Les astéroïdes peuvent constituer une menace pour la vie sur Terre, mais sont également une source précieuse de ressources pour fabriquer du carburant ou de l'eau afin de faciliter l'exploration de l'espace lointain. Dépourvu de processus géologiques et atmosphériques, ces roches spatiales offrent une fenêtre sur l'évolution du système solaire. Mais pour vraiment comprendre leurs secrets, les scientifiques doivent savoir ce qu'ils contiennent.

Seuls quatre vaisseaux spatiaux ont déjà atterri sur un astéroïde, le plus récemment en octobre 2020, mais aucun n'a scruté à l'intérieur d'un d'entre eux. Pourtant, la compréhension des structures internes de ces roches cosmiques est cruciale pour répondre aux questions clés sur, par exemple, les origines de notre propre planète.

"Les astéroïdes sont les seuls objets de notre système solaire qui sont plus ou moins inchangés depuis le tout début de la formation du système solaire, " a déclaré le Dr Fabio Ferrari, qui étudie la dynamique des astéroïdes à l'Université de Berne, La Suisse. "Si nous savons ce qu'il y a à l'intérieur des astéroïdes, nous pouvons comprendre beaucoup de choses sur la façon dont les planètes se sont formées, comment tout ce que nous avons dans notre système solaire s'est formé et pourrait évoluer dans le futur."

Ensuite, il y a aussi des raisons plus pratiques pour savoir ce qu'il y a à l'intérieur d'un astéroïde, comme l'extraction de matériaux pour faciliter l'exploration humaine d'autres corps célestes, mais aussi se défendre contre un rocher lié à la Terre.

La prochaine mission DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA, devrait être lancé plus tard cette année, s'écrasera sur la lune astéroïde de 160 m de diamètre Dimorphos en 2022, dans le but de changer son orbite. L'expérience démontrera pour la première fois si les humains peuvent dévier un astéroïde potentiellement dangereux.

Mais les scientifiques n'ont que des idées approximatives sur la façon dont Dimorphos réagira à l'impact car ils en savent très peu sur cette lune astéroïde, et son astéroïde parent, Didymos.

Pour mieux répondre à ces questions, les scientifiques étudient comment savoir à distance ce qu'il y a à l'intérieur d'un astéroïde et discerner son type.

Les types

Il existe plusieurs types d'astéroïdes. Certains sont de solides blocs de roche, robuste et robuste, d'autres sont des conglomérats de cailloux, rochers et sable, produits de nombreuses collisions orbitales, maintenus ensemble uniquement par la force de la gravité. Il existe également de rares astéroïdes métalliques, lourd et dense.

"Pour dévier les astéroïdes monolithiques plus denses, vous auriez besoin d'un plus gros vaisseau spatial, vous auriez besoin de voyager plus vite, " a déclaré le Dr Hannah Susorney, chercheur en sciences planétaires à l'Université de Bristol, la Grande-Bretagne. "Les astéroïdes qui ne sont que des sacs de matériaux - nous les appelons des tas de décombres - peuvent, d'autre part, éclater en milliers de morceaux. Ces pièces pourraient à elles seules devenir dangereuses."

Le Dr Susorney explore ce que les caractéristiques de surface d'un astéroïde peuvent révéler sur la structure de son intérieur dans le cadre d'un projet appelé EROS.

Ces informations pourraient être utiles aux futures sociétés minières spatiales qui voudraient en savoir le plus possible sur un astéroïde prometteur avant d'investir dans une mission de prospection coûteuse ainsi que d'en savoir plus sur les menaces potentielles.

"Il y a des milliers d'astéroïdes géocroiseurs, ceux dont les trajectoires pourraient un jour croiser celle de la Terre, " dit-elle. " Nous n'en avons visité qu'une poignée. Nous ne savons presque rien sur la grande majorité."

Topographie

Le Dr Susorney essaie de créer des modèles topographiques détaillés de deux des astéroïdes les mieux étudiés :Itokawa (la cible de la mission japonaise Hayabusa 1) et Eros (cartographié en détail par la sonde spatiale NEAR Shoemaker à la fin des années 1990).

"La topographie de surface peut en fait nous en dire beaucoup, " dit le Dr Susorney. " Si vous avez un astéroïde en tas de décombres, comme Itokawa, qui est essentiellement juste un sac de peluches, vous ne pouvez pas vous attendre à des pentes très raides là-bas. Le sable ne peut pas être retenu dans une pente infinie à moins qu'il ne soit soutenu. Une falaise solide peut. Les astéroïdes monolithiques rocheux, comme Éros, ont tendance à avoir des caractéristiques topographiques beaucoup plus prononcées, des cratères beaucoup plus profonds et escarpés."

Susorney souhaite utiliser les modèles haute résolution dérivés des données des engins spatiaux et y trouver des paramètres qui pourraient ensuite être utilisés dans les modèles de forme d'astéroïde à résolution beaucoup plus faible créés à partir d'observations radar au sol.

"La différence de résolution est assez importante, ", admet-elle. "Des dizaines à des centaines de mètres dans les modèles d'engins spatiaux à haute résolution et à des kilomètres de mesures radar au sol. Mais nous avons trouvé que, par exemple, la distribution des pentes nous donne un indice. Quelle partie de l'astéroïde est plate et quelle partie est raide ?"

Le Dr Ferrari travaille avec l'équipe qui prépare la mission DART. Dans le cadre d'un projet appelé GRAINS, il a développé un outil permettant de modéliser l'intérieur de Dimorphos, la cible d'impact, ainsi que d'autres astéroïdes en tas de décombres.

"On s'attend à ce que Dimorphos soit un tas de gravats car on pense qu'il s'est formé à partir de matière éjectée par l'astéroïde principal, Didymos, quand il tournait très vite, " a déclaré le Dr Ferrari. " Cette matière éjectée s'est ensuite réaccrétée et a formé la lune. Mais nous n'avons aucune observation de son intérieur."

Ingénieur en aérospatiale de formation, Le Dr Ferrari a emprunté une solution au problème des astéroïdes au monde de l'ingénierie, d'une discipline appelée dynamique granulaire.

"Sur Terre, cette technique peut être utilisée pour étudier des problèmes tels que le tas de sable ou divers procédés industriels impliquant de petites particules, " a déclaré le Dr Ferrari. " C'est un outil numérique qui nous permet de modéliser l'interaction entre les différentes particules (composants) - dans notre cas, les différents rochers et cailloux à l'intérieur de l'astéroïde."

Tas de gravats

Les chercheurs modélisent diverses formes et tailles, diverses compositions des rochers et cailloux, les interactions gravitationnelles et la friction entre elles. Ils peuvent exécuter des milliers de telles simulations, puis les comparer avec des données de surface sur des astéroïdes connus pour comprendre le comportement et la composition des astéroïdes en tas de décombres.

"Nous pouvons regarder la forme extérieure, étudier diverses caractéristiques en surface, et comparer cela avec nos simulations, " dit le Dr Ferrari. " Par exemple, certains astéroïdes ont un renflement équatorial proéminent, " il dit, se référant à l'épaississement autour de l'équateur qui peut apparaître à la suite de la rotation de l'astéroïde.

Dans les simulations, le renflement peut sembler plus important pour certaines structures internes que pour d'autres.

Pour la première fois, Le Dr Ferrari a ajouté, l'outil peut travailler avec des éléments non sphériques, ce qui améliore considérablement la précision.

"Les sphères se comportent très différemment des objets angulaires, " il a dit.

Le modèle suggère que dans le cas de Dimorphos, l'impact DART créera un cratère et projettera beaucoup de matière de la surface de l'astéroïde. Mais il y a encore beaucoup de questions, en particulier la taille du cratère, selon le Dr Ferrari.

"Le cratère peut être aussi petit que dix mètres mais aussi large que cent mètres, occupant la moitié de la taille de l'astéroïde. On ne sait pas vraiment, " a déclaré le Dr Ferrari. " Les tas de gravats sont délicats. Parce qu'ils sont si lâches, ils pourraient aussi bien absorber l'impact."

Peu importe ce qui se passe sur Dimorphos, l'expérience fournira un trésor de données pour affiner les simulations et les modèles futurs. Nous pouvons voir si l'astéroïde se comporte comme prévu et apprendre à faire des prédictions plus précises pour les futures missions dont dépend la vie sur Terre.