Les astéroïdes

Les petits corps
du système solaire
Formation du Système Solaire
(a) Formation du disque de gaz et de
poussières
(b) Les poussières migrent vers la
plan équatorial
(c) Agrégation des poussières,
formation des planétésimaux
(d) Formation d’embryons de planètes
(e) Formation des planètes
Simulation de la formation des planètes telluriques (1/6)
Simulation de la formation des planètes telluriques (2/6)
Simulation de la formation des planètes telluriques (3/6)
Simulation de la formation des planètes telluriques (4/6)
Simulation de la formation des planètes telluriques (5/6)
Simulation de la formation des planètes telluriques (6/6)
Les petits corps : Généralités
Les restes de la formation du système solaire
Avant
Après
Que deviennent les résidus qui ne sont pas capturés par
les planètes en formation ?
Les petits corps : Généralités
Les petits corps sont des vestiges de la formation du système solaire.
5 destins possibles.
1. Collision avec une planètes
2. Ejection du système solaire
Les petits corps : Généralités
Les petits corps sont des vestiges de la formation du système solaire.
5 destins possibles.
Collision et fragmentation
3. Capture et mise en
orbite
4. Fragmentation
5. Préservation jusqu’à aujourd’hui
De nos jours, il existe encore de nombreux petits corps
dans le système solaire
Les petits corps : Généralités
Les petits corps du système solaire se répartissent en 3 groupes
localisés à différentes distances du Soleil
1.) Les astéroïdes
Ceinture d’astéroïdes située
entre Mars et Jupiter (~ 2.5 UA)
2.) Les objets de Kuiper
Ceinture de Kuiper située au delà
de Neptune (de 30 à 50 UA)
3.) Les comètes
Nuage de Oort
(entre 40 000 et 150 000 UA)
Les Astéroïdes
Les astéroïdes : Généralités
Astéroïde:
objet céleste dont la taille varie de
quelques dizaines de mètres à plusieurs
kilomètres de diamètre et qui orbite
autour du Soleil.
Orbites des astéroïdes:
Š La plupart des astéroïdes sont
localisés dans la ceinture principale
située entre Mars et Jupiter (~ 2.5 UA)
ŠAstéroïdes troyens circulent sur
l’orbite de Jupiter
Š Astéroïdes géo-croiseurs ont une
orbite qui croisent celle de la Terre
Les astéroïdes : Généralités
Les astéroïdes géocroiseurs
appartiennent aux familles
Apollo et Aten.
Population :
2000
> 1.0 km
300,000 > 0.1 km
Moins d’un dixième de ces
corps sont connus, et l’on
estime qu’il faudra 200 ans
pour tous les identifier
Orbites des 100 plus grands astéroïdes géocroiseurs
Les astéroïdes : Généralités
Historique:
Š Découverte du premier astéroïde, (1) Céres, le 1er janvier
1801 par Giuseppe Piazzi circulant à 2.8 UA.
Š D'autres astéroïdes ont ensuite été découverts, (2) Pallas
en 1802, (3) Junon en 1804, (4) Vesta en 1807,….
Nombre :
Š 120 000 astéroïdes numérotés, dont 100 000 appartiennent à la ceinture principale.
Š 200 000 autres sont recensés et la plupart seront numérotés au fur et à mesure
des ré-observations (détermination précise des orbites)
Š500 000 astéroïdes seraient observables avec les moyens actuels, bien qu’il en
existerait qqs dizaines de millions au total.
Généralités :
Š La masse totale de tous les astéroïdes de la ceinture principale gravitant autour du
Soleil entre Mars et Jupiter est estimée à 4×1021 kg (5 % de la masse de la Lune).
Š Depuis la mise en place de programme de recherche automatique des astéroïdes
(LINEAR, NEAT, Spacewatch), en moyenne plusieurs dizaines d’astéroïdes sont
découverts par jour!!!
Š Découverte récente : les astéroïdes ‘vivent en couple’: astéroïdes binaires,
satellites d’astéroïdes......
Les astéroïdes : Propriétés physiques
yTaille et masse des astéroïdes :
7 d'entre eux ont un diamètre de plus de 300 km
~ 200 ont un diamètre de plus de 100 km
1 million auraient un diamètre de plus de 1 km
Les plus gros astéroïdes
1 Cérès
2 Pallas
4 Vesta
Diamètre
(km)
940
548
576
y Forme :
Masse
(1021 kg)
1.18
0.216
0.275
Densité
(g.cm-3)
2.12 (± 40 %)
2.62 (± 35 %)
3.16 (± 45 %)
Les astéroïdes : Propriétés physiques
y Composition et classification des astéroïdes :
NB: On se limitera aux classes principales S, C et M
y type C (Carboneous)
75 % des astéroïdes
Très sombre (albédo de 0.03)
Silicates hydratés et composés organiques
y type S (stony)
17 % des astéroïdes
Relativement clairs (albédo entre 0.10 et 0.22)
Métaux (Fer, Nickel…) et Minéraux (Olivine, pyroxéne…)
y type M (Metallic)
La plupart des autres…
Relativement clairs (albédo entre 0.10 et 0.18)
Fer, Nickel….
Les astéroïdes : Propriétés physiques
Cette illustration de la plupart des
astéroïdes de plus de 200 km de
diamètre.
Les tailles relatives sont exactes, Mars
est représenté à gauche pour
comparaison.
Les distances au Soleil sont également
correctes (mais à une autre échelle), et
les décalages verticaux reflètent les
variations d'inclinaison ou
d'excentricité.
Les périodes de rotation en heures sont
indiquées dans la figure du bas.
Les albedos et couleurs dans celle du
haut sont corrects, mais les
représentations des surfaces sont très
approximatives.
Le plus grand des astéroïdes : Céres
Cérès:
Š Premier astéroïde à avoir été découvert en 1801.
Š Diamètre d'environ 950 km; le plus grand
membre de la ceinture d’astéroïde.
Š Masse de 9,445×1020 kg, un tiers de la masse
totale de la ceinture d’astéroïde.
Image du télescope spatial Hubble
Š Forme sphérique (cas particulier...)
Š Présence possible d’une très mince atmosphère
et de givre en surface
Comparaison de taille avec la Lune
La mission spatiale NEAR et l’astéroïde Eros
Astéroïde : 253 Mathilde
Classe C – 66 x 48 x 46 km
Photo de la mission NEAR
Astéroïde : 951 Gaspra
Classe S – 19 x 12 x 11 km
Photo de la mission GALILEO
La mission spatiale NEAR et l’astéroïde Eros
Š La sonde s’est mise en orbite
autour de l’astéroïde.
Š Détermination de la forme
précise de Eros
Š Taille : 33×13×13 km
Š Masse : 7.2 1015 kg
Š Composition : type S (Stony)
Photo prise par la sonde NEAR
La mission spatiale NEAR et l’astéroïde Eros
La sonde NEAR s’est mise en orbite autour de l’astéroïde Eros,....
La mission spatiale NEAR et l’astéroïde Eros
La sonde NEAR s’est mise en orbite autour de l’astéroïde Eros,
puis a été crashée à la surface !!!
1.
Altitude = 1150 m
Champ = 54 m
2.
Altitude = 700 m
Champ = 33 m
3.
Altitude = 250 m
Champ = 12 m
4.
Altitude = 120 m
Champ = 6 m
Images prises le 12 Février 2001 et présentées à la presse le 14 Février !!!
La mission spatiale NEAR et l’astéroïde Eros
Lors du crash, tous les instruments scientifiques ont été détruits sauf un…
y Le spectromètre gamma a survécu. Il a permis de mesurer l’abondance des éléments
dans les minéraux de surface.
y Information unique et très importante pour les géologues qui étudient les relations
entre astéroïdes et météorites
L’astéroïde Ida et son satellite Dactyl
Tailles:
Š Ida : 56×24×21 km
Š Dactyl : ~ 1,4 km
Formation
du ‘couple’ Ida / Dactyl :
Ö 2 hypothèses
Image prise par la sonde spatiale Galileo en août 1993
Š Dactyl a été formé par des débris éjectés d'Ida par un
impact
Š Ida et Dactyl se sont associés il y a plus d'un milliard
d'années lorsque le corps céleste parent d'Ida se désagrégea.
L’astéroïde Itokawa
L’astéroïde Itokawa a été ‘visité’ par la sonde spatiale japonaise Hayabusa en
Novembre / Décembre 2005
Š Taille : 607x287x264 mètres
Š Masse : inconnue
Š Aspect très surprenant:
Absence de cratères,
zones ‘plates’,
zones couvertes de ‘rochers’,....
Images prise par la sonde spatiale japonaise Hayabusa en Novembre 2005
Les Objets de Kuiper
La ceinture de Kuiper
Ceinture de Kuiper située au delà de Neptune (de 30 à 50 UA)
La ceinture de Kuiper : Généralités
Š L’idée de l’existence de la ceinture de
Kuiper a été formulée en 1951 par G.P.
Kuiper et K.E. Edgeworth
Š Le premier objet de Kuiper a été
observé en 1992 par D. Jewitt et J. Luu.
Š En 2004, 800 objets de Kuiper avaient
déjà été détectés.
Š On estime qu’il existe plus de 70 000
objets de Kuiper ayant un diamètre
supérieur à 100 km.
Š On parle indifféremment « d’objets de
Kuiper » (KBOs) ou « d’objets
transneptiniens » (TNOs)
Les objets de Kuiper : Propriétés orbitales et physiques
Les objets de Kuiper : Propriétés orbitales et physiques
Objet
Pluton
2002 LM60
Quaoar
2003UB313
Eris
2003 VB12 (Sedna)
Sedna
Diamètre (km)
Période orbitale (ans)
Périphélie (UA)
Aphélie (UA)
Inclinaison orbitale
Nombre de satellite
2390
248
29.7
49.3
17°
3
~1250
286
42
45
8°
0
2400 ± 100
557
38
98
44°
1
1200 – 1800
11 374
76
935
12°
1
Remarques:
Š 2003 UB313 est plus gros que Pluton....
=> Pluton n’est plus considéré comme une
planète
Š Sedna est situé en dehors de la ceinture de Kuiper
Š 1er objet du nuage de Oort ?
Š Nouvelle famille
de petits objets à découvrir ?
Les objets de Kuiper : Propriétés orbitales
Les objets de Kuiper : Comparaison des tailles
Les objets de Kuiper : Composition
ŠDifficulté pour observer en détails des objets si lointains.
Š Néanmoins, plusieurs analyses spectroscopiques ont pu être faites.
Š Tous les objets ne semblent pas avoir la même composition de surface
Š Certains sont recouverts de glace d’eau
Š D’autres sont recouverts de glace de méthane et d’autres
hydrocarbures légers
H2O
CH4
Le Nuage de Oort
et
les comètes
Le nuage de Oort
Š Situé entre 40 000 et 150 000 UA
Š Coquille de forme sphérique
ŠAucun n’objet n’a jamais
été détecté directement
dans le nuage de Oort.
Š L’existence de ce nuage
est déduite de l’étude des
orbites des comètes.
Les orbites des comètes
Orbites très elliptiques,
i.e. la distance Soleil-comète peut varier entre 1 et 10 000 UA
Les comètes : Généralités
C/2001 Q4 Neat
Les comètes : Généralités
Ikeya Zhang (2002)
Les cométes
Queue d’ions
107 – 108 km
Coma
104 – 105 km
Queue de poussières
106 – 107 km
Noyau
~ 1 - 10 km
Comète C/1995 O1 (Hale-Bopp) en Mars 1997
Les noyaux des cométes
Les noyaux cométaires sont invisibles depuis la Terre
Seulement 4 noyaux ont été photographiés par des sondes spatiales
• 1P/Halley
8.2 ° 8.4 ° 16 km
• 19P/Borelly
3.2 ° 8.0 km
• Sonde Giotto
En mars 1986
• Sonde Deep Space 1
Septembre 2001
• 81P/Wild 2
~ 5 km
• 9P/Tempel 1
~ 14 ° 4km
• Sonde Stardust
Janvier 2004
• Sonde Deep Impact
Juillet 2005
La mission Deep Impact
Comète 9P/Tempel-1
Vue depuis 3000 km
de distance
Vue depuis 900 km
de distance
Vue depuis 30 km
de distance
La mission Deep Impact
Comète 9P/Tempel-1
13 sec après l’impact
67 sec après l’impact
15 min après l’impact
Intérêt de l’étude des comètes
1.) Les comètes sont ‘stockées’ aux confins du systèmes solaires depuis leur
formation
ÖPeu d’évolution
Ö Objets les moins évoluées du système solaire
Ö Connaître la composition des comètes permet de mieux comprendre la composition
de la nébuleuse solaire
Ö Compréhension de l’origine du système solaire
Ö Comètes = « Pierre de Rosette » du système solaire
2.) Fortes teneurs en composés organiques complexes
ÖApport probable de ces composés sur la Terre primitive
Ö Aide à l’émergence du vivant sur Terre ?
La composition des comètes: les gaz
Molécule
H2 O
CO
CO2
CH4
C 2 H2
C 2 H6
CH3OH
H2CO
HCOOH
HCOOCH3
CH3CHO
NH2CHO
HOCH2CH2OH
NH3
HCN
HNCO
HNC
CH3CN
HC3N
H2 S
OCS
SO2
H2CS
S2
C/1995 O1 C/1996 B2 153P/2002 C1
1P/Halley Hale-Bopp Hyakutake Ikeya-Zhang
100
3.5-11
3-4
0.8
0.3
0.4
1.8
4
1.5
0.1
0.4
Abondances par rapport à H2O
100
12-23
6
1.5
0.1 – 0.3
0.6
2.4
1.1
0.09
0.08
0.02
0.015
0.25
0.7
0.25
0.1
0.04
0.02
0.02
1.5
0.4
0.2
0.05
100
14-30
100
2,4-5
0.8
0.2-0.5
0.6
2
1
0.5
0.18
0.62
2.5
0.4
0.1
0.5
0.1-0.2
0.07
0.01
0.01
0.8
0.1
<0.2
0.1-0.2
0.04
0.005
0.01
<0.01
0.8
<0.2
0.005
0.004
Domaine de
détection
IR
Radio, IR, UV
IR
IR
IR
IR
Radio, IR
Radio, IR
Radio
Radio
Radio
Radio
Radio
Radio, IR
Radio, IR
Radio
Radio
Radio
Radio
Radio
Radio, IR
Radio
Radio
UV
La composition des comètes: les composés organiques solides
Spectre de masse acquis par PUMA-1 in-situ dans la coma de Halley
La présence de composés organiques complexes à l’état solide dans
les grains est certaine
Mais leur nature chimique est inconnue
La composition des comètes: les minéraux
Présence de minéraux (pyroxènes, olivines,…) dans les grains cométaires
La composition des comètes: les glaces
De la glace d’eau est détectée en faible quantité
à la surface d’un noyau cométaire
La composition des comètes
Observations / Détections :
▪ Les gaz
• Plus de 25 molécules gazeuses ont été identifiées
(H2O, CO, CO2, CH3OH, NH3,….)
▪ Les solides (grains)
• Des minéraux (silicates,…)
• Des composés organiques complexes
▪ Les solides (noyaux)
• De la glace d’eau
Composition du noyau :
▪ des glaces
▪ des minéraux
▪ des composés organiques complexes
La composition des comètes