Wendy K. Caldwell est mathématicienne / planétologue au Laboratoire national de Los Alamos. Elle est l’auteur principal de la recherche Psyche du Los Alamos National Laboratory et membre de l’équipe d’enquête DART, une collaboration internationale multi-agences. C’est aussi un être humain ordinaire qui donne bénévolement de son temps pour jouer, danser, diriger et chorégraphier pour des organismes locaux d’arts de la scène. Caldwell a contribué cet article à Voix d’experts de Space.com : Op-Ed & Insights.
Cet été, la NASA lancera sa première mission vers un astéroïde métallique, 16 Psyche, situé dans le Ceinture d’astéroïdes entre les orbites de Mars et de Jupiter. Les missions précédentes ont exploré des astéroïdes rocheux et glacés, mais on pense généralement que la composition de Psyché consiste en une quantité considérable de métal. Bien sûr, dans la culture actuelle du click-bait, googler Psyche vous emmènera dans le proverbial terrier d’Internet des histoires sur la façon dont il vaut plus que l’économie mondiale. Aussi séduisante que soit cette idée, nous n’allons pas la mettre au rebut et la vendre pour des pièces.
D’un point de vue scientifique, cependant, Psyché n’a pas de prix.
La mission Psyché : visite d’un astéroïde métallique
A l’école, on apprend que la terre a une structure en couches: croûte, manteau et noyau (intérieur et extérieur). Il y a des milliards d’années, alors que la Terre et d’autres planètes se formaient, les collisions entre corps solides étaient plus fréquentes qu’aujourd’hui. Certaines de ces collisions ont entraîné une accrétion, contribuant à la formation de ces couches et conduisant à des corps solides plus grands qui sont devenus des planètes. D’autres ont entraîné une perturbation, au cours de laquelle les planétésimaux ont été détruits avant qu’ils ne puissent se transformer complètement en planètes. On pense que les astéroïdes métalliques sont leurs restes, les noyaux de planètes potentielles qui ont été dépouillées de leurs couches externes par des impacts à grande vitesse.
Psyché est le plus grand de ces vestiges, avec un diamètre approximatif de 140 miles (225 kilomètres). Psyché peut détenir des réponses à des questions sur le système solaire primitif, y compris sur la formation des planètes ou, dans le cas de Psyché, ne pas se former complètement. La mission de la NASA sera équipée d’instruments pour mesurer diverses propriétés de Psyché, et ces données peuvent fournir plus d’informations sur la composition de l’astéroïde, y compris sa quantité de métal et la quantité de porosité (espace vide) présente.
La mission ne devrait pas arriver sur l’astéroïde avant 2026. Jusqu’à ce qu’elle commence à collecter des données, la modélisation informatique peut nous aider à comprendre Psyché en explorant la faisabilité de différentes compositions de matériaux pour celle-ci. Psyché a deux grandes structures d’impact dans son hémisphère sud. La simulation de la formation de ces cratères à l’aide de modèles informatiques aide à sonder comment des cratères aussi grands et relativement peu profonds auraient pu se former sur Psyché. Les simulations que nous avons exécutées à l’aide des vastes ressources de calcul du Laboratoire national de Los Alamos indiquent que Psyché pourrait être une configuration de tas de décombres, constituée de gros rochers maintenus ensemble par des forces gravitationnelles. Dans nos simulations, les impacts dans les tas de gravats ont créé des formes de cratères similaires à celles trouvées sur Psyché : grand diamètre, relativement peu profond. (Voir vidéo de simulation ici).
A Los Alamos, nous nous intéressons aux corps solides pour une autre application : défense planétaire. Si un gros corps se trouvait sur une trajectoire de traversée de la Terre, plus nous en savions sur l’objet, plus la probabilité de tentatives de déviation réussies pour empêcher un impact catastrophique était grande. L’événement le plus connu est peut-être l’impact de Chicxulub, qui anéanti les dinosaures. À partir de ce moment, il y a environ 65 à 66 millions d’années, l’environnement de la Terre a changé à jamais.
Avant que la panique ne s’installe, notez que la fréquence de ces impacts catastrophiques varie de dizaines de milliers à des centaines de millions d’années. Pour clarifier davantage, Psyché n’est pas sur une trajectoire de traversée de la Terre et ne constitue pas une menace. Les données de la mission Psyche peuvent cependant nous donner une meilleure idée de la qualité de nos outils d’observation et de modélisation pour déterminer les propriétés matérielles des objets distants. De telles informations seraient cruciales pour dévier avec succès tout futur objet potentiellement dangereux.
Ces objets sont caractérisés comme étant suffisamment grands pour constituer une menace – environ 99 pieds (30 mètres) de diamètre, pour une ville, et environ 460 pieds (140 m) de diamètre, pour une région – et sur un chemin à moins de 4,6 millions de miles (7,4 millions de km) de l’orbite terrestre. La notion de “proche” dans l’espace est assez différente de celle d’ici sur Terre. Un objet considéré comme proche de l’orbite terrestre se trouve approximativement à la distance parcourue par la Terre dans l’espace en trois jours. Ainsi, lorsque vous entendez parler d’une approche rapprochée, l’objet est souvent encore extrêmement éloigné et souvent trop petit pour constituer une menace, en grande partie grâce à l’atmosphère terrestre, qui fournit une couche supplémentaire de protection contre les objets entrants.
En rapport: Astéroïdes potentiellement dangereux (images)
Actuellement, une mission de défense planétaire en cours peut détenir les réponses à la question de savoir si nous pouvons dévier un astéroïde avec un impacteur cinétique – essentiellement un gros boulet de canon. La mission DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA, lancé en novembre 2021, se rendra dans le système binaire d’astéroïdes Didymos, dans lequel un corps plus petit, Dimorphos, orbite autour du plus grand Didymos. Comme Psyché, Dimorphos est loin, limitant les observations terrestres de ses propriétés matérielles. De plus, comme Psyché, Dimorphos ne constitue pas une menace pour la Terre.
Le vaisseau spatial impactera Dimorphos à une vitesse supérieure à 13 320 mph (21 440 km/h), et le transfert d’énergie ultérieur devrait modifier l’orbite de l’astéroïde. Les données seront recueillies avant, pendant et après l’impact, et ces données seront utilisées pour évaluer l’efficacité de la méthode de l’impacteur cinétique pour la défense planétaire.
Nous utilisons actuellement les mêmes techniques de modélisation que nous avons utilisées pour comprendre Psyché afin de modéliser les impacts sur Dimorphos. Bien sûr, il y a quelques différences notables. Dimorphos, qui a un diamètre d’environ 558 pieds (170 m), est considérablement plus petit que Psyché. En conséquence, Dimorphos peut être modélisé plus en détail que Psyché, sur la base du coût de calcul des grandes simulations. Nous avons modélisé Psyche en utilisant l’alliage nickel-fer Monel, basé sur les propriétés du minerai du cratère d’impact de Sudbury au Canada. On pense que le minerai provient de l’impacteur qui a formé le cratère, ce qui signifie que Monel est essentiellement un “métal du ciel” qui a probablement des propriétés similaires à celles des astéroïdes métalliques.
Dimorphos, d’autre part, est un corps rocheux, nous utilisons donc des matériaux géologiques ignés comme le basalte, qui a des propriétés similaires aux échantillons lunaires, dans nos modèles. Parce que le Mission DART a eu des années de planification, nous savons exactement ce qu’est l’impacteur du vaisseau spatial : nous connaissons la taille, la forme, le matériau, la vitesse et une gamme d’angles d’impact probables. Ainsi, les modèles Dimorphos peuvent être plus finement ajustés pour représenter l’impact réel. L’impact sur Psyché remonte à des milliards d’années, les choix de modélisation étaient donc plus difficiles à faire.
La bonne nouvelle est que ces deux missions généreront des données supplémentaires que nous pourrons utiliser pour mettre à jour nos modèles afin d’obtenir des résultats plus précis à l’avenir. Les données nous aideront également à déterminer les incertitudes de nos modèles et pourraient mettre en évidence les domaines dans lesquels nous pourrions réduire ces incertitudes. La science n’est jamais terminée : nous réévaluons constamment nos méthodes, menons de nouvelles expériences, recueillons de nouvelles données et formons de nouvelles hypothèses à tester. Mais la science s’améliore : de nouvelles informations conduisent à des modèles plus précis, rendent certaines hypothèses incorrectes et indiquent que d’autres s’alignent sur notre compréhension actuelle du domaine. Même une découverte telle que “qui n’a pas fonctionné du tout” a une valeur scientifique énorme. Savoir ce qui ne fonctionne pas peut nous orienter dans la bonne direction pour ce qui peut fonctionner.
Lorsque la mission Psyche sera lancée cet été et lorsque le vaisseau spatial DART s’écrasera sur Dimorphos cet automne, assurez-vous de lever un verre à la science. 2022 va être l’année la plus excitante pour la science planétaire depuis que je suis entré dans le domaine en tant qu’étudiant diplômé. Pour la toute première fois, une mission commencera un voyage vers la ceinture d’astéroïdes principale pour visiter un astéroïde métallique, ouvrant potentiellement une fenêtre sur les premiers jours de le système solaire. Peu de temps après le lancement de cette mission, le vaisseau spatial DART atteindra Dimorphos lors d’un aller simple vers un crash épique qui pourrait ouvrir la voie à une nouvelle ère de défense planétaire. La science est affaire d’essais et d’erreurs, et bien que nous ne réussissions pas toujours, nous n’arrêtons jamais d’essayer.
Suivez-nous sur Twitter @Spacedotcom ou sur Facebook.