Deux cosmochimistes de l'Arizona State University ont effectué les toutes premières mesures de l'eau contenue dans des échantillons prélevés à la surface d'un astéroïde. Les échantillons provenaient de l'astéroïde Itokawa et ont été collectés par la sonde spatiale japonaise Hayabusa.

Les découvertes de l'équipe suggèrent que les impacts au début de l'histoire de la Terre par des astéroïdes similaires auraient pu fournir jusqu'à la moitié de l'eau des océans de notre planète.

"Nous avons découvert que les échantillons que nous avons examinés étaient enrichis en eau par rapport à la moyenne des objets du système solaire interne, " dit Ziliang Jin. Chercheur postdoctoral à l'École d'exploration de la Terre et de l'espace de l'ASU, il est l'auteur principal de l'article publié le 1er mai dans Avancées scientifiques rapporter les résultats. Son co-auteur est Maitrayee Bose, professeur assistant à l'École.

"C'était un privilège que l'agence spatiale japonaise JAXA ait accepté de partager cinq particules d'Itokawa avec un enquêteur américain, " Bose dit. "Cela reflète également bien sur notre école."

L'idée de l'équipe de chercher de l'eau dans les échantillons d'Itokawa a été une surprise pour le projet Hayabusa.

"Jusqu'à ce que nous le proposions, personne n'a pensé à chercher de l'eau, " dit Bose. "Je suis heureux d'annoncer que notre intuition a porté ses fruits."

Dans deux des cinq particules, l'équipe a identifié le pyroxène minéral. Dans les échantillons terrestres, les pyroxènes ont de l'eau dans leur structure cristalline. Bose et Jin soupçonnaient que les particules d'Itokawa pouvaient également contenir des traces d'eau, mais ils voulaient savoir exactement combien. Itokawa a eu une histoire difficile impliquant le chauffage, impacts multiples, chocs, et fragmentation. Ceux-ci augmenteraient la température des minéraux et chasseraient l'eau.

Pour étudier les échantillons, chacun environ la moitié de l'épaisseur d'un cheveu humain, l'équipe a utilisé le spectromètre de masse d'ions secondaires à l'échelle nanométrique d'ASU (NanoSIMS), qui peut mesurer de si petits grains minéraux avec une grande sensibilité.

Les mesures NanoSIMS ont révélé que les échantillons étaient étonnamment riches en eau. Ils suggèrent également que même des astéroïdes nominalement secs tels qu'Itokawa peuvent en fait abriter plus d'eau que les scientifiques ne l'ont supposé.

Monde fragmenté

Itokawa est un astéroïde en forme de cacahuète d'environ 1, 800 pieds de long et 700 à 1, 000 pieds de large. Il fait le tour du Soleil tous les 18 mois à une distance moyenne de 1,3 fois la distance Terre-Soleil. Une partie du chemin d'Itokawa l'amène à l'intérieur de l'orbite terrestre et au plus loin, il balaie un peu au-delà de celui de Mars.

Basé sur le spectre d'Itokawa dans les télescopes terrestres, les planétologues le placent dans la classe S. Cela le relie aux météorites pierreuses, qui seraient des fragments d'astéroïdes de type S brisés lors de collisions.

"Les astéroïdes de type S sont l'un des objets les plus courants de la ceinture d'astéroïdes, " dit Bose. " Ils se sont formés à l'origine à une distance du Soleil d'un tiers à trois fois la distance de la Terre. " Elle ajoute que bien qu'ils soient petits, ces astéroïdes ont conservé l'eau et les autres matières volatiles avec lesquelles ils se sont formés.

Dans la structure, Itokawa ressemble à une paire de tas de gravats croqués ensemble. Il a deux lobes principaux, chacun parsemé de rochers mais ayant des densités globales différentes, tandis qu'entre les lobes se trouve une section plus étroite.

Jin et Bose soulignent que l'Itokawa d'aujourd'hui est le vestige d'un corps parent d'au moins 12 miles de large qui à un moment donné a été chauffé entre 1, 000 et 1, 500 degrés Fahrenheit. Le corps des parents a subi plusieurs chocs importants dus à des impacts, avec un dernier événement bouleversant qui l'a brisé. Dans la foulée, deux des fragments ont fusionné et ont formé l'Itokawa d'aujourd'hui, qui a atteint sa taille et sa forme actuelles il y a environ 8 millions d'années.

"Les particules que nous avons analysées provenaient d'une partie d'Itokawa appelée la mer des Muses, " dit Bose. " C'est une zone sur l'astéroïde qui est lisse et couverte de poussière. "

Jin ajoute, « Bien que les échantillons aient été prélevés à la surface, nous ne savons pas où se trouvaient ces grains dans le corps parent d'origine. Mais notre meilleure hypothèse est qu'ils ont été enterrés à plus de 100 mètres de profondeur."

Il ajoute que malgré la rupture catastrophique du corps parent, et les grains de l'échantillon étant exposés au rayonnement et aux impacts de micrométéorites à la surface, les minéraux montrent encore des traces d'eau qui n'a pas été perdue dans l'espace.

En outre, dit Jin, "Les minéraux ont des compositions isotopiques de l'hydrogène qui ne peuvent être distinguées de la Terre."

Bose explique, "Cela signifie que les astéroïdes de type S et les corps parents des chondrites ordinaires sont probablement une source critique d'eau et de plusieurs autres éléments pour les planètes terrestres."

Elle ajoute, "Et nous ne pouvons le dire qu'à cause des mesures isotopiques in situ sur des échantillons retournés de régolithe d'astéroïdes - leur poussière de surface et leurs roches.

"Cela fait de ces astéroïdes des cibles prioritaires pour l'exploration."

Recherche d'échantillons

Bose note qu'elle construit une installation de laboratoire propre à l'ASU, qui, avec le NanoSIMS (partiellement financé par la National Science Foundation) serait la première installation de ce type dans une université publique capable d'analyser les grains de poussière d'autres corps du système solaire.

Une autre mission japonaise, Hayabusa 2, est actuellement sur un astéroïde nommé Ryugu, où il recueillera des échantillons, les ramenant sur Terre en décembre 2020. Le directeur du Centre d'études des météorites de l'ASU, professeur Meenakshi Wadhwa, est membre de l'équipe d'analyse initiale pour la chimie de la mission Hayabusa 2.

ASU est également à bord de la mission de retour d'échantillons OSIRIS-REx de la NASA, qui est en orbite autour d'un astéroïde proche de la Terre nommé Bennu. Entre autres instruments, le vaisseau spatial porte le spectromètre d'émission thermique OSIRIS-REx (OTES), conçu par le professeur Philip Christensen de l'ASU Regents et construit à l'école. OSIRIS-REx devrait collecter des échantillons de Bennu à l'été 2020 et les ramener sur Terre en septembre 2023.

Pour les planétologues et les cosmochimistes qui dessinent une image de la formation du système solaire, les astéroïdes sont une excellente ressource. En tant que blocs de construction restants pour le système planétaire, ils varient considérablement entre eux tout en préservant les matériaux du début de l'histoire du système solaire.

dit Bose, "Les missions de retour d'échantillons sont obligatoires si nous voulons vraiment faire une étude approfondie des objets planétaires."

Et elle ajoute, "La mission Hayabusa à Itokawa a élargi notre connaissance du contenu volatil des corps qui ont aidé à former la Terre. Il ne serait pas surprenant qu'un mécanisme similaire de production d'eau soit commun aux exoplanètes rocheuses autour d'autres étoiles."