Le célèbre cratère météorique Barringer en Arizona, qui a été créé par un impact il y a environ 50 000 ans. Crédit :D. Roddy, Institut planétaire lunaire, Nasa
Dans le cas des corps du système solaire passant près du soleil, il y a deux effets importants jouant un rôle crucial dans l'évolution orbitale. L'un des effets est de la relativité générale et l'autre effet est de la théorie newtonienne de la gravitation.
La prédiction d'un décalage périodique de l'orbite (qui est techniquement appelé précession en mécanique céleste) de Mercure et la confirmation ultérieure de ce décalage supplémentaire d'orbite à partir d'observations réelles, était l'un des plus grands triomphes de la relativité générale développé par Einstein il y a environ 102 ans.
C'est l'un des effets importants qui se produisent dans les corps du système solaire passant près du soleil parce que les vitesses orbitales augmentent considérablement lorsque les corps s'approchent du soleil et lorsque les vitesses augmentent considérablement, les effets relativistes peuvent devenir importants (Figure 1).
L'autre effet provient des influences gravitationnelles périodiques de Jupiter (techniquement appelée mécanisme de Kozai en mécanique céleste) de la théorie newtonienne qui rendent l'orbite de plus en plus étroite (ou en d'autres termes, de plus en plus elliptique) et faire en sorte que le corps en orbite se rapproche de plus en plus du soleil après chaque révolution suivante.
Ces effets gravitationnels progressifs de Jupiter ont conduit à la production de certaines comètes rasant le soleil exceptionnellement spectaculaires (c'est-à-dire des comètes qui s'approchent très près du soleil et donc d'apparence très brillante de notre planète) dans l'histoire de la Terre.
Figure 1. Schéma simple du changement d'orbite de la planète Mercure dû à des effets relativistes généraux; l'orbite elle-même tourne lentement. Crédit :Université Cornell
Des travaux antérieurs sur la science du système solaire ont examiné ces effets séparément pour certains corps, mais dans notre étude actuelle, nous examinons les scénarios intéressants lorsque nous avons la combinaison de ces deux effets dans les corps du système solaire.
Nos calculs montrent que ces influences gravitationnelles périodiques de Jupiter peuvent conduire à des améliorations rapides des déplacements orbitaux dus à la relativité générale en raison du rapprochement des corps du soleil après chaque passage autour du soleil. Parfois, les corps peuvent avoir des approches extrêmement proches du soleil, ce qui finit par entraîner une collision avec le soleil, induits par ces effets périodiques de Jupiter.
Un bon exemple qui montre cette propriété dans nos études est la comète 96P/Machholz 1 qui subit des phases d'approche rapide du soleil et finit par tomber dans le soleil dans environ 9, 000 ans à partir de l'heure actuelle.
Figure 2. Carte des cratères connus trouvés sur Terre en raison d'impacts de corps venus de l'espace. Crédit :Stéphanie Werner
Lors de son dernier voyage juste avant la collision avec le soleil, nous constatons que les déplacements orbitaux dus à la relativité générale peuvent culminer à environ 60 fois celui du déplacement orbital de Mercure, ce qui est une valeur record dans le contexte des corps du système solaire observés jusqu'à présent.
De plus, cette comète subit une inversion de sa direction orbitale de référence (techniquement appelée bascule d'inclinaison en mécanique céleste) en raison des effets gravitationnels systématiques de Jupiter.
Notre étude montre pour la première fois un exemple de corps du système solaire qui montre que tous ces effets et traits mentionnés précédemment se chevauchent de manière nette. Cela rend cette étude nouvelle et unique par rapport aux précédentes études d'orbite d'objets similaires du système solaire.
La comète C/1965 S1 (Ikeya-Seki) était l'une des comètes rasant le soleil les plus spectaculaires de l'histoire. Crédit :Maynard Pittendreigh
De plus, nous constatons que la combinaison des deux effets susmentionnés a des conséquences importantes dans le domaine des études d'impact sur la Terre à partir de petits corps du système solaire. Nos calculs montrent que même un petit décalage orbital dû à la relativité générale peut faire varier considérablement la distance orbitale la plus proche entre le corps du système solaire et la Terre.
Les effets périodiques de Jupiter peuvent renforcer les effets relativistes généraux sur certaines orbites du système solaire. Cela conduit à des scénarios d'approche rapprochée entre les corps du système solaire qui changent de manière significative.
Cela joue à son tour un rôle important dans l'étude et l'évaluation des estimations des menaces d'impact à long terme sur la Terre, qui peuvent créer des caractéristiques intéressantes et remarquables comme des cratères et des tempêtes de météores sur notre Terre.
Notre planète a été bombardée de différents corps du système solaire de différentes tailles tout au long de son histoire orbitale (Figure 2) et ces signatures sous forme de cratères agissent comme un outil crucial pour comprendre l'évolution et la dynamique de notre Terre (qui est le thème central de CEED basé à UiO).
Le télescope Pan-STARRS PS1 à Hawaï est actuellement le chasseur d'objets géocroiseurs le plus actif. Crédit :Institut d'Astronomie, Université d'Hawaï
Les levés télescopiques modernes scrutent le ciel en permanence pour trouver des objets du système solaire qui pourraient potentiellement s'approcher très près de la Terre et devenir une menace pour notre Terre à l'avenir.
Les observations précises d'aujourd'hui assistées par de grands télescopes dans différentes parties du monde et les calculs théoriques détaillés augmentés par des installations de supercalcul (comme les grappes de calcul USIT NOTUR) visent à proposer de meilleurs modèles dans le contexte d'études sur les risques d'impact à court et à long terme pour faire de la Terre un endroit plus sûr dans l'image plus large de notre existence.
