24 Juin 2019

Ryugu et Bennu, un peu plus près des astéroïdes

Qu’est-ce que les astéroïdes ont à nous apprendre ? Rien de moins que l’histoire de la formation de la Terre, du Système solaire et leur possible rôle dans l’émergence de la vie sur Terre. Deux sondes, la japonaise Hayabusa2 et l’américaine OSIRIS-REx, rencontrent en ce moment chacune un astéroïde. Et elles rapporteront respectivement les échantillons de Ryugu et Bennu sur Terre pour livrer leurs secrets. Nous en discutons avec Patrick Michel, directeur de recherche au CNRS à l’Observatoire de la Côte d’Azur et membre des équipes scientifiques des missions OSIRIS-REx et Hayabusa2, et Francis Rocard, responsable des programmes d’exploration du Système solaire du CNES.

Deux sondes au contact de leur astéroïde

Hayabusa2 effectue son prélèvement sur Ryugu dans la nuit du 21 au 22 février 2019 et projette du matériau de l’astéroïde autour de la sonde. Crédits : JAXA, University of Tokyo and collaborators

Gros plan sur la surface de Bennu vue par OSIRIX-REx à 3,4 km le 28 mars 2019. La largeur de l’image correspond à environ 50 mètres au sol. Crédits : NASA/Goddard/University of Arizona

Du haut de ses 4,5 milliards d’années, notre planète n’a pas conservé intactes les roches qui lui ont donné naissance : elles ont été chauffées, érodées par l’atmosphère et l’eau ou englouties dans le magma par la dérive des continents. Pourtant non loin dans le ciel subsistent des témoins, trop petits et trop épars pour que la gravité ait pu les unifier en une planète : la grande majorité des astéroïdes connus forment une ceinture entre Mars et Jupiter.

Certains d’entre eux, appelés astéroïdes Troyens, partagent la trajectoire de Jupiter. D’autres évoluent au-delà de l’orbite de Neptune dans la ceinture de Kuiper et les derniers sont dispersés dans le Système Solaire interne où évoluent les planètes telluriques (Mercure, Vénus, Terre et Mars) et sont communément appelés géocroiseurs. Ryugu et Bennu font partie de cette dernière population et évoluent actuellement au voisinage de la Terre. C’est pourquoi ils ont été choisis comme destination pour les deux sondes Hayabusa2 et OSIRIS-REx dédiées à l’étude de leur surface, de leur composition et de leurs propriétés physiques. Le choix de leur faire effectuer de périlleuses descentes est crucial pour notre compréhension des astéroïdes, au point que le Japon et les États-Unis ont décidé ces deux missions de prélèvement indépendamment, sans concertation.

« Nous vivons une période extraordinaire avec deux aventures qui n’ont rien à envier à celles d’Indiana Jones, s’enthousiasme Patrick Michel. Il y a une prise de conscience dans la communauté internationale qu’il est indispensable de rapporter des échantillons de ce type d’astéroïdes carbonés de type C. Nous allons pouvoir les comparer et reconstituer une histoire du passé. En plus quand nous visitons des petits corps, c’est très important de pouvoir les toucher comme Hayabusa (première du nom) a pu le faire sur l’astéroïde Itokawa et Philae sur la comète 67P. Parce que depuis l’orbite on peut se tromper sur leur nature, il faut sentir la surface et la résistance des matériaux. En l’occurrence, le cratère réalisé par Hayabusa2 sur Ryugu est beaucoup plus grand que prévu par les calculs à moins d’invoquer des propriétés de surface très improbables. La formation d’un cratère est très compliquée à modéliser notamment à cause de la faible gravité».

La JAXA étudie actuellement la possibilité d’effectuer un deuxième prélèvement sans risquer de perdre Hayabusa2 et son premier échantillon. La NASA quant à elle doit choisir les sites de récoltes à la mi-2019 et préfère attendre fin 2020 pour réaliser tous ses objectifs scientifiques avant de tenter la collecte en juillet 2020.

Deux astéroïdes étrangement similaires mais aussi très différents

Bennu à gauche, Ryugu à droite (échelle approximative). Crédits : NASA/Goddard/University of Arizona et JAXA, University of Tokyo and collaborators

Premier constat : vus de loin comme de près, les deux astéroïdes se ressemblent curieusement. Ils sont tous les deux très noirs, avec beaucoup de roches à leur surface, de gros cratères vers l’équateur et une densité très faible. Leur taille est différente, Bennu fait 500 mètres de diamètre et Ryugu presque le double. Mais leur forme se superpose étonnamment. Tous les deux correspondent à un agglomérat lâche appelé « rubble pile » (tas de gravats) : d’après les simulations publiées par Patrick Michel et ses collaborateurs dans les années 2000, ces petits objets proviennent chacun d’un gros astéroïde qui a été détruit par collision dans la Ceinture et dont les fragments se sont ré-accumulés pour former une famille d’agrégats plus ou moins gros, dont Bennu et Ryugu sont des exemples, ce qui explique leur densité plus faible qu’une roche solide.

« Les images de Bennu m’ont sidéré, explique Francis Rocard. C’est un peu comme si on avait jeté d’un toit des morceaux de schiste. Au départ c’était un petit corps formé par agglomération de petits grains. Puis il a été impacté par un objet massif qui l’a brisé et volatilisé. Une grosse partie s’est ensuite réagglomérée de façon douce pour constituer ce tas de gravats. Leur forme de berlingo est assez surprenante, mais après coup on retrouve ce phénomène sur les lunes de Saturne comme Pan. Dans le cas d’astéroïdes isolés, ça pourrait être lié à la rotation de l’objet, avec la force centrifuge qui provoque des avalanches des pôles vers l’équateur. Patrick Michel simule cette dynamique des petits corps, ce type de simulations est sa spécialité. »

Patrick Michel a justement une autre hypothèse sur leur forme. En plus d’une collision passée, faire intervenir un ancien satellite à Bennu et Ryugu : « Cette forme particulière de toupie est commune aux objets doubles. Seulement, aucun des deux astéroïdes n’en est un. Donc est-ce qu’à une époque ils ont eu un satellite qu’ils auraient perdu en route ? Ça expliquerait, par conservation, que leur rotation est maintenant plus lente que celle permettant de perdre de la matière ». Sachant que c’est justement la vitesse de rotation qui peut décrocher un morceau d’astéroïde et le faire tourner autour pour en faire un corps double, la question se pose.

Bennu, un astéroïde avec une activité cométaire ?

L’éjection de particules de Bennu vue par OSIRIS-REx. Crédits : NASA/Goddard/University of Arizona/Lockheed Martin

La plus grande surprise a été de découvrir que Bennu éjectait de la poussière et des gravillons, ce qui est étonnant de la part d’un astéroïde principalement constitué de roches et de métaux. Habituellement ce sont les comètes qui se mettent à éjecter du gaz et des poussières sous forme de chevelure lorsqu’elles se réchauffent et que leurs glaces subliment en approchant du Soleil. Les astéroïdes ont des orbites beaucoup plus circulaires autour de notre étoile, et sont en principe beaucoup moins hydratés. Donc la communauté scientifique les pensait complètement inertes jusqu’à maintenant.

Pour Patrick Michel, l’exemple de Bennu et la découverte de glace sur la surface d’astéroïdes dans la ceinture d’astéroïdes en 2010 peuvent être le signe que la frontière entre les astéroïdes et les comètes, si elle est évidente sur la base de leurs orbites, est beaucoup plus floue qu’on ne le pensait sur le critère de leurs propriétés physiques : « Si même les astéroïdes peuvent être actifs, ça suggère qu’il y a un continuum dans les populations. Nous avons d’abord pensé que ces poussières pouvaient être provoqués par la collision avec des micrométéorites sur Bennu. Mais nous avons eu la grande surprise d’observer que cela s’est produit plusieurs fois depuis qu’OSIRIS-REx est sur place, et en peu de temps, ce qui est incompatible avec les fréquences de tels impacts. Donc ça vient forcément de l’astéroïde lui-même. En général en astronomie on est sur des temps longs, mais grâce à OSIRIS-REx on est en train de le voir vivre et on vit les surprises en temps réel. Évidemment c’est trop tôt pour mélanger comètes et astéroïdes parce qu’on ne fait que découvrir ces nouveaux mondes. Mais c’est une époque géniale parce qu’on a beaucoup de présupposés qui sont en train de tomber ! »

Francis Rocard est plus partagé. Cette continuité lui paraît naturelle, mais il reste quand même de bonnes raisons de maintenir cette séparation. « Un astéroïde hydraté c’est 3% d’eau. En comparaison, une comète c’est un tiers de glace à 90% d’eau. Au niveau des orbites, les comètes sont très allongées, très elliptiques, et on en connaît seulement 4 000. Les astéroïdes sont très circulaires et on en connaît 800 000. Certes, on découvre des comètes qui se circularisent, et des astéroïdes qui sont éjectés en pseudo-comètes, mais les deux restent très distincts. Pour moi les éjections de poussières de Bennu peuvent s’expliquer par des avalanches à sa surface combinées à sa très faible gravité. »

Alors définition stricte ou continuité floue ? Il faudra encore en découvrir davantage pour savoir si ce sont les roches ou les présupposés qui sont en train de tomber. Le retour d’échantillons d’Hayabusa2 est prévu en 2020, et en 2023 pour OSIRIX-REx.

Contacts

Patrick Michel
Directeur de recherche CNRS à l’Observatoire de la Côte d'Azur de Nice
Responsable de l’équipe TOP (Théories et Observations en Planétologie), UMR 7293 Lagrange
Courriel : michelp at oca.eu
Tel : +33 4 92 00 30 55  / +33 6 88 21 28 33

Francis Rocard
Responsable des programmes d'exploration du Système Solaire au CNES
Courriel : francis.rocard at cnes.fr
Tel : 01 44 76 75 98