Le 13 avril, 2029, un morceau glacé de roche spatiale, plus large que la tour Eiffel est haute, passera par la Terre à 30 kilomètres par seconde, frôlant la sphère de satellites géostationnaires de la planète. Ce sera l'approche la plus proche de l'un des plus gros astéroïdes traversant l'orbite terrestre au cours de la prochaine décennie.

Observations de l'astéroïde, connu sous le nom de 99942 Apophis, pour le dieu égyptien du chaos, a suggéré une fois que son survol de 2029 le conduirait à travers un trou de serrure gravitationnel - un emplacement dans le champ de gravité terrestre qui entraînerait la trajectoire de l'astéroïde de telle sorte que lors de son prochain survol, en 2036, cela aurait probablement un impact dévastateur.

Heureusement, des observations plus récentes ont confirmé que l'astéroïde passera par la Terre sans incident en 2029 et 2036. Néanmoins, la plupart des scientifiques pensent qu'il n'est jamais trop tôt pour envisager des stratégies de déviation d'un astéroïde si jamais l'on suivait une course accélérée avec notre planète natale.

Maintenant, les chercheurs du MIT ont conçu un cadre pour décider quel type de mission serait le plus efficace pour dévier un astéroïde entrant. Leur méthode de décision prend en compte la masse et la quantité de mouvement d'un astéroïde, sa proximité avec un trou de serrure gravitationnel, et le temps d'avertissement dont disposent les scientifiques d'une collision imminente, qui comportent tous des degrés d'incertitude, dont les chercheurs prennent également en compte pour identifier la mission la plus réussie pour un astéroïde donné.

Les chercheurs ont appliqué leur méthode à Apophis, et Bennu, un autre astéroïde géocroiseur qui est la cible d'OSIRIS-REx, une mission opérationnelle de la NASA qui prévoit de renvoyer un échantillon du matériau de surface de Bennu sur Terre en 2023. REXIS, un instrument conçu et construit par des étudiants du MIT, fait également partie de cette mission et sa mission est de caractériser l'abondance des éléments chimiques à la surface.

Dans un article paru ce mois-ci dans le journal Acta Astronautica , les chercheurs utilisent leur carte de décision pour définir le type de mission qui aurait probablement le plus de succès à détourner Apophis et Bennu, dans divers scénarios dans lesquels les astéroïdes peuvent se diriger vers un trou de serrure gravitationnel. Ils disent que la méthode pourrait être utilisée pour concevoir la configuration de mission optimale et la campagne pour dévier un astéroïde géocroiseur potentiellement dangereux.

"Les gens ont surtout envisagé des stratégies de déviation de dernière minute, lorsque l'astéroïde a déjà traversé un trou de serrure et se dirige vers une collision avec la Terre, " dit Sung Wook Paek, auteur principal de l'étude et ancien étudiant diplômé du département d'aéronautique et d'astronautique du MIT. "Je suis intéressé à empêcher le passage du trou de serrure bien avant l'impact de la Terre. C'est comme une frappe préventive, avec moins de désordre."

Les co-auteurs de Paek au MIT sont Olivier de Weck, Jeffrey Hoffmann, Richard Binzel, et David Miller.

Faire dévier un tueur de planètes

En 2007, La NASA a conclu dans un rapport soumis au Congrès américain que dans le cas où un astéroïde se dirigerait vers la Terre, le moyen le plus efficace de le dévier serait de lancer une bombe nucléaire dans l'espace. La force de sa détonation ferait sauter l'astéroïde, bien que la planète devrait alors faire face à toute retombée nucléaire. L'utilisation d'armes nucléaires pour atténuer les impacts d'astéroïdes reste une question controversée dans la communauté de la défense planétaire.

La deuxième meilleure option était d'envoyer un "impacteur cinétique" - un vaisseau spatial, fusée, ou autre projectile qui, si elle vise juste la bonne direction, avec une vitesse adéquate, devrait entrer en collision avec l'astéroïde, transférer une fraction de sa quantité de mouvement, et dévier de sa trajectoire.

"Le principe de base de la physique est un peu comme jouer au billard, " explique Paek.

Pour que tout impacteur cinétique réussisse, cependant, de Weck, professeur d'aéronautique et d'astronautique et des systèmes d'ingénierie, dit les propriétés de l'astéroïde, comme sa masse, élan, trajectoire, et la composition de la surface doit être connue « aussi précisément que possible ». Cela veut dire que, dans la conception d'une mission de déviation, les scientifiques et les chefs de mission doivent tenir compte de l'incertitude.

« Est-ce important que la probabilité de réussite d'une mission soit de 99,9 % ou de seulement 90 % ? Lorsqu'il s'agit de dévier un potentiel tueur de planète, vous pariez que c'est le cas, " dit de Weck. " Par conséquent, nous devons être plus intelligents lorsque nous concevons des missions en fonction du niveau d'incertitude. Personne n'a jamais examiné le problème de cette façon auparavant."

Fermer un trou de serrure

Paek et ses collègues ont développé un code de simulation pour identifier le type de mission de déviation d'astéroïdes qui aurait les meilleures chances de succès, étant donné l'ensemble des propriétés incertaines d'un astéroïde.

Les missions envisagées comprennent un impacteur cinétique de base, dans lequel un projectile est tiré dans l'espace pour faire dévier un astéroïde de sa trajectoire. D'autres variantes impliquaient l'envoi d'un éclaireur pour mesurer d'abord l'astéroïde pour affiner les spécifications d'un projectile qui serait envoyé plus tard, ou envoyer deux éclaireurs, l'un pour mesurer l'astéroïde et l'autre pour faire légèrement dévier l'astéroïde de sa trajectoire avant qu'un projectile plus gros ne soit ensuite lancé pour que l'astéroïde rate la Terre avec une quasi-certitude.

Les chercheurs ont introduit dans la simulation des variables spécifiques telles que la masse de l'astéroïde, élan, et trajectoire, ainsi que la plage d'incertitude de chacune de ces variables. Plus important encore, ils ont pris en compte la proximité d'un astéroïde avec un trou de serrure gravitationnel, ainsi que le temps dont disposent les scientifiques avant qu'un astéroïde ne traverse le trou de la serrure.

"Un trou de serrure est comme une porte - une fois qu'elle est ouverte, l'astéroïde frappera la Terre peu de temps après, avec une forte probabilité, " dit Paek.

Les chercheurs ont testé leur simulation sur Apophis et Bennu, deux des quelques astéroïdes pour lesquels les emplacements de leurs trous de serrure gravitationnels par rapport à la Terre sont connus. Ils ont simulé différentes distances entre chaque astéroïde et leur trou de serrure respectif, et a également calculé pour chaque distance une région « de sécurité » où un astéroïde devrait être dévié afin d'éviter à la fois un impact avec la Terre et le passage à travers tout autre trou de serrure à proximité.

Ils ont ensuite évalué lequel des trois principaux types de mission serait le plus efficace pour dévier l'astéroïde dans un port sûr, selon le temps dont disposent les scientifiques pour se préparer.

Par exemple, si Apophis passe par un trou de serrure dans cinq ans ou plus, Ensuite, il y a suffisamment de temps pour envoyer deux éclaireurs - l'un pour mesurer les dimensions de l'astéroïde et l'autre pour le décaler légèrement à titre de test - avant d'envoyer un impacteur principal. Si le passage en trou de serrure se produit dans les deux à cinq ans, il peut être temps d'envoyer un éclaireur pour mesurer l'astéroïde et régler les paramètres d'un projectile plus gros avant d'envoyer l'impacteur pour détourner l'astéroïde. Si Apophis passe par son trou de serrure dans un délai d'une année terrestre ou moins, Paek dit qu'il est peut-être trop tard.

"Même un impacteur principal peut ne pas être en mesure d'atteindre l'astéroïde dans ce délai, " dit Paek.

Bennu est un cas similaire, bien que les scientifiques en sachent un peu plus sur sa composition matérielle, ce qui signifie qu'il n'est peut-être pas nécessaire d'envoyer des éclaireurs avant de lancer un projectile.

Avec le nouvel outil de simulation de l'équipe, Peak prévoit d'estimer le succès d'autres missions de déviation à l'avenir.

"Au lieu de changer la taille d'un projectile, nous pourrons peut-être modifier le nombre de lancements et envoyer plusieurs petits engins spatiaux pour entrer en collision avec un astéroïde, un par un. Ou nous pourrions lancer des projectiles depuis la lune ou utiliser des satellites défunts comme impacteurs cinétiques, " dit Paek. " Nous avons créé une carte de décision qui peut aider à prototyper une mission. "

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.