Astéroïdes, comètes et météorites, derniers vestiges du système
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Astéroïdes, comètes et météorites, derniers vestiges du système solaire. Alain Doressoundiram http://formation-professeurs.obspm.fr/ Intérêts de l’étude des petits corps Astéroïdes, comètes et météorites sont des corps primitifs qui ont très peu évolué depuis la formation du système solaire. Risque de collision avec la Terre. Meteor crater, extinction dinosaures? Origine de la vie sur Terre (comètes) Ressources minières (astéroïdes) Alain Doressoundiram 2 Astéroïdes, résidus de la formation du Système Solaire Accrétion ➡ planétésimaux Chauffage ➡ différentiation Collisions ➡ fragmentation et cratérisation ➡ Grande diversité de taille, de forme et de Alain Doressoundiram composition 3 Par Toutatis ! Meteor crater (Arizona) Alain Doressoundiram 4 Hiroshima Population des géocroiseurs N (d > 1km) ~ 900 Nombre découverts à ce jour : ~ 700 Energie de l’impact Energie cinetique : ½mv2 Un bolide de 2m de diamètre à une vitesse de 20km/s => 1 MT 1 MT ~ 100 Hiroshima Alain Doressoundiram 5 Les astéroïdes • 1801: découverte par hasard de Cérès (Piazzi). • Petits corps rocheux et irréguliers. – Composition: silicates et métaux. • Dimensions: max 1000 km de diamètre. – Les 3 plus gros: Cérès Pallas Vesta d=933 km. d=523 km. d=501 km. • ~500000 connus (~230000 numérotés). • Majorité dans la « ceinture principale » entre les orbites de mars et jupiter. • Origine. – Planète fragmentée? – Accrétion bloquée par la formation de jupiter. Alain Doressoundiram 6 Loi de Titus Bode (1766) dplanète = 0,4 + 0,3 x N Planète dplanète : distance héliocentrique en U.A. N = 0,1,2,4,…. Giuseppe Piazzi 1746 - 1826 N Distance prédite Distance réelle Mercure 0 0,4 0,39 Venus 1 0,7 0,72 Terre 2 1 1,00 Mars 4 1,6 1,52 Lacune 8 2,8 2,77 Jupiter 16 5,2 5,20 Saturne 32 10,0 9,54 Uranus 64 19,6 19,19 Neptune 128 38,8 30,07 Pluton 256 77,2 39,53 Alain Doressoundiram 7 Diversité de forme, de taille et de composition Junon Mars Cérès Éros 2,2 2,8 Hygiéa 3,6 ua Vesta Alain Doressoundiram 8 Composition Classe Albédo M 0,1 - 0,18 S (17%) 0,1 - 0,22 C (75%) 0,03 - 0,07 P, D 0,02 - 0,05 B, G, F 0,03 - 0,06 Minéralogie métal, enstatite ? olivine, pyroxène, métal silicates hydratés, organiques matières organiques silicates hydratés, organiques Albédos de comparaison Terre 0,35 Lune 0,07 Charbon 0,04 Neige 0,8 Alain Doressoundiram 9 Localisation • Orbites elliptiques autour du Soleil. • la « ceinture principale » 2.1-3.3 UA entre les orbites de Mars et Jupiter. Distribution non uniforme: lacunes de Kirkwood. • Les troyens: aux points de Lagrange de Jupiter (stable). 5.2 UA • les géocroiseurs: orbites croisent celle de la Terre. ~1 UA.(Aten, Apollo, Amor) Alain Doressoundiram 10 Où se trouvent-ils? Alain Doressoundiram Instantanée des positions des astéroïdes 11 Distribution de la distance moyenne des astéroïdes 4:1 3:1 5:2 2:1 5:3 3:2 Terre Mars 4:3 1:1 Jupiter Alain Doressoundiram 12 Résonances Résonance 3:1 Alain Doressoundiram 13 Observations télescopiques bservations optiques et astrométrie Dans cette image se cachent 4 astéroïdes et un satellite de Jupiter image obtenue sur le 1,20m de l’OHP crédit : IMCEE Alain Doressoundiram 14 Observations télescopiques bservations optiques et astrométrie méthode dite du "blink" ou clignotement permets de repérer les objets planétaires. 2 images d’intervalle à 10mn Alain Doressoundiram 15 Observations télescopiques bservations optiques et astrométrie Identification des objets: (1): astéroïde (3939) Huruhata, magnitude 16.1 (2): astéroïde 1999 TK 5, magnitude 17.3 (3): astéroïde (13425) 1999 VG 24, magnitude 16,9 (4): satellite J-8, Pasiphaé, Jupiter, magnitude 17 (5): astéroïde (377) magnitude 12.5 de Campania, Alain Doressoundiram 16 Courbe de lumière hotométrie mag ∆m temps Période de rotation Forme : a/b > 100,4 ∆m Axe de rotation Alain Doressoundiram 17 pectroscopie Observations télescopiques => composition adiométrie ccultations Réfléchi Thermique => T,albedo T Alain Doressoundiram => taille, forme 18 Images à partir du sol bservations radar Principe : envoi d’un signal radar connu et cohérent Analyse de l’écho radar modifié par l’astéroide • Décalages temporelles et spectraux => image 2D • Variation de l’intensité => composition • Caractéristiques de l’écho => texture 216 Kleopatra Alain Doressoundiram 19 Images à partir du sol bservations radar 216 Kleopatra 4769 Castalia 4179 Toutatis Alain Doressoundiram 20 Images à partir du sol ST 4 Vesta Alain Doressoundiram 21 Images in situ 4979 Otawara Ida et dactyl Mathilde 951 Gaspra Alain Doressoundiram 22 Rendez-vous avec 433 Eros, 14 février 2000 NEAR NEAR Descente de NEAR, février 2001 NEAR Descente de NEAR, février 2001 HAYABUSA 2003 (JAXA) Objectif : ramener des échantillons d’astéroïdes sur Terre. 2005 : rencontre avec ITOKAWA 2010 : retour sur Terre Alain Doressoundiram 27 ITOKAWA 500 m Alain Doressoundiram 28 ITOKAWA Alain Doressoundiram 29 Les familles d’astéroïdes Phocaea Troyens Hungaria Eos Flora Koronis Themis Alain Doressoundiram 30 Collisions catastrophiques Exemples de collisions cratérisantes Astéroïde simple 31 Rubble pile Famille dynamique Intérêt des familles Physique des collisions Évolution dynamique Intérieur d’une planète 32 Évolution des astéroïdes Familles d’astéroïdes Distribution de taille Formation des systèmes binaires Origine des géocroiseurs Quelques définitions • Météore ou étoile filante: phénomène lumineux associé au passage d’un corps dans la haute atmosphère • météorites: fragment d’astéroïde qui arrive intact sur Terre. • Type de météorites connectés aux différents type d astéroïdes Alain Doressoundiram 33 Météorite Météorite de Peekskill Alain Doressoundiram 34 Classification des météorites Non différentiées Différentiée s Achondrite s primitives Chondrites ordinaires Chondrite s carbonée s croûte noyau manteau Achondrites HED, SNC, ... Métallopierreuse s Composition solaire carbone olivine, pyroxène feldspaths, métal 80 % 4% pyroxène + autres Alain Doressoundiram 8% Métallique s Fe, Ni métal, silicates 2% 6% 35 La filiation astéroïdes - météorites Quels corps parents pour chaque famille de météorites ? ? • Vesta et les achondrites HED, un cas d ’école (1970) • et pour les autres astéroïdes ? Alain Doressoundiram 36 Vesta, corps parent des météorites HED Spectre visible et proche infrarouge de Vesta bien reproduit par spectres de HED ➡ Vesta serait le corps parent des météorites HED Alain Doressoundiram 37 Et pour les autres astéroïdes ? Il n’y a pas de relation évidente entre les autres groupes de météorites et les astéroïdes. En particulier, les chondrites ordinaires sont les plus courantes sur terre (80 % des chutes), mais leur contrepartie astéroïdale n’a pas été identifiée. Hypothèses : Les CO proviennent de très petits objets qui ne peuvent pas être observés depuis la terre. Le mécanisme de transport vers la terre favorise des types minoritaires dans la ceinture principale. Les corps-parents des CO sont parmi les astéroïdes S, mais leurs propriétés spectrales sont modifiés par des processus de vieillissement de la surface ("space weathering"). Alain Doressoundiram 38 Temps Effets du « space weathering » maximum pente profondeur pente profondeur de bande albédo Comète et imaginaire Alain Doressoundiram 40 Les comètes Objets actifs, donc variables orbites très elliptiques et souvent inclinés sur l’écliptique. Environ 1000 comètes connues (périodique et non périodique) composition: noyau=« boule de neige sale » mélange de glace (H2O, CO2, CO …) et de poussières molécules organiques taille typique=1-20 km Alain Doressoundiram 41 Transition astéroïde-comète • Astéroïde 2060 Chiron => comète • Comète Wilson-Harrington (1949) => astéroïde 4015 (1979). Comète éteinte? Alain Doressoundiram 42 Hyakutake Alain Doressoundiram 43 noyau de la comète queue de plasma vent solaire protons et électrons 300-800 km/s queue de poussières coma photons SOLEIL Mouvement de la comète Comète : la physique • Quand la comète s’approche du soleil, on a sublimation des glaces: éjection de gaz et de poussière; Zones actives. – Formation d ’une coma (« chevelure »). – Poussière repoussée par la pression de radiation => queue de poussière. ~ qq millions de km. – Rayons UV ionisent les gaz. Ions repoussés par le vent solaire => queue des ions. ~ qq dizaines de millions de km. • 0.1-1 % de perte de masse à chaque orbite. Hale-Bopp: 1000 t de poussière et 130 t d’eau par seconde! Alain Doressoundiram 45 Activité cométaire Alain Doressoundiram 46 Molécules identifiées dans l’atmosphère des comètes H2CS Sulfure OCS d’hydrogène 0,02% 0,4% 0,2-1,5% Dioxyde de Soufre 0,1-0,3% CS2 Acide Cyanhydrique 0,1% HNC Monoxyde De carbone 0,1-0,3% 0,01% HC3N (1-25%) CH3CN 0,01% 0,01% NH2CHO HNCO Dioxyde de carbone 0,01% EAU (70-90%) 0,01% Ammoniac (5-10%) 0,5% Alcool Méthylique 0,5-6% Formaldéhyde 0,1-1,2% CH3CHO HCOOCH 0,02% Acétylène 0,3% 3 0,08% Acide formique Antigel 0,1% 0,3% Ethane Méthane 0,2-0,8% 0,2-0,8% Chimie cométaire Alain Doressoundiram 48 Comètes SOHO: comètes héliorasantes Alain Doressoundiram 49 Comète McNaught La comète C/2006 P1 (McNaught), qui est devenue plus brillante que Vénus le 13 Janvier 2007 (0,17 UA du Soleil) Alain Doressoundiram 50 Deep Impact 2004 (NASA) Objectif : bombarder une comète pour en révéler l’intérieur. Formation d’un cratère Impact de la comète Tempel 1 : juillet 2005. Diamètre et profondeur Composition de l’intérieur et des éjectas Changements d’activité produits Alain Doressoundiram 51 Deep Impact Alain Doressoundiram 52 Deep Impact Alain Doressoundiram 53
