Toute l'histoire de l'existence humaine n'est qu'un petit point dans les 4,5 milliards d'années d'histoire de notre système solaire. Personne n'était là pour voir les planètes se former et subir des changements dramatiques avant de s'installer dans leur configuration actuelle. Afin de comprendre ce qui s'est passé avant nous, avant la vie sur Terre et avant la Terre elle-même, les scientifiques doivent rechercher des indices sur ce mystérieux passé lointain.

Ces indices se présentent sous la forme d'astéroïdes, comètes et autres petits objets. Comme des détectives passant au crible des preuves médico-légales, les scientifiques examinent attentivement ces petits corps pour avoir un aperçu de nos origines. Ils racontent une époque où d'innombrables météores et astéroïdes pleuvaient sur les planètes, brûlé au soleil, ont tiré au-delà de l'orbite de Neptune ou sont entrés en collision les uns avec les autres et se sont brisés en corps plus petits. De loin, des comètes glacées à l'astéroïde qui a mis fin au règne des dinosaures, chaque roche spatiale contient des indices sur des événements épiques qui ont façonné le système solaire tel que nous le connaissons aujourd'hui, y compris la vie sur Terre.

Les missions de la NASA pour étudier ces "non-planètes" nous aident à comprendre comment les planètes, dont la Terre, se sont formées, localiser les dangers des objets entrants et penser à l'avenir de l'exploration. Ils ont joué un rôle clé dans l'histoire de notre système solaire, et reflètent comment il continue de changer aujourd'hui.

"Ils n'ont peut-être pas de volcans géants, océans mondiaux ou tempêtes de poussière, mais les petits mondes pourraient répondre aux grandes questions que nous nous posons sur les origines de notre système solaire, " dit Lori Glaze, directeur par intérim de la Division des sciences planétaires au siège de la NASA à Washington.

La NASA a une longue histoire d'exploration de petits corps, en commençant par le survol de Galileo en 1991 de l'astéroïde Gaspra. Le premier vaisseau spatial à orbiter autour d'un astéroïde, Cordonnier Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR), a également atterri avec succès sur l'astéroïde Eros en 2000 et a pris des mesures qui n'avaient pas été prévues à l'origine. La mission Deep Impact a conduit une sonde dans la comète Tempel 1 en 2005 et a incité les scientifiques à repenser l'endroit où les comètes se sont formées. Des efforts plus récents se sont appuyés sur ces succès et continueront de nous en apprendre davantage sur notre système solaire. Voici un aperçu de ce que nous pouvons apprendre :

Blocs de construction des planètes

Notre système solaire tel que nous le connaissons aujourd'hui s'est formé à partir de grains de poussière - de minuscules particules de roche, du métal et de la glace tourbillonnant en un disque autour de notre enfant Soleil. La plupart du matériel de ce disque est tombé dans l'étoile nouveau-née, mais certains morceaux ont évité ce destin et sont restés ensemble, devenir des astéroïdes, des comètes et même des planètes. Beaucoup de restes de ce processus ont survécu à ce jour. La croissance des planètes à partir d'objets plus petits est une partie de notre histoire que les astéroïdes et les comètes peuvent nous aider à étudier.

"Astéroïdes, les comètes et autres petits corps contiennent du matériel de la naissance du système solaire. Si nous voulons savoir d'où nous venons, nous devons étudier ces objets, " dit Glaze.

Vesta et Ceres sont deux anciens fossiles fournissant des indices sur cette histoire, les plus gros corps de la ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter. Le vaisseau spatial Dawn de la NASA, qui a récemment terminé sa mission, a mis en orbite les deux et a montré définitivement qu'ils ne faisaient pas partie du "club des astéroïdes" régulier. Alors que de nombreux astéroïdes sont des collections lâches de décombres, les intérieurs de Vesta et Ceres sont superposés, avec le matériau le plus dense à leurs noyaux. (En termes scientifiques, on dit que leurs intérieurs sont "différenciés".) Cela indique que ces deux corps étaient en passe de devenir des planètes, mais leur croissance a été retardée - ils n'ont jamais eu assez de matière pour devenir aussi gros que les grandes planètes.

Mais alors que Vesta est en grande partie sec, Cérès est mouillé. Il peut contenir jusqu'à 25 pour cent d'eau, principalement lié aux minéraux ou à la glace, avec possibilité de liquide souterrain. La présence d'ammoniac à Cérès est également intéressante, car il nécessite généralement des températures plus fraîches que l'emplacement actuel de Ceres. Cela indique que la planète naine aurait pu se former au-delà de Jupiter et avoir migré vers, ou au moins incorporé des matériaux qui provenaient plus loin du Soleil. Le mystère des origines de Cérès montre à quel point la formation planétaire peut être complexe, et cela souligne l'histoire compliquée de notre système solaire.

Bien que nous puissions étudier indirectement l'intérieur profond des planètes pour trouver des indices sur leurs origines, comme le fera la mission InSight de la NASA sur Mars, il est impossible de percer le cœur d'un objet de taille importante dans l'espace, y compris la Terre. Néanmoins, un objet rare appelé Psyché peut offrir l'opportunité d'explorer le noyau d'un corps semblable à une planète sans creuser. L'astéroïde Psyché semble être le noyau fer-nickel exposé d'une protoplanète, un petit monde qui s'est formé au début de l'histoire de notre système solaire mais n'a jamais atteint la taille d'une planète. Comme Vesta et Cérès, Psyché a vu son chemin vers la planète perturbé. la mission Psyché de la NASA, lancement en 2022, aidera à raconter l'histoire de la formation de la planète en étudiant cet objet métallique en détail.

Plus loin, Le vaisseau spatial New Horizons de la NASA est actuellement en route vers un objet distant appelé 2014 MU69, surnommé « Ultima Thule » par la mission. Un milliard de kilomètres plus loin du Soleil que Pluton, MU69 est un résident de la ceinture de Kuiper, une région d'objets riches en glace au-delà de l'orbite de Neptune. Des objets comme MU69 peuvent représenter les plus primitifs, ou inchangée, matière qui reste dans le système solaire. Alors que les planètes orbitent en ellipses autour du Soleil, MU69 et de nombreux autres objets de la ceinture de Kuiper ont des orbites très circulaires, suggérant qu'ils n'ont pas bougé de leurs chemins d'origine en 4,5 milliards d'années. Ces objets peuvent représenter les blocs de construction de Pluton et d'autres mondes glacés lointains comme celui-ci. New Horizons se rapprochera le plus de MU69 le 1er janvier 2019—le survol planétaire le plus éloigné de l'histoire.

"Ultima Thule est incroyablement précieux sur le plan scientifique pour comprendre l'origine de notre système solaire et de ses planètes, " dit Alan Stern, chercheur principal de Nouveaux Horizons, basé au Southwest Research Institute à Boulder, Colorado. "C'est ancien et vierge, et pas comme tout ce que nous avons vu auparavant."

Livraison des éléments de la vie

Les petits mondes sont également probablement responsables de l'ensemencement de la Terre avec les ingrédients nécessaires à la vie. L'étude de la quantité d'eau dont ils disposent est la preuve de la façon dont ils ont aidé à semer la vie sur Terre.

"Les petits corps changent la donne. Ils participent à l'évolution lente et régulière de notre système solaire au fil du temps, et influencer les atmosphères planétaires et les opportunités de vie. La Terre fait partie de cette histoire, " a déclaré le scientifique en chef de la NASA, Jim Green.

Un exemple d'astéroïde contenant les éléments constitutifs de la vie est Bennu, la cible de l'OSIRIS-REx de la NASA (Origines, Interprétation spectrale, Identification des ressources, Security-Regolith Explorer). Bennu peut être chargé de molécules de carbone et d'eau, qui sont tous deux nécessaires à la vie telle que nous la connaissons. Au fur et à mesure que la Terre s'est formée, et après, des objets comme Bennu ont plu et ont livré ces matériaux à notre planète. Ces objets n'avaient pas d'océans eux-mêmes, mais plutôt des molécules d'eau liées à des minéraux. On pense que jusqu'à 80% de l'eau de la Terre provient de petits corps comme Bennu. En étudiant Bennu, nous pouvons mieux comprendre les types d'objets qui ont permis à une jeune Terre stérile de s'épanouir avec la vie.

Bennu est probablement originaire de la principale ceinture d'astéroïdes entre Mars et Jupiter, et on pense qu'il a survécu à une collision catastrophique qui s'est produite il y a entre 800 millions et 2 milliards d'années. Les scientifiques pensent grand, astéroïde riche en carbone brisé en milliers de morceaux, et Bennu est l'un des vestiges. Plutôt qu'un objet solide, On pense que Bennu est un astéroïde « un tas de décombres », une collection lâche de roches collées ensemble par la gravité et une autre force que les scientifiques appellent « cohésion ». OSIRIS-REx, qui arrivera à Bennu début décembre 2018, après un voyage de 1,2 milliard de milles (2 milliards de kilomètres), et rapportera un échantillon de cet objet intrigant sur Terre dans une capsule de retour d'échantillon en 2023.

La mission japonaise Hayabusa-2 examine également un astéroïde de la même famille de corps qui aurait livré des ingrédients pour la vie sur Terre. Actuellement en orbite autour de l'astéroïde Ryugu, avec de petits rovers sautillants à la surface, la mission collectera des échantillons et les renverra dans une capsule sur Terre pour analyse d'ici la fin de 2020. Nous apprendrons beaucoup de choses en comparant Bennu et Ryugu, et comprendre les similitudes et les différences entre leurs échantillons.

Traceurs de l'évolution du système solaire

La plupart des matériaux qui ont formé notre système solaire, y compris la Terre, n'a pas vécu pour raconter l'histoire. Il est tombé dans le Soleil ou a été éjecté au-delà des portées de nos télescopes les plus puissants; seule une petite fraction a formé les planètes. Mais il y a quelques vestiges renégats des premiers jours où l'étoffe des planètes tourbillonnait avec un destin incertain autour du Soleil.

Une période particulièrement catastrophique pour le système solaire se situait entre 50 et 500 millions d'années après la formation du Soleil. Jupiter et Saturne, les géants les plus massifs de notre système, ont réorganisé les objets qui les entouraient alors que leur gravité interagissait avec des mondes plus petits tels que les astéroïdes. Uranus et Neptune sont peut-être originaires plus près du Soleil et ont été projetés vers l'extérieur alors que Jupiter et Saturne se déplaçaient. Saturne, En réalité, peut avoir empêché Jupiter de "manger" certaines des planètes telluriques, y compris la Terre, car sa gravité a contrecarré le mouvement ultérieur de Jupiter vers le Soleil.

Des essaims d'astéroïdes appelés les chevaux de Troie pourraient aider à régler les détails de cette période turbulente. Les chevaux de Troie comprennent deux groupes de petits corps qui partagent l'orbite de Jupiter autour du Soleil, avec un groupe devant Jupiter et un derrière. Mais certains chevaux de Troie semblent être constitués de matériaux différents des autres, comme l'indiquent leurs différentes couleurs. Certains sont beaucoup plus rouges que d'autres et peuvent avoir leur origine au-delà de l'orbite de Neptune, tandis que les plus grises se sont peut-être formées beaucoup plus près du Soleil. La théorie dominante est que lorsque Jupiter s'est déplacé il y a longtemps, ces objets ont été regroupés dans des points de Lagrange, des endroits où la gravité de Jupiter et du Soleil créent des zones de rétention où les astéroïdes peuvent être capturés. La diversité des chevaux de Troie, disent les scientifiques, reflète le voyage de Jupiter vers son emplacement actuel. "Ce sont les vestiges de ce qui se passait la dernière fois que Jupiter a bougé, " dit Hal Levison, chercheur au Southwest Research Institute.

la mission Lucy de la NASA, lancement en octobre 2021, enverra un vaisseau spatial aux chevaux de Troie pour la première fois, enquêtant en profondeur sur six chevaux de Troie (trois astéroïdes dans chaque essaim). Pour Lévison, l'enquêteur principal de la mission, le vaisseau spatial testera des idées sur lesquelles lui et ses collègues travaillent depuis des décennies sur le remodelage du système solaire par Jupiter. "Ce qui serait vraiment intéressant, c'est ce à quoi on ne s'attend pas, " il a dit.

Processus dans un système solaire en évolution

Après le coucher du soleil, dans les bonnes conditions, vous remarquerez peut-être la lumière du soleil dispersée dans le plan de l'écliptique, la région du ciel où orbitent les planètes. En effet, la lumière du soleil est dispersée par la poussière laissée par les collisions de petits corps tels que les comètes et les astéroïdes. Les scientifiques appellent ce phénomène « lumière zodiacale, " et c'est une indication que notre système solaire est toujours actif. La poussière zodiacale autour d'autres étoiles indique qu'elles, trop, peuvent abriter des systèmes planétaires actifs.

La poussière des petits corps a joué un rôle important sur notre planète en particulier. Environ 100 tonnes de matière météoritique et de poussière tombent chaque jour sur Terre. Une partie vient des comètes, dont l'activité a des implications directes pour l'évolution de la Terre. Alors que les comètes s'approchent du Soleil et ressentent sa chaleur, les gaz à l'intérieur de la comète bouillonnent et emportent de la matière poussiéreuse de la comète, y compris des ingrédients pour la vie. Le vaisseau spatial Stardust de la NASA a survolé la comète 81P/Wild et a découvert que la poussière cométaire contient des acides aminés, qui sont les éléments constitutifs de la vie.

Les explosions occasionnelles de gaz et de poussière observées dans les comètes indiquent une activité sur ou près de leurs surfaces, comme les glissements de terrain. La mission Rosetta de l'Agence spatiale européenne, qui a terminé son exploration de la comète 67P/Churyumov-Gerasimenko en 2016, a fourni des informations sans précédent sur l'activité cométaire. Parmi les changements de la comète, le vaisseau spatial a observé un effondrement massif d'une falaise, une grande fissure s'agrandit et un rocher bouge. "Nous avons découvert que des rochers de la taille d'un gros camion pouvaient être déplacés sur la surface de la comète sur une distance aussi longue qu'un terrain de football et demi, " Ramy El-Maarry, membre de l'équipe scientifique américaine Rosetta de l'Université du Colorado, Rocher, dit en 2017.

Les comètes influencent également le mouvement planétaire aujourd'hui. Alors que Jupiter continue de lancer des comètes vers l'extérieur, il se déplace très légèrement vers l'intérieur à cause de la danse gravitationnelle avec les corps glacés. Neptune, pendant ce temps, lance des comètes vers l'intérieur et obtient à son tour une petite poussée vers l'extérieur. Uranus et Saturne se déplacent également très lentement vers l'extérieur dans ce processus.

"En ce moment, nous parlons d'un nombre infime de mouvements parce qu'il ne reste plus beaucoup de masse, " a déclaré Lévison.

Fait amusant :le vaisseau spatial qui a vu le plus de comètes est l'Observatoire solaire et héliosphérique de la NASA (SOHO), le plus célèbre pour son étude du Soleil. SOHO a vu le Soleil « manger » des milliers de comètes, ce qui signifie que ces petits mondes pulvérisaient de la matière dans la partie interne du système solaire lors de leur voyage pour devenir le dîner du Soleil.

Dangers pour la Terre

Les astéroïdes peuvent toujours présenter un risque d'impact pour les planètes, y compris le nôtre.

Alors que les chevaux de Troie sont coincés en tant que groupies de Jupiter, Bennou, la cible de la mission OSIRIS-REx, est l'un des astéroïdes les plus potentiellement dangereux pour la Terre qui est actuellement connu, même si ses chances d'entrer en collision avec la Terre sont encore relativement faibles ; les scientifiques estiment que Bennu en a un sur deux, 700 chances d'impacter notre planète lors d'une de ses approches rapprochées de la Terre à la fin du 22e siècle. À l'heure actuelle, les scientifiques peuvent prédire la trajectoire de Bennu assez précisément jusqu'en 2135, quand l'astéroïde fera l'un de ses passages rapprochés par la Terre. Les observations rapprochées d'OSIRIS-REx permettront de mieux comprendre le voyage de Bennu, et aider les scientifiques travaillant à la protection de notre planète contre les astéroïdes dangereux à mieux comprendre ce qu'il faudrait pour en dévier un sur une trajectoire d'impact.

"Nous développons beaucoup de technologies pour opérer avec précision autour de ce genre de corps, et cibler des emplacements sur leurs surfaces, ainsi que la caractérisation de leurs propriétés physiques et chimiques globales. Vous auriez besoin de ces informations si vous vouliez concevoir une mission de déviation d'astéroïdes, " dit Dante Lauretta, chercheur principal de la mission OSIRIS-REx, basé à l'Université de l'Arizona à Tucson.

Une autre mission à venir qui testera une technique pour défendre la planète contre les risques d'impact naturels est la mission Double Asteroid Redirection Test (DART) de la NASA, qui tentera de modifier le mouvement d'un petit astéroïde. Comment? Impact cinétique - en d'autres termes, heurter quelque chose, mais d'une manière plus précise et contrôlée que la nature ne le fait.

La cible de DART est Didymos, un astéroïde binaire composé de deux objets en orbite l'un autour de l'autre. Le plus gros corps mesure environ 800 mètres de diamètre, avec une petite lune de moins d'un dixième de mile (150 mètres) de large. Un astéroïde de cette taille pourrait entraîner des dommages régionaux étendus s'il devait frapper la Terre. DART s'écrasera délibérément sur la lune pour modifier légèrement la vitesse orbitale du petit objet. Les télescopes sur Terre mesureront ensuite ce changement de vitesse en observant la nouvelle période de temps qu'il faut à la lune pour compléter une orbite autour du corps principal, ce qui devrait être un changement de moins d'une fraction d'un pour cent. Mais même ce petit changement pourrait suffire à faire manquer la Terre à un impacteur prévu dans un scénario d'impact futur. Le vaisseau spatial, en cours de construction par le laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins, est prévu pour le lancement au printemps-été 2021.

Didymos et Bennu ne sont que deux des presque 19, 000 astéroïdes géocroiseurs connus. Il y en a plus de 8, 300 astéroïdes géocroiseurs connus de la taille de la lune de Didymos et plus gros, mais les scientifiques estiment qu'environ 25, 000 astéroïdes de cette taille existent dans l'espace proche de la Terre. Le télescope spatial aidant les scientifiques à découvrir et comprendre ce genre d'objets, y compris les dangers potentiels, is called NEOWISE (which stands for Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer).

"For most asteroids, we know little about them except for their orbit and how bright they look. With NEOWISE, we can use the heat emitted from the objects to give us a better assessment of their sizes, " a déclaré Amy Mainzer, principal investigator of NEOWISE, based at NASA's Jet Propulsion Laboratory. "That's important because asteroid impacts can pack quite a punch, and the amount of energy depends strongly on the size of the object."

Small Worlds as Pit Stops, Resources for Future Exploration

There are no gas stations in space yet, but scientists and engineers are already starting to think about how asteroids could one day serve as refueling stations for spacecraft on the way to farther-flung destinations. These small worlds might also help astronauts restock their supplies. Par exemple, Bennu likely has water bound in clay minerals, which could perhaps one day be harvested for hydrating thirsty space travelers.

"In addition to science, the future will indeed be mining, " Green said. "The materials in space will be used in space for further exploration."

How did metals get on asteroids? As they formed, asteroids and other small worlds collected heavy elements forged billions of years ago. Iron and nickel found in asteroids were produced by previous generations of stars and incorporated in the formation of our solar system.

These small bodies also contain heavier metals forged in stellar explosions called supernovae. The violent death of a star, which can lead to the creation of a black hole, spreads elements heavier than hydrogen and helium throughout the universe. These include metals like gold, silver and platinum, as well as oxygen, carbon and other elements we need for survival. Another kind of cataclysm—the collision of supernova remnants called neutron stars—can also create and spread heavy metals. In this way small bodies are also forensic evidence of the explosions or collisions of long-dead stars.

Because of big things, we now have a lot of very small things. And from small things, we get big clues about our past—and possibly resources for our future. Exploring these objects is important, even if they aren't planets.

They are small worlds, après tout.