Astronomie, Satellite, Espace

Astéroïdes traversant la Terre



Comment les détecter, les mesurer et les dévier?

Par David K. Lynch,

Télescope Pan-STARRS en construction à Maui. Image de Pan-STARRS. Utilisé avec permission.

Pouvons-nous faire quoi que ce soit contre un astéroïde destiné à toucher la Terre? La réponse est oui, à condition qu'il soit assez petit et que nous ayons suffisamment de temps pour envoyer un vaisseau spatial pour le dévier. Comme nous le verrons, plus le temps d'alerte que nous avons est long, plus l'astéroïde que nous pourrons gérer est grand. De nombreux aspects de l'atténuation de l'impact des astéroïdes ont été résumés dans le rapport Spaceguard. Plus récemment, la NASA a également achevé une étude et est utilisée par le Congrès pour décider des mesures que les États-Unis et d'autres pays peuvent et doivent prendre.

Les astronomes ont passé beaucoup de temps à essayer de comprendre comment sauver la Terre d'un impact d'astéroïde. Vous devez d'abord trouver tous les astéroïdes, calculer leurs orbites et voir celles qui se rapprochent dangereusement de la Terre. Une fois que vous connaissez l'orbite, vous pouvez déterminer quand elle va frapper. Cela vous indique le temps d'avertissement dont vous disposez. Et enfin, si vous pouvez déterminer la masse de l'astéroïde, vous pouvez calculer à quel point vous devez le pousser pour changer son orbite juste assez pour manquer la Terre. La notion d'Hollywood d'envoyer une bombe pour «la faire exploser» est irréaliste car les lanceurs actuels ne peuvent pas transporter une bombe assez grosse. En outre, au lieu d'un seul grand corps, vous pourriez vous retrouver avec de nombreux petits fragments dirigés vers la Terre.

Les trouver

Trouver des astéroïdes est relativement facile. Le premier a été trouvé par Giuseppe Piazzi en 1801. Plusieurs observatoires se consacrent actuellement à la recherche et au suivi des astéroïdes (Spacewatch, NEAT, Pan-STARRS, LONEOS et autres). À l'heure actuelle, environ 80% des astéroïdes de plus de 1 km de diamètre ont été trouvés. Aucun d'entre eux n'a d'orbite qui les amènerait à un œil de bœuf terrestre. En 2004, un astéroïde d'une taille de 250 m a été découvert qui devrait passer près de la Terre le 13 avril 2029 (vendredi 13!). Nommée Apophis, la probabilité d'impact de l'astéroïde est de 1 sur 45 000 et devrait diminuer à mesure que l'orbite s'affine au cours des prochaines années. L'astéroïde 1950 DA sera très proche de la Terre en 2880. Compte tenu des incertitudes sur son orbite, l'impact reste une possibilité.

En ce qui concerne les impacts d'astéroïdes, la taille compte. Les astéroïdes de moins de 10 mètres de diamètre sont peu dangereux car ils se briseront ou brûleront dans l'atmosphère. Ceux de plus de 5 km de diamètre sont trop gros pour que nous puissions faire quoi que ce soit. Ce ne sont que des estimations car c'est la masse, pas le diamètre qui est important. Certains astéroïdes sont des «tas de gravats», des collections vaguement consolidées de petits corps maintenus ensemble par la faible gravité de l'astéroïde. D'autres sont des roches dures et denses comme les chondrites et les fers. Mais grosso modo, la gamme de tailles qui compte est comprise entre 10 m et 5000 mètres de diamètre. Pensez donc en termes de roches entre la taille de votre maison et le mont. Rushmore.

Si l'on trouve un astéroïde portant le nom de la Terre, il y a beaucoup à faire. Les orbites ne sont pas connues avec une précision infinie, il y a toujours de petites incertitudes. Va-t-il vraiment toucher la Terre ou passera-t-il en toute sécurité devant nous avec quelques milliers de kilomètres à parcourir? (quelques milliers de kilomètres sont très, très proches!) Alors que certains astronomes s'efforcent de resserrer la précision de l'orbite, d'autres tenteront de mesurer la masse de l'astéroïde.

Image d'un astéroïde.

Les mesurer

C'est délicat. Même dans le plus grand télescope, la plupart des astéroïdes ne sont que des points de lumière dans le ciel nocturne. Nous ne pouvons pas voir leur taille et leur structure réelles, seulement leur couleur et leur luminosité. À partir de ceux-ci et d'une estimation de la densité de l'astéroïde, nous pouvons estimer la masse. Mais les incertitudes sont trop grandes pour monter une mission de déviation fiable. La prochaine étape sera donc d'envoyer un vaisseau spatial à l'astéroïde pour mesurer sa masse et d'autres propriétés comme la forme, la densité, la composition, les taux de rotation et la cohésion. Il peut s'agir d'un survol ou d'un atterrisseur. Une telle mission fournirait également des informations sur l'orbite extrêmement précises car le vaisseau spatial pourrait agir comme une balise ou planter un transpondeur radio sur l'astéroïde.

La déviation de l'astéroïde est la partie difficile, bien que la physique soit assez simple. L'idée est de pousser l'astéroïde et de changer son orbite d'une toute petite quantité. Il toucherait généralement la Terre à environ 30 km / s, bien que cela dépende de son entrée latérale, frontale ou arrière. Prenons l'exemple de 30 km / s.

Nous connaissons le rayon de la Terre: 6375 km. Si nous savons combien de temps d'avertissement l'impact - disons 10 ans - alors tout ce que nous avons à faire est d'accélérer ou de ralentir l'astéroïde de 6375 km / 10 ans, soit environ 2 cm / sec. Un astéroïde de 1 km de diamètre pèse environ 1,6 million de tonnes. Changer sa vitesse de 2 cm / s nécessite plus de 3 mégatonnes d'énergie.

La sécurité dépend de la découverte des astéroïdes le plus tôt possible. De toute évidence, plus vous disposez de temps d'avertissement, plus il est facile de faire le changement car vous n'avez pas besoin de pousser aussi fort. Ou vous pouvez retarder la poussée pendant que vous affinez l'orbite ou développez une technologie. Alternativement, un court délai d'avertissement signifie que vous devez vous occuper et pousser aussi fort que possible. L'alerte précoce est la meilleure approche. Comme le dit le proverbe, "Un point dans le temps sauve neuf."

Les comètes sont le joker du jeu d'impact terrestre. Ils ne sont généralement découverts que quelques mois avant d'approcher le système solaire interne. Avec des diamètres de quelques kilomètres et des vitesses allant jusqu'à 72 km / s, ils représentent une menace potentiellement ingérable. Avec moins de quelques années d'avertissement, il n'y aurait probablement pas assez de temps pour monter une mission de déviation.

LA MISSION PROFONDE D'IMPACT DE LA NASA:
Le vaisseau spatial a été intentionnellement écrasé dans le noyau de la comète Tempel 1 à environ 10 km / s. C'était le résultat. 4 juillet 2005. Image de la NASA.

Les dévier

Il existe plusieurs façons de dévier les astéroïdes, mais aucune n'a jamais été essayée. Les approches se divisent en deux catégories - les déflecteurs impulsifs qui poussent l'astéroïde instantanément ou en quelques secondes, et les déflecteurs à «poussée lente» qui appliquent une force faible à l'astéroïde pendant de nombreuses années.

Les déflecteurs impulsifs existent en deux variétés: les bombes et les balles. Les deux font partie des capacités technologiques actuelles. En déclenchant une bombe sur ou à proximité de l'astéroïde, du matériel est soufflé de la surface. L'astéroïde recule dans la direction opposée. Une fois la masse de l'astéroïde connue, il est facile de déterminer la taille d'une bombe à utiliser. Les plus gros engins explosifs dont nous disposons sont les bombes nucléaires. Ce sont les moyens les plus énergétiques et les plus fiables de fournir de l'énergie et, par conséquent, la déflexion nucléaire est l'approche privilégiée. Les bombes nucléaires sont des centaines de milliers de fois plus fortes que la meilleure approche suivante; balles.

L'approche «balle» est également simple. Un projectile à grande vitesse est enfoncé dans l'astéroïde. À l'heure actuelle, nous avons la technologie nécessaire pour envoyer une balle pesant quelques tonnes dans un astéroïde. Si la vitesse était suffisamment élevée, cette approche pourrait produire des poussées plusieurs fois plus importantes que ce qui résulterait de l'impact seul, car le matériau serait soufflé de l'astéroïde de la même manière qu'une bombe. En fait, l'approche par balle - la «déviation cinétique» comme on l'appelle - a en fait été essayée de manière indirecte. En 2005, le vaisseau spatial Deep Impact de la NASA a été intentionnellement manoeuvré sur le chemin de la comète Tempel 1. Le but était de percer un trou dans la comète et de voir ce qui en était sorti. Et ça a marché. Alors que le changement de vitesse de la comète était trop petit pour être mesuré, la technique a prouvé que nous pouvons suivre et cibler avec succès un astéroïde.

Les poussoirs lents sont largement conceptuels à l'heure actuelle. Ils comprennent: les moteurs ioniques, les tracteurs à gravité et les conducteurs de masse. L'idée est de transporter l'appareil vers l'astéroïde, de l'atterrir et de l'attacher, puis de pousser ou de tirer en continu pendant de nombreuses années. Les moteurs ioniques et les conducteurs de masse ont tiré des matériaux à grande vitesse depuis la surface. Comme auparavant, l'astéroïde recule. Un tracteur gravitaire est une masse contrôlée qui se détache de l'astéroïde en utilisant quelque chose comme un propulseur ionique. La masse du tracteur tire l'astéroïde en utilisant sa propre gravité. L'avantage de tous les poussoirs lents est que lorsque l'astéroïde est déplacé, son emplacement et sa vitesse peuvent être surveillés en continu et donc des corrections peuvent être apportées si nécessaire.

Moteur ionique attaché à la surface d'un astéroïde.
Image de la NASA avec des modifications illustratives.

Attacher quelque chose à un astéroïde est difficile car la gravité est extrêmement faible et les propriétés de surface peuvent ne pas être connues. Comment attacheriez-vous une machine à un tas de sable? La plupart des astéroïdes tournent et donc le poussoir serait en train de se retourner et serait rarement pointé dans la bonne direction. Il faudrait également qu'il tourne avec l'astéroïde, ce qui prend beaucoup d'énergie. Bien que le tracteur par gravité ne souffre pas de ces inconvénients, il a besoin d'une source d'énergie constante. Tous ces appareils sont compliqués. Ils doivent être alimentés, contrôlés et conçus pour fonctionner à distance dans l'espace en continu pendant de nombreuses années, une tâche très lourde.

Nous avons démontré que les moteurs ioniques peuvent fonctionner pendant au moins quelques années dans l'espace, mais jusqu'à présent, les moteurs ioniques n'ont pas assez de force pour dévier un astéroïde menaçant à moins qu'il y ait un temps d'avertissement extraordinairement long. L'inconvénient des longs temps d'avertissement est que les incertitudes sur l'orbite de l'astéroïde ne permettent pas d'être sûr qu'il touchera la Terre. Il existe quelques concepts lointains à poussée lente: peindre l'astéroïde en blanc et laisser la lumière du soleil exercer une pression de rayonnement; mettre un laser en orbite et le zapper plusieurs fois; en poussant un astéroïde plus petit assez près pour le dévier par gravité. Cependant, lorsque les astronomes exécutent les chiffres, les idées ne répondent à aucun système pratique.

Les astronomes ne sont pas les seuls à s'inquiéter des impacts d'astéroïdes. Les politiciens, les organisations d'intervention d'urgence et les Nations Unies sont tous concernés. Si nous devons dévier un astéroïde, qui paiera pour cela? Qui va réellement lancer le vaisseau spatial? Si les bombes nucléaires sont le moyen le plus sûr de dévier l'astéroïde, devons-nous garder les bombes nucléaires à portée de main? D'autres nations feront-elles confiance aux États-Unis, à Israël, à la Russie ou à l'Inde pour mettre des armes nucléaires dans l'espace, même pour une mission humanitaire? Et si l'astéroïde se dirigeait vers Genève et que nous n'avions que les moyens de déplacer la zone d'impact de 1000 km. Quelle direction choisissons-nous et qui décide? Peut-on être sûr d'effectuer un changement précis avec des technologies de déflexion non testées?

Si le coup d'astéroïde est inévitable, que faisons-nous? Si nous savons où il va frapper, évacuons-nous les gens de la région? Jusqu'où les déplaçons-nous? Si les débris d'impact restent dans l'atmosphère, un refroidissement global pourrait se produire. Qui est responsable de l'approvisionnement alimentaire mondial? S'il frappe dans l'océan, quelle sera la taille du tsunami? Comment pouvons-nous être certains que la dévastation que nous prédisons est correcte ou que nous n'avons pas oublié quelque chose? Peut-être le plus troublant de tous, les impacts d'astéroïdes sont un tout nouveau type de catastrophe: comment nous préparer à la destruction (disons) de l'est des États-Unis alors que nous avons 20 ans d'avertissement?

Ces questions et d'autres sont discutées aujourd'hui lors de réunions scientifiques dans le monde entier. Heureusement, les chances que même un petit astéroïde frappe la Terre dans un avenir prévisible sont très faibles.

Apprendre encore plus: Astéroïdes géocroiseurs: de quoi s'agit-il et d'où viennent-ils?

David K. Lynch, PhD, est un astronome et scientifique planétaire vivant à Topanga, en Californie. Lorsqu'il ne traîne pas autour de la faille de San Andreas ou n'utilise pas les grands télescopes du Mauna Kea, il joue du violon, recueille des serpents à sonnettes, donne des conférences publiques sur les arcs-en-ciel et écrit des livres (Color and Light in Nature, Cambridge University Press) et des essais. Le dernier livre du Dr Lynch est le Field Guide to the San Andreas Fault. Le livre contient douze trajets d'une journée en voiture le long de différentes parties de la faille, et comprend des journaux de route mile par mile et des coordonnées GPS pour des centaines de caractéristiques de la faute. En l'occurrence, la maison de Dave a été détruite en 1994 par le séisme de magnitude 6,7 à Northridge.