Astéroïdes, comètes et météorites, derniers vestiges du système solaire. Alain Doressoundiram http://formation-professeurs.obspm.fr/

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1 Astéroïdes, comètes et météorites, derniers vestiges du système solaire.
Alain Doressoundiram

2 Intérêts de l’étude des petits corps
Astéroïdes, comètes et météorites sont des corps primitifs qui ont très peu évolué depuis la formation du système solaire. Risque de collision avec la Terre. Meteor crater, extinction dinosaures? Origine de la vie sur Terre (comètes) Ressources minières (astéroïdes) Alain Doressoundiram

3 Astéroïdes, résidus de la formation du Système Solaire
Accrétion planétésimaux Chauffage différentiation Collisions fragmentation et cratérisation Grande diversité de taille, de forme et de composition Alain Doressoundiram

4 Par Toutatis ! Meteor crater (Arizona) Alain Doressoundiram

5 Population des géocroiseurs
N (d > 1km) ~ 900 Nombre découverts à ce jour : ~ 700 Hiroshima Energie de l’impact Energie cinetique : ½mv2 Un bolide de 2m de diamètre à une vitesse de 20km/s => 1 MT 1 MT ~ 100 Hiroshima Alain Doressoundiram

6 Les astéroïdes 1801: découverte par hasard de Cérès (Piazzi).
Petits corps rocheux et irréguliers. Composition: silicates et métaux. Dimensions: max 1000 km de diamètre. Les 3 plus gros: Cérès d=933 km. Pallas d=523 km. Vesta d=501 km. ~ connus (~ numérotés). Majorité dans la « ceinture principale » entre les orbites de mars et jupiter. Origine. Planète fragmentée? Accrétion bloquée par la formation de jupiter. Alain Doressoundiram

7 Loi de Titus Bode (1766) dplanète = 0,4 + 0,3 x N
dplanète : distance héliocentrique en U.A. N = 0,1,2,4,…. Planète N Distance prédite Distance réelle Mercure 0,4 0,39 Venus 1 0,7 0,72 Terre 2 1,00 Mars 4 1,6 1,52 Lacune 8 2,8 2,77 Jupiter 16 5,2 5,20 Saturne 32 10,0 9,54 Uranus 64 19,6 19,19 Neptune 128 38,8 30,07 Pluton 256 77,2 39,53 x2^n Giuseppe Piazzi Alain Doressoundiram

8 Diversité de forme, de taille et de composition
Junon Mars Cérès Éros Hygiéa 2,2 2,8 3,6 ua Vesta Alain Doressoundiram

9 Composition Classe Albédo Minéralogie M 0,1 - 0,18 métal, enstatite ?
S (17%) 0,1 - 0, olivine, pyroxène, métal C (75%) 0,03 - 0, silicates hydratés, organiques P, D ,02 - 0, matières organiques B, G, F ,03 - 0,06 silicates hydratés, organiques Albédos de comparaison Terre 0,35 Lune 0,07 Charbon 0,04 Neige 0,8 Alain Doressoundiram

10 Localisation Orbites elliptiques autour du Soleil.
la « ceinture principale » UA entre les orbites de Mars et Jupiter. Distribution non uniforme: lacunes de Kirkwood. Les troyens: aux points de Lagrange de Jupiter (stable). 5.2 UA les géocroiseurs: orbites croisent celle de la Terre. ~1 UA.(Aten, Apollo, Amor) Alain Doressoundiram

11 Où se trouvent-ils? Instantanée des positions des astéroïdes
Alain Doressoundiram Instantanée des positions des astéroïdes

12 Distribution de la distance moyenne des astéroïdes
4:1 3:1 5:2 2:1 5:3 3:2 4:3 1:1 Terre Mars Jupiter Alain Doressoundiram

13 Résonances Résonance 3:1 Alain Doressoundiram

14 Observations télescopiques
Observations optiques et astrométrie Dans cette image se cachent 4 astéroïdes et un satellite de Jupiter image obtenue sur le 1,20m de l’OHP crédit : IMCEE Alain Doressoundiram

15 Observations télescopiques
Observations optiques et astrométrie méthode dite du "blink" ou clignotement permets de repérer les objets planétaires. 2 images à 10mn d’intervalle Alain Doressoundiram

16 Observations télescopiques
Observations optiques et astrométrie Identification des objets: (1): astéroïde (3939) Huruhata, magnitude 16.1 (2): astéroïde 1999 TK 5, magnitude 17.3 (3): astéroïde (13425) 1999 VG 24, magnitude 16,9 (4): satellite J-8, Pasiphaé, de Jupiter, magnitude 17 (5): astéroïde (377) Campania, magnitude 12.5 Alain Doressoundiram

17 Courbe de lumière Période de rotation Forme : a/b > 100,4 Dm
Photométrie mag Dm Période de rotation Forme : a/b > 100,4 Dm Axe de rotation temps Alain Doressoundiram

18 Observations télescopiques
Spectroscopie => composition Radiométrie T Réfléchi Thermique => T,albedo Alain Doressoundiram Occultations => taille, forme

19 Images à partir du sol Observations radar 216 Kleopatra Principe :
envoi d’un signal radar connu et cohérent Analyse de l’écho radar modifié par l’astéroide Décalages temporelles et spectraux => image 2D Variation de l’intensité => composition Caractéristiques de l’écho => texture 216 Kleopatra Alain Doressoundiram

20 Images à partir du sol Observations radar 216 Kleopatra 4769 Castalia
4179 Toutatis Alain Doressoundiram

21 Images à partir du sol HST 4 Vesta Alain Doressoundiram

22 Images in situ Ida et dactyl Mathilde 4979 Otawara 951 Gaspra
Alain Doressoundiram

23 Rendez-vous avec 433 Eros, 14 février 2000
Rotation : 5h 16mn

24 NEAR Cratères carrés!! Forme guidée par les failles et arêtes
Noter aussi le bloc perche sur le bord droit du cratère du haut. Son ombre est projeté sur le sol du cratère indique une forme en losange tenant Par la pointe. Ceci possible avec la faible gravité de Eros (g/1000)

25 NEAR Descente de NEAR, février 2001 Cratères carrés!!
Forme guidée par les failles et arêtes Noter aussi le bloc perche sur le bord droit du cratère du haut. Son ombre est projeté sur le sol du cratère indique une forme en losange tenant Par la pointe. Ceci possible avec la faible gravité de Eros (g/1000) Descente de NEAR, février 2001

26 NEAR Descente de NEAR, février 2001 Cratères carrés!!
Forme guidée par les failles et arêtes Noter aussi le bloc perche sur le bord droit du cratère du haut. Son ombre est projeté sur le sol du cratère indique une forme en losange tenant Par la pointe. Ceci possible avec la faible gravité de Eros (g/1000) Descente de NEAR, février 2001

27 HAYABUSA 2003 (JAXA) The primary scientific objective of the Muses-C mission is to collect a surface sample of material from an asteroid and return the sample to Earth for analysis. The mission plan calls for a November or December 2002 launch followed by arrival at the asteroid 1998 SF36 in September Muses-C will initially survey the asteroid surface from a distance of about 20 km and then move close to the surface for a series of soft landings and collection of samples at three sites. On-board optical navigation will be employed extensively during this period because the long communication delay prohibits ground-based real-time commanding. The samples will be held inside a separate re-entry capsule. The lander was also to deploy a small rover supplied by NASA onto the surface of the asteroid, but the rover was cancelled by NASA due to budget constraints. All operations at 1998 SF36 must take into account the extremely low gravity at the asteroids surface. After a few months in close proximity to the asteroid, the spacecraft will fire its engines to begin its cruise back to Earth. The re-entry capsule will be detached from the main spacecraft at a distance of about 300,000 to 400,000 km from the Earth, and the capsule will coast on a ballistic trajectory, re-entering the Earth's atmosphere in June The capsule will experience peak decellerations of about 25 G and heating rates approximately 30 times those experienced by the Apollo spacecraft. It will land via parachute at a site to be determined. Many details of the spacecraft and instruments are still being decided. This scenario is a change from the original plan to launch in July 2002 to the asteroid Nereus. Objectif : ramener des échantillons d’astéroïdes sur Terre. 2005 : rencontre avec ITOKAWA 2010 : retour sur Terre Alain Doressoundiram

28 ITOKAWA 500 m Alain Doressoundiram

29 ITOKAWA Alain Doressoundiram

30 Les familles d’astéroïdes
Phocaea Troyens Hungaria Eos Koronis Flora Themis Alain Doressoundiram

31 Collisions catastrophiques
Exemples de collisions cratérisantes Astéroïde simple Rubble pile Famille dynamique

32 Intérêt des familles Familles d’astéroïdes Évolution des astéroïdes
Physique des collisions Distribution de taille Formation des systèmes binaires Évolution dynamique Familles d’astéroïdes Origine des géocroiseurs Intérieur d’une planète

33 Quelques définitions Météore ou étoile filante: phénomène lumineux associé au passage d’un corps dans la haute atmosphère météorites: fragment d’astéroïde qui arrive intact sur Terre. Type de météorites connectés aux différents type d astéroïdes Alain Doressoundiram

34 Météorite de Peekskill
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35 Classification des météorites
Non différentiées Différentiées Achondrites primitives croûte noyau Chondrites carbonées manteau Chondrites ordinaires Métalliques Achondrites HED, SNC, ... Métallo- pierreuses Composition solaire carbone Fe, Ni olivine, pyroxène feldspaths, métal 4 % pyroxène + autres métal, silicates 6 % Alain Doressoundiram 2 % 80 % 8 %

36 La filiation astéroïdes - météorites
Quels corps parents pour chaque famille de météorites ? ? Vesta et les achondrites HED, un cas d ’école (1970) et pour les autres astéroïdes ? Alain Doressoundiram

37 Vesta, corps parent des météorites HED
Spectre visible et proche infrarouge de Vesta bien reproduit par spectres de HED Vesta serait le corps parent des météorites HED Alain Doressoundiram

38 Et pour les autres astéroïdes ?
Il n’y a pas de relation évidente entre les autres groupes de météorites et les astéroïdes. En particulier, les chondrites ordinaires sont les plus courantes sur terre (80 % des chutes), mais leur contrepartie astéroïdale n’a pas été identifiée. Hypothèses : Les CO proviennent de très petits objets qui ne peuvent pas être observés depuis la terre. Le mécanisme de transport vers la terre favorise des types minoritaires dans la ceinture principale. Les corps-parents des CO sont parmi les astéroïdes S, mais leurs propriétés spectrales sont modifiés par des processus de vieillissement de la surface ("space weathering"). Alain Doressoundiram

39 Effets du « space weathering »
Temps Effets du « space weathering » maximum profondeur pente pente profondeur de bande albédo

40 Comète et imaginaire Alain Doressoundiram

41 Les comètes Objets actifs, donc variables
orbites très elliptiques et souvent inclinés sur l’écliptique. Environ 1000 comètes connues (périodique et non périodique) composition: noyau=« boule de neige sale » mélange de glace (H2O, CO2, CO …) et de poussières molécules organiques taille typique=1-20 km Alain Doressoundiram

42 Transition astéroïde-comète
Astéroïde 2060 Chiron => comète Comète Wilson-Harrington (1949) => astéroïde 4015 (1979). Comète éteinte? Alain Doressoundiram

43 Hyakutake Alain Doressoundiram

44 noyau de la comète queue de plasma vent solaire protons et électrons km/s queue de poussières coma photons Mouvement de la comète SOLEIL

45 Comète : la physique Quand la comète s’approche du soleil, on a sublimation des glaces: éjection de gaz et de poussière; Zones actives. Formation d ’une coma (« chevelure »). Poussière repoussée par la pression de radiation => queue de poussière. ~ qq millions de km. Rayons UV ionisent les gaz. Ions repoussés par le vent solaire => queue des ions. ~ qq dizaines de millions de km. 0.1-1 % de perte de masse à chaque orbite. Hale-Bopp: 1000 t de poussière et 130 t d’eau par seconde! Alain Doressoundiram

46 Activité cométaire Alain Doressoundiram

47 EAU (70-90%) Molécules identifiées dans l’atmosphère des comètes
Dioxyde de Soufre 0,1-0,3% Sulfure d’hydrogène 0,2-1,5% OCS 0,4% H2CS 0,02% Monoxyde De carbone (1-25%) CS2 0,1% EAU (70-90%) Acide Cyanhydrique 0,1-0,3% HNC 0,01% HC3N 0,01% CH3CN 0,01% Dioxyde de carbone (5-10%) HNCO 0,01% NH2CHO 0,01% Ammoniac 0,5% Alcool Méthylique 0,5-6% Acétylène 0,3% CH3CHO 0,02% HCOOCH3 0,08% Formaldéhyde 0,1-1,2% Ethane 0,2-0,8% Méthane 0,2-0,8% Antigel 0,3% Acide formique 0,1%

48 Chimie cométaire Alain Doressoundiram

49 Comètes SOHO: comètes héliorasantes
Alain Doressoundiram

50 Comète McNaught La comète C/2006 P1 (McNaught), qui est devenue plus brillante que Vénus le 13 Janvier 2007 (0,17 UA du Soleil) Alain Doressoundiram

51 Deep Impact 2004 (NASA) Overview A radical mission to excavate the interior of a comet has been selected as one of the next two flights in NASA's Discovery Program. The comet mission, called Deep Impact, will be managed by the Jet Propulsion Laboratory, led by Dr. Michael A'Hearn from the University of Maryland in College Park, and built by Ball Aerospace in Boulder, Colo. The mission will send a 350-kilogram copper projectile into comet P/Tempel 1, creating a crater as big as a football field and as deep as a seven-story building. A camera and infrared spectrometer on the spacecraft, along with ground-based observatories, will study the resulting icy debris blasted off the comet, as well as the pristine interior material exposed by the impact. Peering inside a comet could give us clues to the early formation of the Solar System, the Earth and human life. Comets are composed of ice and dust from the solar nebula, out of which the Solar System formed. This primitive debris holds clues to conditions of the Solar System's earliest and coldest period, making them similar to 4.5 billion-year-old time capsules. Deep Impact is the first mission to open one of these time capsules to explore its treasures. Deep Impact's spectacular July 4, 2005 impact on Comet Tempel 1 by a 350-kg impactor (770 lbs.) is expected to produce a football field-sized crater, seven stories deep. It is the first attempt to expose fresh material from the inside of a comet. Material inside the comet's body will give scientists a clearer picture of the composition and structure of these ancient travelers in space. The public can share in this experiment and many can view the impact with smaller telescopes from Earth. In addition, dramatic images from cameras on both the impactor and the spacecraft will be sent back to Earth in near real-time. The Deep Impact plan is simple - excavate a deep crater in a cometary nucleus and: 1.Observe how the crater forms 2.Measure the crater's depth and diameter 3.Measure the composition of the interior of the crater and its ejecta 4.Determine the changes in natural outgassing produced by the crater Observing how the crater forms and the gasses that are released in the impact's ejecta gives scientists important information about the composition and structure of the comet. Deep Impact adds important new data to the suite of NASA and International comet/asteroid missions, all of which study the surface layers and coma of these small bodies. Objectif : bombarder une comète pour en révéler l’intérieur. Impact de la comète Tempel 1 : juillet 2005. Formation d’un cratère Diamètre et profondeur Composition de l’intérieur et des éjectas Changements d’activité produits Alain Doressoundiram

52 Deep Impact Alain Doressoundiram

53 Deep Impact Alain Doressoundiram