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Des chercheurs proposent le premier scénario détaillé et réaliste des collisions qui expédient des astéroïdes dans le voisinage de la Terre.
Le recensement de ces corps potentiellement menaçants est en cours.
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Vie et mort des astéroïdes
Jean-Luc Vonnez
Mardi 27 novembre 2001
L'enquête progresse. On connaissait l'origine des astéroïdes croiseurs de la Terre. Ces corps rocheux, dont le diamètre peut atteindre une vingtaine de kilomètres, tournent autour du Soleil sur des orbites susceptibles de croiser celle de notre planète. Deux études parues le 23 novembre dans la revue Science présentent un premier scénario réaliste et détaillé des phénomènes qui amènent ces boulets plutôt inquiétants dans les parages de la Terre.
Ceux-ci se formeraient à la suite de collisions monumentales dans la ceinture d'astéroïdes, une zone située entre les orbites de Mars et de Jupiter, peuplée de petits astres rescapés de la formation du système solaire. Jupiter, par la force de son influence gravitationnelle, les expédierait vers le centre du système solaire.
Si les scientifiques s'intéressent à la genèse de ces astres biscornus, c'est notamment parce qu'ils représentent un risque pour la Terre, très faible à l'échelle de la vie humaine, mais réel. Les scientifiques ont retrouvé les traces de plusieurs impacts historiques. Le plus violent, il y a 65 millions d'années, coïncide avec la disparition de nombreuses espèces vivantes, dont les dinosaures. Des paléontologues présentent dans le même numéro de Science un argument en faveur du caractère planétaire de la catastrophe: la disparition rapide de la plupart des espèces végétales aux antipodes du point de chute.
Près de Francfort, les restes d'un cratère de 20 kilomètres, vieux de 15 millions d'années, témoignent de la chute d'un astre de taille kilométrique. Il y a environ 40 000 ans, un objet de quelques dizaines de mètres a creusé un cratère d'un kilomètre près de Flagstaff, en Arizona. En 1908, un corps qui devait mesurer une centaine de mètres s'est vaporisé au-dessus des forêts sibériennes, abattant de grandes étendues de forêts.
Plusieurs programmes d'observation du ciel ont débuté, dans le but de recenser les objets en orbite non loin de notre planète. Sous l'égide de l'armée américaine et de la NASA, le projet LINEAR (Lincoln Near Earth Asteroid Research) traque les astéroïdes. L'Université d'Arizona poursuit un autre programme, Spacewatch, qui inclut l'observation des comètes, des objets également susceptibles de croiser la route de la Terre. Autre exemple: l'agence spatiale américaine, avec son programme NEAT («Near-Earth Asteroid Tracking»), compte identifier d'ici à une dizaine d'années l'ensemble des astéroïdes croiseurs de la Terre d'un diamètre de plus d'un kilomètre. Le nombre de ces boulets massifs avoisinerait le millier, comme le confirme une nouvelle estimation parue, elle aussi, dans ce numéro de la revue Science.
Pour le moment, cet effort de recensement n'a donné lieu qu'à de fausses alertes. Le 12 mars 1998, l'humanité a cru quelques heures que l'astéroïde XF11 allait s'approcher dangereusement de la Terre en 2028. Peu après, de nouveaux calculs de trajectoire ont exclu tout danger. Si un corps réellement menaçant devait pourtant être découvert, les spécialistes estiment qu'il serait possible de réagir. Une explosion nucléaire au-dessus de la surface d'un astéroïde suffirait à perturber sa trajectoire, pour peu qu'elle soit déclenchée plusieurs années avant l'impact annoncé.
L'astéroïde Eros (33 km de long) a reçu une longue visite de la sonde NEAR, qui l'a photographié sous tous les angles avant de s'y poser au début de cette année. Il fait partie des astéroïdes croiseurs de la Terre, mais n'a aucune chance de la percuter.
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Les péripéties des bolides qui viennent rôder autour de la Terre
Nés de collisions majeures, chassés du lieu de leur naissance par l'influence de Jupiter,
des corps viennent orbiter non loin de la Terre. Une version détaillée de ce scénario reproduit enfin les observations réelles.
Jean-Luc Vonnez
Le fait que les astéroïdes croiseurs de la Terre naissent lors de collisions au sein de la ceinture d'astéroïdes était une hypothèse déjà solide. Mais en proposant un scénario détaillé de la naissance de ces corps, les auteurs de deux études parues le 23 novembre dans la revue Science rendent cette genèse hypothétique encore plus plausible. Leurs simulations reproduisent en effet les observations réelles.
«La ceinture d'astéroïdes est constituée d'une multitude de corps bien plus petits que des planètes, sur des orbites presque circulaires situées entre Mars et Jupiter, explique Willy Benz, de la section de recherche spatiale et de planétologie de l'Université de Berne et coauteur de l'une des études. La taille typique de ces objets biscornus varie de 10 à 200 kilomètres. Le plus gros, Cérès, atteint 900 kilomètres. Autrefois, on imaginait qu'il s'agissait des restes d'une planète détruite. Aujourd'hui, on pense que l'influence gravitationnelle de Jupiter a empêché ces petits astres de s'agréger pour former une planète.»
Les astéroïdes croiseurs de la Terre (ou NEA, de l'anglais «near earth asteroids») sauf leur position plus proche du Soleil, ressemblent beaucoup aux rochers de la ceinture d'astéroïdes. «Leur taille est pourtant inférieure, guère plus de 20 kilomètres, précise Patrick Michel, chercheur du CNRS à l'Observatoire de la Côte d'Azur, auteur d'une des études. Il est donc naturel d'imaginer qu'il s'agit de fragments issus de collisions entre des corps massifs de la ceinture d'astéroïdes.» D'autant plus que les chercheurs ont repéré, dans cette ceinture, des familles d'astres dont les orbites et la couleur sont étrangement proches, supposés tous issus d'un corps parent commun. Un indice prouvant que les collisions ne sont pas rares dans la ceinture d'astéroïdes.
Il fallait encore montrer comment un tel événement pouvait propulser un fragment vers les parages de la Terre. Un réel problème, comme l'explique Patrick Michel: «A elle seule, une collision n'éjecte pas des débris de la taille d'un NEA avec une vitesse suffisant à les pousser hors de la ceinture d'astéroïdes. De plus, à observer l'âge des cratères de la Lune - sans érosion ni atmosphère, elle conserve la trace des impacts -, on se rend compte que des fragments doivent s'échapper de façon continue, et non seulement par bouffées comme le feraient de seules collisions.» Une réalité qui correspond à la nouvelle hypothèse.
La collision initiale
Dans un premier article, des chercheurs de l'Université de Berne et des Observatoires de Nice et de Turin ont réalisé une simulation numérique de l'impact qui a donné naissance à des familles d'astéroïdes connues. «Les modèles de collision sont fiables, explique Willy Benz. Ils reproduisent bien la désintégration de projectiles en laboratoire. Mais pas les collisions entre astéroïdes. Soit le corps initial est réduit en poussière, soit les fragments obtenus acquièrent des vitesses trop faibles pour s'échapper de leur attraction mutuelle.» Les chercheurs ont tenu compte d'un phénomène supplémentaire: l'attraction gravitationnelle. Quelques dizaines d'heures après cette collision - à des dizaines de milliers de kilomètres heure -, la gravité suffit à rassembler les menus fragments en corps beaucoup plus massifs, tout en étant rapides.
Le moteur de la dispersion
Cette vitesse ne suffit pas à expliquer la grande dispersion des familles d'astéroïdes existantes. Des chercheurs américains proposent la suite du scénario dans un second article. Les fragments issus de la collision subissent une force infime, mais capable de modifier leur trajectoire à long terme. «Ces petits corps sont en rotation, explique Willy Benz. Leur face exposée au Soleil se réchauffe, puis change d'orientation. La surface, en refroidissant, émet un rayonnement infrarouge qui joue le rôle de propulseur. Les simulations montrent que cet effet Yarkowsky, même infime, joue un rôle sur la durée. Ce phénomène, ainsi que des perturbations d'orbites, disperse la famille de fragments.»
La fuite hors de la ceinture d'astéroïdes
Certains tombent alors dans des orbites de la ceinture d'astéroïdes particulièrement sensibles à la présence de Jupiter, appelées «résonances». «Ces orbites sont désertes, et ce n'est pas un hasard, explique Willy Benz. Les corps qui s'y trouvent sont rapidement éjectés ailleurs dans le système solaire à cause de l'influence gravitationnelle de la planète géante.»
Des millions d'années aux abords de la Terre
Certains fragments éjectés viennent orbiter non loin de la Terre: ce sont les NEA. Leur durée de vie n'est cependant pas illimitée. «Il s'écoule en moyenne de l'ordre de 10 millions d'années avant que ces astres s'échappent vers l'extérieur du système solaire, tombent sur le Soleil ou entrent en collision avec une planète», précise Patrick Michel. Ce qui explique que la population de ces corps, malgré l'apport régulier de la ceinture d'astéroïdes, reste constante.
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Il y a 65 millions d'années, un désastre planétaire
L'impact qui a signé la fin des dinosaures aurait dévasté la végétation jusqu'aux antipodes.
La disparition rapide de nombreuses formes vivantes, il y a 65 millions d'années, est sans doute liée à la chute d'un astre gigantesque à la surface de la Terre. Selon les estimations des scientifiques, la météorite qui a précipité la fin des dinosaures mesurait une dizaine de kilomètres de diamètre. Elle se serait abattue au sud de l'Amérique du Nord, dans ce qui était alors une mer tropicale, à la vitesse de 90 000 km/h. Un véritable cataclysme, qui a dévasté la plus grande partie du continent nord-américain.
Mais que s'est-il passé dans l'hémisphère Sud, qui semble avoir servi de refuge à certaines espèces? Des géologues suédois et néo-zélandais apportent une réponse dans la revue Science du 23 novembre. En analysant les pollens et les spores présents dans des sédiments australiens, les chercheurs ont constaté que l'impact de la météorite a provoqué la brusque disparition d'une végétation variée, au profit de quelques espèces de fougères et de rares conifères. Un phénomène également observé dans des zones proches de l'impact, qui signale une perturbation catastrophique des écosystèmes.
Les chercheurs observent également, pendant un million d'années après le cataclysme, une alternance entre des végétations de climats chauds et froids. Ils supposent que le climat mondial, perturbé par l'impact, a longuement oscillé avant de retrouver sa stabilité. Dans un commentaire, un spécialiste australien suggère d'étudier d'autres sédiments de l'hémisphère Sud, afin de voir si la prolifération des fougères est un phénomène général. Et si oui, de tenter de comprendre comment une partie de la faune du Sud a pu survivre à la catastrophe.
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