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La Ceinture des astéroïdes Les astéroïdes Troyens (IV) De part et d'autre de Jupiter, sur les célèbres points d'équilibre de Lagrange, se trouvent les astéroïdes Troyens. Ils se divisent en deux groupes, chacun formant un angle de 60° avec le Soleil. Il s'agit de deux zones de stabilité gravifique dans lesquelles les astéroïdes peuvent conserver une orbite stable, en équilibre sous l’influence conjuguée de Jupiter et du Soleil. Le groupe Achille se trouve en avant de Jupiter (Point L4 de Lagrange) et Patrocle en retrait (point L5). Ils comptent une vingtaine de membres à ce jour qui brillent à la magnitude moyenne de 16. Une étude photographique indiquerait qu'il existe environ 1000 corps jusqu'à la magnitude 20.9, les deux-tiers étant regroupés dans le groupe Achille. Ces astéroïdes sont des chondrites carbonées auxquels se mêlent quelques aérosidérolites. Parmi ceux-ci, citons Hector qui mesure environ 370 x 195 km.
Etant
donné que des points de Lagrange existent autour de toutes les planètes
et même autour des lunes les plus massives, vous ne serez pas étonnés
d'apprendre qu'il existe au moins 5 astéroïdes Troyens non associés
à Jupiter : -
Eurêka de 3 km de diamètre qui est gravitationnellement lié
à Mars -
2001 QR322 qui est lié à Neptune -
Télesto
(point L4)
et Calypso (point L5)
associés à Téthys (Saturne) -
Hélène
(point L4)
gravitant près de Dionée (Saturne) -
Cruithne
associé à la Terre. Autres groupes et lacunes Bien que la plupart des astéroïdes se concentrent dans un anneau situé entre l’orbite de Mars et de Jupiter, leur distribution au sein de celui-ci n’est pas régulière. Il existe quatre zones vides d’astéroïdes, appelées les “lacunes de Kirkwood” en hommage à l’astronome américain qui les découvrit en 1867, dans lesquelles la distribution des astéroïdes n’est pas aléatoire. Grâce aux ordinateurs et au concept génial d’espace des phases de Poincaré, Dermott et Murray[4] ont démontré en 1983 que ces lacunes coïncidaient avec des zones de résonances gravitationnelles, où l’influence de Jupiter interdisait à tout corps de se maintenir. Les équations du mouvement des astéroïdes n’étant pas linéaires - pas plus que celles des planètes sur plusieurs millions d’années -, sur base des équations de la dynamique non linéaire de telles lacunes sont presque toujours voisines de zones très instables, dites chaotiques. Malgré cela, la ceinture externe d’astéroïdes prouve qu’ils peuvent se maintenir dans des zones de résonance pendant quelques centaines de milliers d’années[5]. Ces orbites sont remarquables car elles occupent des emplacements où la période de révolution est un sous-multiple entier de celle de Jupiter; la planète exerçant une force telle qu’un astre situé à cet endroit serait détruit ou expulsé. Ces lacunes se situent respectivement à 2.5 UA (lacune d’Hestia, période 1/3 de celle de Jupiter), 2.8 UA (2/5), 3.0 UA (3/7) et 3.2 UA (lacune d’Hécube, période 1/2). Ce phénomène de résonance n’est pas propre à Jupiter et rappelle la distribution de la matière dans l’anneau ajouré de Saturne. Selon V.Safronov et T.Gehrels de l’Université d’Arizona, cette distribution anormale des astéroïdes remonte à l’époque de la formation du système solaire. Des planétésimaux d’une taille d’environ 100 km, éjectés de leur orbite par l’effet gravitationnel de Jupiter seraient venus croiser vers 2 UA, bouleversant la formation d’une planète entre Mars et Jupiter. J.Widsom de MIT découvrit en 1983 que dans l’espace des phases que lui dessinait son ordinateur pour certaines valeurs orbitales, des îlots chaotiques apparaissaient autour des trajectoires bien régulières. Cela signifiait que les orbites proches des résonances 3/1 entraînaient des bouffées d’excentricités aléatoires dans la ceinture d’astéroïdes. Ceux-ci auraient pu se rapprocher de Mars dès que leur excentricité aurait dépassé 0.33. Un effet gravitationnel les aurait alors éjecté de leur orbite, créant progressivement les lacunes observées. Nous retrouvons ce genre de fluctuations orbitales dans le comportement du satellite Hypérion de Saturne et des comètes. Les astronomes ont également découvert 5 groupes d’astéroïdes qui décrivaient pratiquement les mêmes orbites : Flora, Eros, Thémis, Coronis et Maria. Il semblerait qu’ils aient formé un objet de quelque 300 km de diamètre qui se serait fragmenté suite aux phénomènes de résonances. Le satellite de détection infrarouge IRAS a également découvert trois bandes zodiacales associées aux trois familles d’astéroïdes Thémis, Kronos et Eos. Cette poussière serait issue de la fragmentation d’un astéroïde parent, la poussière s’étant maintenue par la force du champ gravitationnel.
Des satellites autour des astéroïdes ? Nombreux sont les astéroïdes qui éclipsent les étoiles. A la faveur d’une occultation, les astronomes découvrirent à la fin des années 1970 que ces petits corps pouvaient également s’entourer satellites. Le phénomène semble beaucoup plus courant que prévu. A l'heure actuelle on dénombre environ 20 astéroïdes binaires. Ces petits compagnons de voyage accompagnent par exemple Eros, Herculina, Ida, Métis, Melpomène ou Pallas. Les plus grands mesurent environ 50 km de diamètre et ne sont en fait que d’autres astéroïdes capturés. Certains seraient également entourés de plusieurs satellites, formant de petits systèmes gravifiques indépendants.
Mais comment d’aussi petits corps peuvent-ils se maintenir en orbite autour des astéroïdes ? Les astéroïdes ne peuvent pas d’eux-même attirer des satellites par capture gravitationnelle ou collision. Tout satellite qui tenterait de se lier à son hôte serait rapidement éjecté suite à la collision avec le noyau. Les fragments devraient finalement se libérer de l’emprise de l’astéroïde et graviter sur des orbites indépendantes, dont les éléments orbitaux seraient similaires, ainsi qu’on peut le constater dans la Ceinture des astéroïdes. Etant donné que ces satellites existent bien autour des astéroïdes, cela implique qu’ils se sont vraisemblablement attachés à l’époque de la formation de la Ceinture. 617 Patrocle, un astéroïde Troyen découvert en 1905, constitue un cas particulier. William J. Merline du Southwest Research Institute et ses collègues ont découvert le 22 septembre 2001 grâce au télescope Gemini North de 8.1m équipé d'une optique adaptive que cet astéroïde formait en réalité un système binaire. Les deux corps mesurent respectivement 105 et 95 km de diamètre. Selon Stuart J.Weidenschilling du Planetary Science Institute, Patrocle s'est probablement constitué en système binaire dans les temps primordiaux car il est improbable qu'un couple de cette taille ait subit une telle collision au cours du dernier milliard d'années. Il se serait par ailleurs fractionné et formé d'innombrables débris. S’il s’avère qu’un grand nombre d’astéroïdes, mis à part les objets unis par collision, sont escortés de satellites, cela renforcerait l’hypothèse selon laquelle l’explosion d’une petite planète serait à l’origine des astéroïdes. Reste à trouver des traces de dépôts, d’isotopes ou de métamorphisme qui témoigneraient de cette explosion. Tom Van Flandern, directeur de l’Institut META Research de Washington, nous rappelle que le travail actuel des astronomes consiste à établir s’il existe ou non un lien entre les astéroïdes et les comètes, en particulier au niveau de leur structure interne. En effet, la fragmentation de la comète Shoemaker-Levy 9 qui se produisit en 1994 lorsqu’elle s’approcha de Jupiter renforce l’hypothèse selon laquelle les comètes seraient également des corps formés par accrétion et relativement fragiles. A ce jour plus de vingt comètes se sont brisées; 4 seulement se fragmentèrent au-delà de 2 UA, dont la fameuse comète West, et 4 autres étaient périodiques. Les astronomes aimeraient aussi savoir si les cratères d’impacts doubles que l’on a découvert sur Terre sont les traces laissées par des astéroïdes escortés de satellites. Astéroïdes et comètes auraient ainsi plus d’un lien de parenté, d’autant plus qu’il semble exister une relation entre leur deux courbes de lumière. La comète d’Arrest par exemple est très bien connue. Elle présenta des fluctuations lumineuses marquées par 3 minima et 3 maxima distincts qui ressemblaient fortement à ceux que présenta l’astéroïde 1580 Betulia[6]. Une hypothèse parmi d’autres est de considérer que les deux astres sont escortés par des satellites. Mais une variation périodique de lumière peut également être provoquée par un corps de forme irrégulière. Il n’empêche que la découverte d’astéroïdes accompagnés de satellites est un fait observationnel des plus importants pour comprendre la genèse du système solaire et la formation de ce cortège planétaire lilliputien. Prochain chapitre Le programme de veille du Spacewatch
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