7 – La Ceinture d’Astéroïdes

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La ceinture d’astéroïdes se situe entre Mars et Jupiter…
Elle est aussi l’endroit où se situe Cérès, la première « planète naine » en partant du Soleil.

 

 

1) Informations complémentaires sur la ceinture d’astéroïdes :

La ceinture d’astéroïdes, comme son nom l’indique est une vaste zone, située entre Mars et Jupiter, qui contient des millions d’astéroïdes. Ces corps généralement telluriques (rocheux) et/ou métalliques ont une taille qui va du mètre jusqu’au plus gros (Cérès) dont le diamètre est de 975 kilomètres. Cérès a, depuis 2006, été érigée au rang de planète naine. C’est le seul objet de la ceinture à avoir acquis ce statut. Les autres planètes naines se situent dans la ceinture de Kuiper (voir ce chapitre). Parmi les astéroïdes les plus massifs de la ceinture figurent Vesta, Pallas et Junon…

La ceinture d’astéroïdes s’étend de 1,7 à 4,5 unités astronomiques du Soleil, avec toutefois l’essentiel des objets situés entre 2 et 3,5 UA. L’orbite de Mars passe (au plus loin du Soleil) à 1,66 UA tandis que l’orbite de Jupiter passe (au plus près du Soleil) à 4,95 UA.

Excentricité des astéroïdes connus en fonction de leur demi-grand axe (distance moyenne au Soleil) Inclinaison des astéroïdes connus en fonction de leur demi-grand axe (distance moyenne au Soleil)
Diagramme représentant la distribution des astéroïdes en fonction du demi-grand axe à l’intérieur du « cœur » de la ceinture. Les flèches pointent les lacunes de Kirkwood, où les effets de résonance orbitale avec Jupiter déstabilisent les orbites des petits corps qui pourraient s’y trouver Diagramme de l’inclinaison (ip, en degrés) des astéroïdes numérotés en fonction de leur excentricité (ep); cette relation permet de faire apparaître plusieurs familles d’astéroïdes où ces deux valeurs sont très proches

Contrairement aux planètes dont les orbites sont très proches de l’écliptique, les objets de la ceinture d’astéroïdes ont des orbites plus fantaisistes et inclinées. Ils ont également des orbites fortement elliptiques (excentricité pouvant parfois dépasser 0,5) alors que les planètes ont des orbites certes elliptiques mais à très faible excentricité (à l’exception notable de Mercure : e = 0,2).

 

L’origine de la ceinture d’astéroïdes : la résonance…

La première hypothèse quant à l’origine des astéroïdes fut l’explosion d’une planète située entre Mars et Jupiter, dont ces petits corps serait le résidu. Cette idée a cependant été abandonnée parce que la masse totale des astéroïdes ne permettrait de reconstruire qu’une planète très petite, avec un diamètre d’à peine la moitié de celui de la Lune. Aujourd’hui les planétologues pensent que les astéroïdes sont des corps qui n’ont pas réussi à s’agglomérer pour former une planète à cause de l’influence de Jupiter. Un indice en faveur de cette théorie est la présence de trous dans la distribution des orbites de la ceinture d’astéroïdes. En effet les orbites où la période de révolution serait égale à une fraction simple de celle de Jupiter, par exemple la moitié ou le tiers, sont vides.

Imaginez par exemple un corps en orbite autour de Soleil avec une période moitié de celle de Jupiter. A chaque fois que la planète fait deux tours, elle se retrouve entre le Soleil et Jupiter dans une configuration complètement identique. L’attraction gravitationnelle de la planète géante va donc agir avec la même force et surtout dans la même direction. C’est cette répétition et cette accumulation d’effets exactement identiques qui finit par avoir une influence conséquente sur l’objet : un changement de trajectoire et de période de révolution. Un tel phénomène ne peut se produire que s’il y a accumulation régulière d’une force identique pendant une très longue période, donc si la période de l’objet et celle de Jupiter sont dans un rapport simple, par exemple la moitié. C’est ce phénomène, appelé la résonance, qui explique les trous dans la distribution actuelle des orbites d’astéroïdes.

C’est le phénomène de résonance qui est probablement responsable de l’absence d’une cinquième planète tellurique entre Mars et Jupiter. En effet, les planètes se sont formées il y a 4,6 milliards d’années, par l’agglomération de poussières en petits corps appelés planétésimaux, qui se sont eux-mêmes regroupés pour former des corps massifs. Au niveau de la future ceinture d’astéroïdes, une grande partie des planétésimaux était en résonance avec Jupiter, la planète la plus massive du système solaire, et a donc fini par être expulsée de cette zone. Ceci explique qu’il n’y a pas de cinquième planète tellurique, mais uniquement une multitude de petits corps dont la masse totale est relativement faible.

Il y a énormément de vide dans la ceinture d’astéroïdes, chaque objet étant éloigné de son plus proche voisin d’environ un million de kilomètres. On estime à 1 sur 1 milliard la probabilité qu’une sonde percute un astéroïde en traversant la ceinture !

A ce jour il y a environ 700.000 à 1.700.000 astéroïdes de plus d’un kilomètre. 200 d’entre eux font plus de 100 km dans leur plus grande dimension. Ils sont tous de forme irrégulière, seule la planète naine Cérès est à peu près sphérique.

Mais il existe d’autres astéroïdes en dehors de la « ceinture principale ». Ils sont de deux types :
Les astéroïdes géocroiseurs, qui ont des orbites fortement excentriques qui peuvent les amener à proximité de l’orbite de la Terre ou de Mars. Ces astéroïdes sont surveillés de très près car ils peuvent présenter un réel danger pour notre planète.
Les astéroïdes « troyens », qui partagent l’orbite d’une planète et se situent essentiellement aux « points de Lagrange » L4 et L5 de la planète; ces points sont des positions très stables dans un système d’équilibre à 3 corps (le Soleil, la planète et le(s) troyen(s) : 60 degrés en avant et 60 degrés en arrière sur l’orbite de la planète. C’est bien sûr Jupiter qui a le record avec 6.288 astéroïdes troyens inégalement répartis entre les points L4 (65%) et L5 (35%) de son orbite. L’inclinaison des troyens de Jupiter sur l’écliptique varie cependant entre 0,1° et 55,4°, avec une grande dispersion des valeurs. Pour 95% d’entre eux l’excentricité est très faible; quelques exceptions avec une excentricité maximale de 0,27. Mais Jupiter n’est pas la seule planète à avoir des astéroïdes troyens :

Mercure et Vénus n’ont pas, dans l’état actuel de nos connaissances, de troyens. Saturne n’a pas d’astéroïde troyen, mais possède par contre quatre satellites troyens : Télesto et Calypso de part et d’autre de Thétys et Hélène et Pollux de part et d’autre de Dioné.

 

Vous pouvez aussi consulter nos documents pdf :
Un rapide survol du système solaire (26 pages)
Le système solaire et au-delà (184 pages)
Les planètes naines (65 pages) pour Cérès

 

 

2) Localisation :

Maquette parcours : Vous êtes à 148,11 mètres de notre Soleil de 50 cm de diamètre. La ceinture d’astéroïdes s’étend de 91 à 224 m du Soleil  La planète naine Cérès est à 148,11 m du Soleil a un diamètre de 0,34 mm.

Réalité cosmique : Vous êtes à 414 millions de km (2,76 UA) du Soleil de 1.392.684 km de diamètre. La ceinture d’astéroïdes s’étend de 224 à 628 millions de km (1,7 à 4,5 UA). La planète naine Cérès est à 414 millions de km du Soleil et a un diamètre de 975 km.

Allez vers la cinquième planète…

 

 

3) Illustrations :

Cérès, astéroïde et planète naine  ↑

↑  Les fameuses « taches blanches » très brillantes au fond de certains cratères de Cérès peuvent être de la glace d’eau (il y en aurait peut-être sous la croûte de Cérès) ou bien des dépôts de sel  ↓

↑  L’astéroïde Vesta en rotation, le second plus gros de la ceinture après Cérès

↑  Ces trois cratères contigus sur Vesta ont été surnommés le « bonhomme de neige ».

↑  Image quelque peu anxiogène des orbites des astéroïdes géocroiseurs de plus de 140 mètres suivis en 2103

La Nasa surveille les astéroïdes comme du lait sur le feu. La preuve : les ingénieurs de l’Agence spatiale américaine viennent de dévoiler une carte qui montre tous les objets célestes repérés en 2013 qui pourraient être une menace pour la Terre. Et ils sont nombreux : environ 1 400. Les scientifiques les nomment PHA, comme « Potentially Hazardous Asteroids » (astéroïdes potentiellement dangereux).  Ces corps rocheux se caractérisent par un diamètre supérieur à 140 mètres et par leur proximité avec notre planète. Proximité somme toute relative : chacun de ces astéroïdes peut passer à moins de 7,5 millions de kilomètres de nous, soit 20 fois la distance Terre/Lune.

Selon la Nasa, ces gros cailloux ne représentent pas une menace pour notre planète bleue dans les 100 ans à venir. L’Agence spatiale souligne toutefois qu’il est extrêmement difficile de calculer les trajectoires de ces astéroïdes sur le long terme : les forces d’attraction des planètes du Système solaire peuvent en effet modifier leurs orbites. Par ailleurs, cette carte ne s’intéresse uniquement qu’aux gros astéroïdes. Or, les petits météores peuvent être très destructeurs. En février 2013, une pluie de météorites qui s’était abattue sur la région de l’Oural, dans le centre de la Russie, avait fait près de 1.000 blessés. La taille initiale de cet objet céleste avait été estimée à 17 mètres de diamètre : c’est environ 8 fois plus petit que les astéroïdes répertoriés sur la carte. L’objet a éclaté en plusieurs morceaux en entrant dans l’asmosphère et ce sont ces morceaux qui sont tombés sur la Terre en causant d’importants dégâts.

Un astéroïde d’environ 300 mètres de diamètre est passé à 830 000 km à peine de la Terre, le 07/01/2002. Le corps céleste, baptisé 2001YB5, n’avait été détecté par les télescopes terrestres que 10 jours avant sa visite. S’il était entré en collision avec notre planète, à la vitesse de plus de 110 000 km/h, il aurait libéré une énergie suffisante pour rayer de la carte un pays de la taille de la France.

Si un astéroïde mesurant entre 1 et 2 km de diamètre entrait en collision avec notre planète, toute la Terre serait alors ravagée par des incendies et des raz de marée importants. L’explosion projetterait dans l’atmosphère un nuage de poussière qui couvrirait la planète d’un nuage sombre. La température moyenne chuterait. Des pluies acides tomberaient. Ces variations climatiques dureraient plusieurs siècles engendrant des famines interminables. Peu de sociétés parviendraient à surmonter une telle catastrophe.

Si l’astéroïde avait un diamètre de 10 km, il provoquerait un cataclysme planétaire. L’impact creuserait un cratère de 100 km de diamètre comme au large de la péninsule du Yucatan (Mexique) et libérerait une énergie de 1 milliard de mégatonnes. La masse de poussière qui couvrirait la planète d’un nuage sombre serait épaisse de plusieurs de milliers de mètres cubes. La température chuterait de 15°C. Cela provoquerait alors une catastrophe climatique, un long hiver glacial capable de balayer l’espèce humaine, tout comme, croit-on, les dinosaures il y a 65 millions d’années.

 

 

4) Données chiffrées sur Cérès :