour du Soleil aura alors bougé légèrement. Dans le stéréoscope, l’image de ce corps apparaîtra alors comme flottant légèrement sur le fond des étoiles ;
3. troisièmement, une fois qu’un objet se déplaçant a été identifié, sa position était mesurée précisément en utilisant un microscope, la position étant mesurée relativement à celle d’une étoile connue.

   Note : ces trois premières étapes ne constituent pas une découverte d’un astéroïde : l’observateur n’a trouvé qu’une apparition.

4. l’étape finale de la découverte était d’envoyer la position et l’heure de la découverte à Brian G. Marsden du Minor Planet Center qui, à l’aide de programmes informatiques, calcule si cette apparition est reliée à d’autres apparitions sur la même orbite. Si c’est le cas, l’observateur de l’apparition finale est déclaré le découvreur et obtient l’honneur de nommer l’astéroïde. Le nom proposé doit néanmoins être approuvé par l’Union astronomique internationale.

Depuis 1998, la plupart des astéroïdes sont découverts à l’aide de systèmes automatisés qui comprennent des caméras CCD et des ordinateurs reliés directement aux télescopes. Voici les principales équipes utilisant de tels systèmes, classées par le nombre de découvertes au 30 janvier 2010⁸ :

• l’équipe du Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR) : 111 628 astéroïdes découverts ;
• Spacewatch : 27 547 astéroïdes ;
• l’équipe du Near Earth Asteroid Tracking (NEAT) : 22 647 astéroïdes ;
• l’équipe du Lowell Observatory Near-Earth-Object Search (LONEOS) : 14 227 astéroïdes ;
• le Catalina Sky Survey : 7 119 astéroïdes.

En orbite autour de la Terre, le satellite de la NASA WISE à quant à lui découvert 33 000 astéroïdes, au 1^er février 2011⁹.

Inventaire

Au 9 décembre 2011, le Minor Planet Center dénombre 310 376 astéroïdes numérotés, dont 16 863 nommés, et 262 918 astéroïdes non numérotés ; soit un total de 573 294 orbitesconnues¹⁰.

Observation à l'œil nu

Les astéroïdes sont presque impossibles à observer à l’œil nu. Ils sont bien plus petits que les planètes et très peu lumineux. L’astéroïde 4 Vesta en est l’exception puisque c’est le seul qu’il soit parfois possible d’observer sans appareil optique. Sa luminosité n’étant toutefois pas très grande, il faut donc savoir où poser le regard.

Un astéroïde ressemble plus ou moins à une étoile qui brille dans le ciel nocturne. Le meilleur moyen pour partir à la chasse aux astéroïdes avec ses jumelles ou son télescope est d’observer le fond étoilé plusieurs nuits d’affilée et de détecter les points lumineux qui se déplacent par rapport au fond, qui, lui, paraît stable. Certains catalogues répertorient la position des astéroïdes et il est alors plus facile de pointer le télescope au bon endroit.

Dénomination

Dans les premières décennies du xix^e siècle, les astéroïdes furent affublés d'un symbole astronomique ( pour Cérès, pour Pallas, pour Junon, etc.), à l'instar des planètes du système solaire. Les astéroïdes étaient à cette époque considérés comme des planètes à part entière. En 1851, devant leur nombre grandissant, le spécialiste allemand Johann Franz Encke prit la décision de remplacer ces symboles par une numérotation.

En 1947, l'américain Paul Herget, directeur de l'observatoire de Cincinatti, est chargé par l'Union astronomique internationale de fonder le Minor Planet Center. Depuis, la désignation des astéroïdes est assurée par ce centre.

Quand l’orbite d’un astéroïde est confirmée, l’apparition reçoit une première désignation constituée de l’année de découverte suivie d’une lettre représentant la quinzaine durant laquelle s’est produite la découverte, et d’une seconde lettre indiquant l’ordre de découverte pendant cette quinzaine (la lettre I n’est pas utilisée). Si plus de 25 objets sont découverts dans une quinzaine, on recommence l’alphabet en ajoutant un numéro qui indique combien de fois la seconde lettre est réutilisée (exemple : 1998 FJ₇₄).

L’astéroïde reçoit ensuite un numéro permanent, noté entre parenthèses, accompagnant la première désignation (exemple : (26308) 1998 SM₁₆₅), puis parfois, et plus tard, un nom qui remplace la première désignation (exemple : (588) Achille). Les premiers ont reçu les noms de personnages de la mythologie grecque ou romaine, à l’instar des planètes et de leurs satellites, d’autres mythologies ont ensuite été utilisées (nordique, celtique, égyptienne…) ainsi que des noms de lieux, des prénoms ou des diminutifs, des noms de personnages fictifs, d’artistes, de scientifiques, de personnalités des milieux les plus divers, des références à des événements historiques¹¹… Les sources d’inspirations pour nommer un astéroïde sont désormais très variées.

Ces dernières années, le rythme de découverte est tel que les astéroïdes sans noms sont majoritaires. Quelques groupes d’astéroïdes ont des noms ayant un thème commun. Par exemple, les Centaures sont nommés d’après les Centaures de la mythologie et les Troyens sont nommés d’après les héros de la Guerre de Troie. Au 9 décembre 2011, sur310 376 astéroïdes numérotés, le dernier nommé était (301638) Kressin, et le premier astéroïde sans nom était (3708) 1974 FV₁.

Exploration des astéroïdes

L’astéroïde Éros survolé par la sondeNear, le 19 septembre 2000.

Les premières images rapprochées d’un astéroïde sont l’œuvre de la sonde Galileo envoyée vers 951 Gaspra et 243 Ida en 1991.

La sonde NEAR Shoemaker (Near Earth Asteroid Rendezvous - Shoemaker) fut lancée le 17 février 1996 par la NASA dans le but d’étudier en détails l’un des plus gros astéroïdes géocroiseurs : 433 Éros. Après avoir établi une cartographie complète de la surface de 433 Éros entre avril et octobre 2000, et bien que cela n’était pas prévu au départ de sa mission, la sonde NEAR Shoemaker s’est finalement posée sur l’astéroïde le 12 février 2001 sans subir de dommages. Le dernier signal de la sonde a été reçu le 28 février 2001.

En 2003, la JAXA a lancé une sonde baptisée Hayabusa vers l’astéroïde Itokawa, avec pour objectif de s’y poser en douceur et d’en prélever des échantillons. Malgré plusieurs pannes et incidents¹², la sonde est finalement revenue sur Terre le 13 juin 2010, sans que l’on sache à l’époque si elle contenait effectivement des échantillons d’Itokawa ¹³.

Le 16 novembre 2010, la Jaxa a annoncé que l’analyse des particules récoltées par Hayabusa avait confirmée leur origine extraterrestre¹⁴. Le Japon devient ainsi le premier pays à s’être posé sur un astéroïde et en avoir rapporté des échantillons sur notre planète.

Principaux groupements

Ceinture principale

La ceinture dite principale ou « jovio-martienne », entre les orbites de Mars et Jupiter, distante de deux à quatre unités astronomiques du Soleil, est le principal groupement : plus de520 000 objets y ont été répertoriés à ce jour. L’influence du champ gravitationnel de Jupiter les a empêché de former une planète. Cette influence de Jupiter est également à l’origine deslacunes de Kirkwood qui sont des orbites vidées par le phénomène de résonance orbitale.

Géocroiseurs

Les astéroïdes géocroiseurs sont des astéroïdes dont l’orbite est relativement proche de celle de la Terre. Au 3 septembre 2011, on en dénombre 8 113¹⁵.

Les Amors, dont 433 Éros fait partie, les Atens et les Apollos en sont les principaux groupes.

Seuls les Atens et les Apollos croisent l’orbite de la Terre et l’intérêt grandissant qu’on leur porte est lié à la crainte de les voir entrer en collision avec celle-ci. Ces croiseurs sont appelés ECA Earth-Crossing Asteroids ou NEO Near Earth Objects en anglais.

L’agence spatiale européenne (ESA) a entamé en 2004 un projet à long terme de protection de la Terre contre les géocroiseurs. Voir Services publics dans le monde.

Troyens

Les astéroïdes troyens sont situés sur l’orbite d’une planète, aux deux points de Lagrange, L₄ et L₅. On en compte 4 990 au 3 septembre 2011¹⁶.

La quasi-totalité des Troyens sont sur l’orbite de Jupiter. Mars en possède quatre et Neptune huit.

La Terre en possède également un, 2010 TK7, découvert en 2010 par le télescope spatial WISE¹⁷.

À ce jour les autres planètes ne semblent pas en posséder, sans doute en raison de l’influence soit du Soleil, soit des planètes voisines susceptibles de perturber les points de Lagrange, ou n'ont pas encore été découverts.

Ceinture de Kuiper

La ceinture de Kuiper, située au delà de l'orbite de Neptune, semble être potentiellement la plus grande concentration de petits corps du système solaire. Au 3 septembre 2011,1 229 objets transneptuniens sont dénombrés par le Minor Planet Center¹⁵.

Le premier membre découvert de cette ceinture est (15760) 1992 QB₁ en 1992, classé par la suite dans la catégorie des cubewanos ou objets classiques de la ceinture de Kuiper. La découverte de ce corps attira l’attention des astronomes sur les objets « transneptuniens ».

Certains des membres de la ceinture de Kuiper sont de tailles comparables à Pluton ou sa lune Charon.

Le plus grand identifié jusqu’à aujourd’hui est (136199) Éris, qui atteint 2 400 km de diamètre, soit une centaine de kilomètres de plus que le diamètre de Pluton. Les débats portent donc désormais sur la démarcation entre les gros objets et les planètes du système solaire. Ainsi, en août 2006, l’Union astronomique internationale décide de créer le statut de planète naine, aussitôt décerné à Pluton qui perd celui de planète, à (136199) Éris, objets de la ceinture de Kuiper et à (1) Cérès, le plus gros astéroïde de la ceinture principale. D’autres objets de la ceinture de Kuiper sont candidats à ce nouveau statut.

Par ailleurs, cette ceinture est la source de près de la moitié des comètes qui sillonnent le système solaire.

Nuage d'Oort

En astronomie, le nuage d’Oort (ˈɔrt), aussi appelé le nuage d’Öpik-Oort (ˈøpik), est un vaste ensemble sphérique hypothétique de corps situé à environ 50 000 ua du Soleil¹⁸(≈ 0,8 année-lumière), bien au-delà de l’orbite des planètes et de la ceinture de Kuiper. La limite externe du nuage d’Oort, qui formerait la frontière gravitationnelle du système solaire¹⁹, se situerait à plus d’un millier de fois la distance séparant le Soleil et Pluton, soit environ une année-lumière et le quart de la distance à Proxima du Centaure, l’étoile la plus proche du Soleil.

Centaures

Les Centaures sont des astéroïdes qui naviguent autour du Soleil entre les orbites des planètes géantes (au nombre de 319 au 3 septembre 2011, en incluant certains objets épars¹⁵). Le premier qui fut découvert est 2060 Chiron, en 1977. On suppose généralement que ce sont des astéroïdes ou des comètes provenant probablement de la ceinture de Kuiper qui ont été éjectés de leurs propres orbites.

Astéroïdes croisant l'orbite des autres planètes

Outre les géocroiseurs, il existe d’autres regroupements d’astéroïdes suivant qu’ils croisent l’orbite d’une autre planète du système solaire. Certains astéroïdes peuvent faire partie de plusieurs regroupements. Il est à noter que si le terme de géocroiseur est répandu, ceux qui suivent sont très rarement employés.

• Herméocroiseurs : croisent l’orbite de Mercure
• Cythérocroiseurs : croisent l’orbite de Vénus
• Aréocroiseurs : croisent l’orbite de Mars
• Zénocroiseurs : croisent l’orbite de Jupiter
• Kronocroiseurs : croisent l’orbite de Saturne
• Ouranocroiseurs : croisent l’orbite d’Uranus
• Poséidocroiseurs : croisent l’orbite de Neptune

Astéroïdes ou planètes ?

Les avancées techniques aidant, dès 1980, le nombre d’objets découverts augmenta considérablement et des corps très massifs, de la taille de Pluton, alors considérée comme une planète, furent observés. Les scientifiques en vinrent alors à se demander comment différencier une planète d’un gros astéroïde.

Rappelons aussi que, selon la théorie de Laplace (astronome en 1796), les planètes et le Soleil seraient nées simultanément d’un nuage de gaz et de poussières en rotation. Issus de ce nuage, une multitude de planétoïdes seraient le résultat d’une histoire mouvementée, caractérisée par une succession de processus antinomiques d’accrétion et de collisions. Astéroïdes et planètes ayant été formés à partir de la même matrice protoplanétaire, on peut se demander sur quels critères physiques s’appuyer pour les différencier. La très grande majorité des astéroïdes est de forme très irrégulière, ce qui contraste avec les formes quasi-sphériques des planètes ; cependant, les très gros astéroïdes, tels Cérès, sont également quasi-sphériques. La nature de la surface n’entre pas non plus en compte dans la différenciation. La différenciation se fait essentiellement par la taille :

Un astéroïde se définit implicitement comme un corps n’excédant pas 1 000 km de diamètre et gravitant autour du Soleil. Ce diamètre correspond approximativement à celui de Cérès, le plus gros astéroïde de la ceinture principale.

Toutefois, de nouveaux objets découverts ont défrayé la chronique : (20000) Varuna, (28978) Ixion, (50000) Quaoar, (90377) Sedna, (90482) Orcus et (136199) Éris. Détectés soit sur des orbites similaires à Pluton, soit au-delà, ces objets ont des tailles comprises entre 1 300 km et 2 600 km et se situent à la frontière entre planètes et astéroïdes.

En août 2006, l’Union astronomique internationale, a revu la notion de planète et défini une nouvelle classe d’objets, les planètes naines. Ainsi, Pluton, Éris et Cérès furent classés dans la catégorie « planète naine », bien que Cérès continue à être également considérée comme un astéroïde.

Astéroïdes et comètes

Astéroïdes et comètes sont des petits corps du système solaire. Les premiers ne présentent pas d’activités lorsqu’ils passent au périhélie (formation d’une chevelure ou d’une queue). Une minorité a cependant été observée avec une activité cométaire, comme le Centaure (2060) Chiron ou 133P/Elst-Pizarro dans la ceinture principale. Ces objets sont catalogués à la fois comme astéroïde et comète.

Les astéroïdes appartenant à la catégorie des damocloïdes sont des objets possédant une orbite à longue période et une forte excentricité tout comme les comètes périodiques. Il s’agit peut-être de noyaux cométaires devenus inactifs.

Selon une étude publiée dans la revue Nature en 2009, 20% des objets de la ceinture principale seraient des noyaux cométaires²⁰. Ces noyaux, provenant de la ceinture de Kuiper, auraient été propulsés vers le système solaire interne lors du grand bombardement tardif provoqué notamment par la migration de Neptune.

Classification selon leur composition

Astéroïdes notables

Les risques d'impacts avec la Terre

Les astronomes doivent conventionnellement remonter leurs observations d'astéroïdes nouveaux au Minor Planet Center ²². Le risque est identifié et fait l'objet d'une remédiation autant que possible : lire stratégies de déviation des astéroïdes.

Impact (vue d’artiste, Don Davis).

Lorsqu’un astéroïde ou un fragment d’astéroïde pénètre dans l’atmosphère de la Terre, les frottements avec cette dernière provoquent sa combustion. Si l’objet est assez volumineux, cette combustion n’est pas complète et il percute alors la surface de la Terre. On le nomme alorsmétéorite.

En 2010, plus de 5 400 astéroïdes et comètes ont été détectés dans un rayon de 195 millions de kilomètres autour du Soleil, assez près de notre planète pour que les astronomes les classent dans la catégorie des objets proches de la terre (Near Earth Objects, NEO) ougéocroiseurs. Ceux qui mesurent plus de 140 m de large et passent à moins de 7,4 millions de kilomètres de l’orbite de la Terre sont considérés comme dangereux. Au 30 avril 2008, les astronomes avaient catalogué plus de 900 corps célestes de ce type, dont(99942) Apophis, un astéroïde qui passera à 32 000 km de la terre en 2029. La probabilité qu’un de ces objets dangereux entre en collision avec la Terre est quasi nulle à l’échelle du temps humain, mais quasi certaine à l’échelle du temps cosmique, le phénomène d’accrétion n’étant nullement terminé. C’est la raison pour laquelle des observateurs surveillent constamment leur position — recalculant leur orbite et les risques d’impact qu’ils présentent — et scrutent les régions voisines de l’espace à la recherche de nouvelles menaces.

Par exemple l’observatoire de Remanzacco a signalé que le 27 juin 2011, à 17 heures TU, un astéroïde d’un diamètre compris entre 5 et 20 m était passé à 12 300 km de la Terre. Cet évènement se reproduit, en moyenne, une fois tous les six ans d’après la NASA²³.