Posté par Redbran le Dimanche 29/03/2020 à 14:00

Quelle est la dimension d’un cratère produit par un impact sur un astéroïde


Ryugu ©JAXA / Daniel Macháček
L’impact artificiel produit par la mission spatiale Hayabusa2 sur l’astéroïde Ryugu: un cratère bien plus grand que prédit !

Quelle est la dimension d’un cratère produit par un impact sur un astéroïde avec une énergie donnée ? Pour la première fois, la mission japonaise Hayabusa2 a effectué à plus de 300 millions de km de la Terre un impact artificiel à haute vitesse sur un astéroïde en Avril 2019. Un article publié dans Science (1) co-écrit par Patrick Michel (Université Côté d’Azur, Observatoire de la Côte d’Azur, CNRS, Laboratoire Lagrange), membre de cette mission et de cette expérience, décrit son succès et le résultat obtenu. Le cratère a une dimension bien plus grande que celle prédite, indiquant que la gravité de l’astéroïde, pourtant très faible, et non sa résistance mécanique a été le paramètre influençant la production de ce cratère ... et qu’il y encore des recherches passionnantes à mener pour comprendre la physique des cratères sur ces petits corps.

La sonde japonaise Hayabusa2 de la JAXA a rendu visite à l’astéroïde Ruygu de juin 2018 à novembre 2019 et a enchaîné les succès en déposant pour la première fois des mini-rovers et un atterrisseur CNES-DLR (Mascot) sur la surface d’un astéroïde, en effectuant avec succès deux récoltes d’échantillons et une expérience d’impact à haute vitesse. Elle est actuellement sur son trajet de retour vers la Terre pour déployer en décembre 2020 la capsule contenant les échantillons précieux qu’elle a récoltés dans l’atmosphère terrestre afin qu’ils arrivent sur Terre et soient analysés dans nos laboratoires. Potentiellement riches en matière organique et en matière primitive, ils nous fourniront des données essentielles sur la composition initiale du système Solaire, sur la formation des planètes et sur la contribution des petits corps dans l’émergence de la vie sur Terre.

Les données d’Hayabusa (2) nous permettent d’explorer un nouveau territoire, dans un environnement bien différent de celui de la Terre du fait de la petite taille de l’astéroïde de 1 km de diamètre. Elles indiquent notamment que Ryugu, très peu dense (à peine plus que l’eau !), est un agglomérat de roches liées entre elles par leur propre attraction. Par ailleurs, la surface est couverte de gros rochers, de tailles allant jusqu’à 160 m et d’une couche de régolithe composée de roches et de grains plus petits soumis à un régime de très faible gravité, étant donnée la petite dimension de l’astéroïde (accélération gravitationnelle ~ 10^-5 gravité terrestre). Cette surface devrait avoir une résistance mécanique non négligeable (1 kPa) causée par les forces de cohésion entre les grains du régolithe. Les cratères d’impact formés dans ces conditions sont en principe limités en taille par cette résistance de surface, qui réduit le diamètre attendu du cratère comparé à celui produit sur une surface sans résistance.

Les modélisations numériques d’impact et des lois d’échelles reposant sur l’extrapolation des données d’expériences d’explosions sur Terre sont utilisées pour prédire la taille d’un cratère produit par un impact à haute vitesse. Cette prédiction est fondamentale car le nombre et la taille des cratères sur un astéroïde (dont Ruygu) sont couramment utilisés pour dater les surfaces et donc estimer l’âge de l’objet. Cependant, différentes lois d’échelles donnent des âges très différents, par plus d’un ordre de grandeur. Il est donc essentiel de pouvoir calibrer la relation entre taille d’un projectile (ou énergie d’impact) et taille du cratère résultant. Cette relation est cruciale pour l’estimation des âges de surface. Malheureusement, il est impossible d’effectuer cette calibration sur Terre, tant les conditions d’attraction de surface sur un astéroïde sont différentes et impossibles à reproduire, à moins de faire l’expérience sur le corps lui-même.

La sonde Hayabusa2 est équipée d’un instrument appelé le Small Carry-on Impactor (SCI) conçu pour lancer un projectile en cuivre de 2 kg à une vitesse de 2 km/s sur la surface de Ryugu pour former un cratère artificiel. L’objectif est de révéler la sous-surface de l’astéroïde pour l’observer avec les autres instruments équipant la sonde, et pour y récolter un échantillon. Il est aussi de vérifier notre compréhension de la physique de la cratérisation à l’échelle réelle d’un astéroïde, en effectuant une comparaison avec les modélisations numériques d’impact et les lois d’échelles, et ainsi d’effectuer une estimation bien plus robuste de l’âge de l’astéroïde.

Une telle opération effectuée pour la première fois est extrêmement délicate mais en même temps extraordinaire à vivre, comme le raconte Patrick Michel qui a pu y assister en direct depuis la salle d’opération de la JAXA, et fut accomplie avec succès le 5 avril 2019. L’impact et l’évolution de la matière éjectée ont été simultanément observés pendant plus de 8 minutes (Fig. 2) par une petite caméra appelée DCAM3 déployée par la sonde avant que l’impact ne soit effectué et avant que celle-ci aille se cacher derrière l’astéroïde pour se protéger. Trois semaines environ après l’impact, la sonde Hayabusa2 est revenue sur le site afin d’identifier le cratère à l’aide de sa caméra de navigation optique télescopique depuis une altitude de 1.7 km (Fig. 1) avec une résolution de ~17 cm/pixel.


Figure 1 - Images du cratère artificiel. (A) Surface aux environs du point d’impact avant impact prise depuis une altitude de 1.72 km. Les blocs rocheux mobile (MB) et stable (SB) sont indiqués avec des flèches. (B) Même région après l’impact observée depuis la même altitude. (C) Image améliorée de la localisation de l’impact avec le cratère indiqué par le demi-cercle en pointillés jaunes. Le rectangle blanc D indique la région de la Figure 1D. (D) Image du cratère prise depuis une altitude de 115 m. Un petit fossé est indiqué par le cercle en pointillé.

Le cratère se situe dans la partie nord de la boursouflure équatoriale caractéristique de l’astéroïde Ryugu et l’angle d’impact du projectile est estimée à 60° de l’horizontal de la surface locale. En comparant les images prises avant et après l’impact depuis une altitude similaire de la sonde, la formation du cratère est évidente et il est possible de comprendre comment celle-ci s’est produite (voir Fig. 1). En particulier, une douzaine de rochers d’au moins quelques dizaines de centimètres de taille ont été déplacés sur la surface, et un gros bloc de 5 mètres (appelé MB sur la Fig. 1) a été excavé et s’est déplacé de 3 mètres vers le Nord-Ouest et à plus d’1 mètre au-dessus de la surface initiale par l’impact. Un autre gros bloc (appelé SB sur la Fig. 1) n’a en revanche pas bougé et il est possible qu’il ait arrêté la croissance du cratère vers la partie Sud-Est.

Au final, le cratère a la forme d’un demi-cercle, à cause de la roche SB qui a empêché une partie de sa croissance. Son diamètre est de l’ordre de 15 mètres (Fig. 1). De plus, les images spectaculaires prises 5 secondes après l’impact jusqu’à 500 secondes par DCAM3 (Fig. 2) montrent un rideau asymétrique de matière éjectée qui évolue vers le Nord de la surface, dont une partie à très faible vitesse.

La taille du cratère et la matière éjectée (Fig. 2), en particulier ses faibles vitesses, sont caractéristiques d’un cratère formé dans un matériau sans cohésion, contrôlé uniquement par la gravité locale, même si elle est extrêmement faible. Les lois d’échelles développées pour extrapoler les résultats d’impacts en laboratoire dans lesquelles on annule la cohésion aboutissent à une taille du cratère équivalente à celle mesurée. En revanche, aune modélisation numérique n’est actuellement capable de calculer l’intégralité du processus, et donc de prédire correctement la taille du cratère dans ces conditions, ce qui démontre de la nécessité de poursuivre les recherches dans ce domaine.


Figure 2 - Images prises par la camera DCAM3 de l’impact artificiel. Les images sont prises 5 secondes (A), 36 secondes (B), 100 seconds (C) 192 secondes (D), 396 secondes (E) et 498 secondes (F) après l’impact. L’échelle (barre sur les images) de 25 mètres a été calibrées en utilisant la distance entre les roches labélisées b1 et B2 sur la Fig. 2A.

Si cette interprétation est correcte et peut être extrapolée à l’ensemble de l’astéroïde, elle indique que la surface de Ryugu réagit comme du sable sans cohésion. Cette expérience fournit donc un unique moyen de mesurer les propriétés mécaniques de l’astéroïde. De plus, elle oblige à réviser les premières estimations de l’âge de la surface de Ryugu basées uniquement sur les images de surface et sur une loi d’échelle incluant la cohésion qui donnaient un âge allant de 10 millions à 160 millions d’années selon les hypothèses. Cet âge de surface ne serait que de quelques centaines de milliers d’années, ce qui a de nombreuses implications sur la formation et l’histoire de Ryugu. Cela montre le grand intérêt de pouvoir faire une expérience dans les bonnes conditions, et ces informations seront enrichies par l’analyse des échantillons rapportés.

Notes:
(1) Arakawa, M., et al. 2020. An artificial impact on the asteroid 162173 Ryugu formed a crater in the gravity-dominated regime. Science, First release, March 19th, 2020
(2) S. Sugita et al., The geomorphology, color, and thermal properties of Ryugu: Implications for parent-body processes. Science 364, eaaw0422 (2019). doi: 10.1126/science.aaw0422


Contact:
Patrick Michel - Chercheur CNRS - michelp at oca.eu
Dernières actualités
Pourquoi y a t’il plus d’espèces dans les tropiques que dans les régions tempérées ? C’est une question sans cesse remise en avant mais ne trouvant pas de...
À la pharmacie, devant la tablette des suppléments d'oméga-3, le visage des clients qui scrutent la composition des gélules est souvent perplexe. L'avalanche...
Infectiologie, imagerie médicale... Des chercheurs du CEA-Joliot, en collaboration avec l'Iramis, synthétisent des bambusurils fonctionnalisables par "chimie click"...
Des scientifiques de l’Université PSL, au sein de l’ENS - PSL et de l’Observatoire de Paris - PSL, en collaboration avec des chercheurs du CNRS membres de l’UMI...
ATLAS et CMS ont présenté leurs résultats les plus récents concernant de nouvelles signatures permettant la détection du boson de Higgs auprès du LHC. Les...
Des chercheurs de l’Université de Montréal découvrent comment une mutation cancéreuse clé active la télomérase, l’enzyme antiâge qui rend les cellules...
Nous avons presque tous eu la roséole lorsque nous étions petits. Nous en avons tous guéri, mais le virus responsable de cette maladie, l'herpèsvirus humain de type...
Le système immunitaire adaptatif des vertébrés a deux caractéristiques. Premièrement, la capacité de créer, par recombinaison somatique orchestrée par la...
La simple question "Où se termine le tableau périodique des éléments ?" suscite depuis longtemps l'intérêt des scientifiques. Dans ce contexte, la compréhension...
A travers le règne animal, les individus génétiquement apparentés se ressemblent. Mais cette ressemblance accrue traduit-elle le simple fait d’avoir un certain...
Les Hôpitaux Universitaires de Genève (HUG), la Faculté de Médecine de l’Université de Genève (UNIGE), le Centre de Recherche en Infectiologie de l’Université...
Les scientifiques du laboratoire Sys2diag (CNRS/Alcen) et les médecins du CHU de Montpellier ont présenté aujourd’hui les premiers résultats de l’étude clinique...
Une étude multicentrique menée par une équipe de l’UNIGE, des HUG, du CHUV et de l’Hôpital de St-Gall démontrent qu’un usage plus restreint des antibiotiques...
Des paléontologues de l’Université McGill et de l’Université de l’Alberta ont découvert chez un ancien reptile des dents recouvertes d’un émail spécial...
Des chercheurs du CEA-Jacob en collaboration avec l’école d’ingénieurs Sup’Biotech ont mis au point un outil génétique permettant l'expression à long terme...
L'étude d'antinoyaux légers, de leur création à leur annihilation, facilitera à l'avenir la recherche indirecte de matière noire. La collaboration ALICE...
Les astronomes utilisant les télescopes de l'Observatoire Européen Austral (ESO) ont découvert des taches géantes à la surface d'étoiles extrêmement chaudes...
Prisées pour concevoir des médicaments, de tensioactifs et d’additifs, les amines aliphatiques peuvent s’obtenir par hydroaminométhylation. Des chercheurs du LHFA...
La chaîne varisque, ou hercynienne, est une chaîne de montagnes qui affleure notamment dans le Massif Central français et qui est souvent comparée à l’Himalaya....
Les collaborations ALICE, CMS et LHCb présentent de nouveaux résultats montrant comment les particules contenant des quarks c peuvent jouer le rôle de "messagers"...
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL
sous le numéro de dossier 1037632
Informations légales