Ceinture d'astéroïdes

Ceinture principale et Troyens

Au moment de sa découverte, le 1er janvier 1801, CérèsCérès
Découverte fortuitement par Giuseppe Piazzi, la planète porte le nom de la déesse romaine des moissons et protectrice de la Sicile…
Planète naine Cérès
est à la fois le premier et le plus gros objet découvert dans ce qui sera appelé la « Ceinture d'astéroïdes ». Aujourd'hui classé comme planètePlanète : nom initialement attribué aux points lumineux vagabondant parmi les étoiles, planêtos signifie « astres errants » en grec.
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naine, la place de premier astéroïde découvert revient à Pallas, repéré par l'astronome allemand Heinrich OlbersHeinrich Olbers
Découvreur des astéroïdes Pallas et Vesta, son nom reste surtout rattaché au « paradoxe de la nuit noire »…
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(1758-1840), le 28 mars 1802. Il recidivera cinq ans plus tard, le 29 mars 1807, avec Vesta, qui devient le premier objet de la ceinture principale en matière de masse et le deuxième en taille.

Animation 3D de l'astéroïde Vesta d'après les images de la sonde Dawn [NASA - VTAD]

Selon les meilleures estimations, la ceinture principale contient plusieurs millions d'objets d'une dimension d'au moins une centaine de mètres, elle s'étend entre 1,7 et 4,5 uaUnité astronomique : unité de distance basée sur le demi-grand axe de l'orbite terrestre et définie par l'UAI en 1976.
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du SoleilSoleil
Le Soleil n'est que l'une des 100 milliards d'étoiles qui constituent notre Galaxie.
Étoile Soleil
. Leur masse totale serait de l'ordre de 4% de celle de notre LuneLune
Le couple Terre-Lune peut être considéré comme une planète double qui orbite autour du Soleil à partir d'un centre de gravité commun…
Lune
, et les quatre plus gros monopoliseraient les 50% de la masse à eux seuls.
Vestiges des prémices du Système solaireSystème solaire : ensemble des corps célestes placés sous l'attraction gravitationnelle du Soleil, qui contient à lui seul 99,8 % de la masse du système.
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, ce sont pour la plupart des fragments de plus gros astéroïdes, ou de planétésimaux, suite à de multiples collisions réciproques. Puisqu'ils se sont formés en même temps que les planètes, ils contiennent de la matière primordiale et leur composition minéralogique peut apporter des informations de première importance sur la formation des planètes.
Selon leur composition, les astéroïdes se distinguent en trois grands groupes : le type C constitué d'éléments carbonés (75%), le type M (métalliques) et le type S (silicates). Il existe également un type V (basaltes) nettement moins représenté.

Les 4 plus gros astéroïdes de la ceinture principale
Nom Ø moyen
(km)
Demi-grand
axe (ua)
Excentricité Inclinaison
(°)
1 Cérès* 952 2,768 0,097 10,61
2 Pallas 545 2,771 0,180 34,81
4 Vesta 519 2,362 0,097 7,14
10 Hygeia 407 3,144 0,136 3,84

* Cérès, planète naine, conserve son numéro 1.

Les lacunes de Kirkwood

Leur distribution montre des zones dépourvues d'astéroïdes : les « lacunes de Kirkwood », du nom de l'astronome américain Daniel Kirkwood (1814-1895) qui les mis en évidence dès 1866. C'est le cas à 2,5 ua, où la période est égale à 1/3 de celle de Jupiter. C'est également le cas à 2,82 ua avec un rapport de 2/5, à 3,28 ua avec un rapport de 1/2.
Lorsque la période orbitale d'un astéroïde est dans un rapport simple avec celle de JupiterJupiter
La plus grosse planète du Système solaire est aussi celle qui tourne le plus rapidement sur elle-même : un peu moins de dix heures au niveau de l'équateur…
Planète Jupiter
, les deux corps se retrouvent périodiquement dans une même configuration. Il s'ensuit un effet de résonance, avec une augmentation des perturbations gravitationnelles de Jupiter, qui fait apparaître ces espaces vides dans la ceinture principale.
Les astéroïdes sont classés en divers groupes en fonction de leurs orbitesOrbite : trajectoire, généralement elliptique, décrite par un corps naturel ou artificiel soumis au champ gravitationnel d'un autre corps considéré comme fixe.
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.

Lacunes de Kirkwood
Distribution des astéroïdes et lacunes de Kirkwood

Les géocroiseurs

Il existe une catégorie d'astéroïdes qui ont la propriété de se mouvoir sur des orbites qui s'approchent de celle de la TerreTerre
Minuscule fragment de matière flottant autour d'une étoile banale, la planète Terre est pourtant la plus massive des planètes telluriques.
Planète Terre
, ou même la croisent. La dénomination de ces petits corps est « Near-Earth Asteroids » ; en français, on les désigne plutôt sous le nom de « géocroiseurs ».
À la suite de perturbations gravitationnelles avec les différentes planètes, leurs orbites peuvent parfois s'avérer chaotiques et aucune prédiction fiable de leurs évolutions ne peut être effectuée au-delà du siècle. Ces objets peuvent représenter une menace de collision avec la Terre. Cependant, la mécanique céleste permet de mettre en évidence les différents types de mécanismes dynamiques qui peuvent les affecter, ainsi que leurs effets. Ils se répartissent en trois groupes : Aten, Apollo et Amor, en fonction de leurs caractéristiques orbitales ; les deux premiers peuvent croiser l'orbite de la Terre.

Type Aten

Aten

Les astéroïdes du groupe Aten ont leur demi-grand axe inférieur à une unité astronomiqueUnité astronomique : unité de distance basée sur le demi-grand axe de l'orbite terrestre et définie par l'UAI en 1976.
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et un aphélieAphélie : point le plus éloigné de l'orbite d'un corps céleste autour du Soleil.
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supérieur au périhéliePérihélie : distance minimale d'un astre au Soleil.
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de la Terre. Ce groupe est nommé d'après 2062 Aten, découvert le 7 janvier 1976 par l'astronome américaine Eleanor Francis Helin (1932-2009).
Il existe un sous-groupe des astéroïdes Aten – également appelés astéroïdes apohèles – dont les membres ont leur orbite entièrement à l'intérieur de celle de la Terre. 163693 Atira est le premier objet du genre, découvert le 11 février 2003.

Type Apollo

Apollo

Les astéroïdes du groupe Apollo ont leur périhélie aux abords de la Terre, leur aphélie se situe dans la ceinture principale, entre les planètes Mars et Jupiter. 1862 Apollo est le premier objet de ce type à être découvert, le 24 avril 1932, par l'astronome allemand Karl Wilhelm Reinmuth (1892-1979). Il fut perdu de vue la même année, et retrouvé en 1973, ce qui lui vaut un numéro supérieur à celui d'autres astéroïdes de cette même catégorie.
Un astéroïde de cette famille a son demi-grand axe strictement supérieur à 1 ua (donc plus grand que celui de la Terre) et son périhélie inférieur à 1,017 ua (donc un périhélie inférieur à l'aphélie de la Terre). Autrement dit, son orbite est plus grande que celle de la Terre mais avec une excentricité qui lui permet de croiser celle de la Terre.

Type Amor

Amor

Les astéroïdes du groupe Amor sont nommés d'après l'astéroïde 1221 Amor, découvert par l'astronome belge Eugène Joseph Delporte (1882-1955), le 12 mars 1932. La plupart croisent l'orbite de Mars, mais sont considérés comme des « géofrôleurs », car leurs orbites s'approchent de celle de la Terre, mais sans la couper.
Ils se répartissent en quatre sous-groupes :
Amor I, demi-grand axe compris entre 1,017 et 1,523 ua (demi-grand axe de l'orbite de Mars).
Amor II, demi-grand axe compris entre 1,52 et 2,12 ua.
Amor III, demi-grand axe compris entre 2,12 et 3,57 ua.
Amor IV, demi-grand axe supérieur à 3,57 ua.
Les deux satellites de Mars, Phobos et Deimos, sont peut-être d'anciens astéroïdes Amor capturés par la planète.

Les objets interstellaires

Le 19 octobre 2017, un « point lumineux » se déplaçant parmi les étoilesÉtoile : elle se forme à partir d'un nuage de gaz qui s'effondre sous l'effet de la gravitation. Si la masse du nuage est suffisamment importante, la concentration de la partie centrale peut atteindre les conditions nécessaires aux réactions thermonucléaires.
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est repéré par le programme de détection automatique Pan-STARRS installé à Hawaï, dont la mission principale est de détecter les géocroiseurs. Au moment de sa découverte, l'objet avait déjà dépassé son périhélie et se trouvait alors à environ 0,22 ua de la Terre, soit 33 millions de kilomètres.
Initialement supposé être une comète, il est provisoirement nommé C/2017 U1 conformément à l'usage, puis reclassé astéroïde une semaine plus tard (A/2017 U1).
Officiellement baptisé ʻOumuamua (mot qui signifie « messager » ou « éclaireur » en hawaïen), les variations périodiques de sa luminosité, en tenant compte de sa rotation, est multipliée par dix toutes les 8 heures, ce qui suggère qu'il se présente sous une forme atypique très allongée : sa longueur est nettement supérieure à sa largeur. L'objet est constitué d'une roche dense riche en métaux et de couleur rouge foncé.
L'étude de sa trajectoire montre qu'elle est nettement hyperbolique, avec une excentricité de 1,188 ± 0,016, soit la plus élevée jamais relevée pour un objet du Système solaire. Le 6 novembre 2017, ʻOumuamua est reconnu comme le premier objet identifié à provenir de l'extérieur du Système solaire (1I/2017 U1).

Trajectoire de ʻOumuamua
Positions des planètes et trajectoire de ʻOumuamua autour de son passage au périhélie

Les astéroïdes Troyens et Grecs

Les groupes des astéroïdes Troyens et Grecs partagent la même orbite que Jupiter. Ils sont contenus dans deux zones lenticulaires autour des points de LagrangePoint de Lagrange
Dans un système à deux corps, l'un en rotation autour de l'autre, c'est l'une des cinq positions où les forces de gravité se compensent.
points de Lagrange
L4 et L5, qui sont des points d'équilibre pour des objets de faible masse situés à 60° de part et d'autre de la planète. Leur plan orbital n'est pas nécessairement confondu avec celui de Jupiter, certains se retrouvent même très éloignés du plan de l'écliptiqueÉcliptique : projection du plan de l'orbite terrestre sur la voûte céleste. Pour cette raison, il correspond également au déplacement apparent du Soleil parmi les étoiles sur une année.
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.
Ils ont reçu des noms issus de personnages figurant dans la légendaire guerre de Troie. Ceux placés en avant de Jupiter – en L4 – portent des noms grecs (comme 588 Achille, 659 Nestor, 911 Agamemnon), ceux qui suivent la planète – en L5 – ont des noms troyens (884 Priam, 1172 Énée).
Il y a cependant quelques entorses à la tradition, comme par exemple 624 Hector, héros troyen, se trouve dans le camp grec au point L4, et inversement 617 Patrocle, héros grec, est situé au point L5.

Distribution des astéroïdes
Distribution schématique des astéroïdes de la ceinture principale et des groupes troyens et grecs

Crédits photographiques : NASA, sauf mention contraire.