Les récentes missions de la NASA sur les astéroïdes ont rassemblé des données importantes sur l'évolution précoce de notre système solaire, formation de la planète, et comment la vie peut avoir pris naissance sur Terre. Ces missions fournissent également des informations cruciales pour dévier les astéroïdes qui pourraient frapper la Terre.

Des missions comme la mission OSIRIS-REx sur l'astéroïde Bennu et la mission Hyabusa II sur Ryugu, sont souvent menées par des explorateurs robotiques qui renvoient des images sur Terre montrant des surfaces d'astéroïdes complexes avec des fissures, rochers perchés et champs de décombres.

Afin de mieux comprendre le comportement du matériau des astéroïdes et de concevoir des explorateurs robotiques performants, les chercheurs doivent d'abord comprendre exactement comment ces explorateurs impactent la surface des astéroïdes lors de leur atterrissage.

Dans un article publié dans la revue Icare , chercheurs du Département de physique et d'astronomie de l'Université de Rochester, dont Alice Quillen, professeur de physique et d'astronomie, et Esteban Wright, un étudiant diplômé du laboratoire de Quillen, mené des expériences en laboratoire pour déterminer ce qui se passe lorsque des explorateurs et d'autres objets se posent sur un complexe, surfaces granuleuses dans des environnements à faible gravité. Leurs recherches fournissent des informations importantes pour améliorer la précision de la collecte de données sur les astéroïdes.

"Contrôler l'explorateur robotique est primordial pour le succès de la mission, " dit Wright. "Nous voulons éviter une situation où l'atterrisseur est coincé dans son propre site d'atterrissage ou rebondit potentiellement sur la surface et va dans une direction inattendue. Il peut également être souhaitable que l'explorateur saute à la surface pour parcourir de longues distances."

Les chercheurs ont utilisé du sable pour représenter la surface d'un astéroïde en laboratoire. Ils ont utilisé des billes pour mesurer l'impact des objets sur les surfaces sablonneuses à différents angles, et filmé les billes avec une vidéo à haute vitesse afin de suivre les trajectoires des billes et de tourner lors de l'impact avec le sable.

"Les matériaux granulaires comme le sable sont généralement assez absorbants lors de l'impact, " Dit Quillen. " Semblable à un boulet de canon ricochant sur l'eau, le sable poussé peut agir comme une neige devant un chasse-neige, soulever le projectile, le faisant sauter hors de la surface."

Les chercheurs ont construit un modèle mathématique qui inclut le nombre de Froude, un rapport sans dimension qui dépend de la gravité, la vitesse, et la taille. En mettant à l'échelle le modèle avec le nombre de Froude, les chercheurs ont pu appliquer les connaissances acquises lors de leurs expériences avec les billes à des environnements à faible gravité, comme celles trouvées à la surface des astéroïdes.

"Nous avons constaté qu'à des vitesses proches de la vitesse d'échappement - la vitesse à laquelle un objet échappera à l'attraction gravitationnelle - de nombreuses roches et rochers, sinon la plupart, sont susceptibles de ricocher sur les astéroïdes, " dit Wright.

Les résultats expliquent pourquoi les astéroïdes ont éparpillé des rochers et des rochers perchés à leur surface, et ils influencent également l'angle auquel les missions robotiques devront atterrir avec succès sur la surface d'un astéroïde.

"Les missions robotiques qui atterrissent à la surface d'un astéroïde devront contrôler le moment de l'atterrissage afin qu'elles ne rebondissent pas, " dit Quillen. " Les robots peuvent accomplir cela en rendant leur angle d'impact presque vertical, en réduisant la vitesse d'impact à une valeur très faible, ou en rendant la vitesse d'impact suffisamment grande pour former un cratère profond dont l'explorateur robotique ne rebondira pas."