Sauter la poussière spatiale rend les astéroïdes plus rugueux


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  • Comme des grains de maïs qui éclatent dans une poêle à frire, de minuscules grains de poussière peuvent sauter à la surface des astéroïdes, selon une nouvelle étude de physiciens de l’Université du Colorado à Boulder.

    Cet effet de type pop-corn peut même aider à ranger les astéroïdes plus petits, leur faisant perdre de la poussière et leur donnant un aspect rugueux et escarpé depuis l’espace.

    Les chercheurs ont publié leurs résultats le 11 juillet dans la revue Astronomie naturelle. Leurs découvertes pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre comment les astéroïdes changent de forme au fil du temps et comment ces corps migrent dans l’espace, les rapprochant parfois dangereusement de la Terre, a déclaré Hsiang-Wen (Sean) Hsu, auteur principal de l’étude.

    « Plus ces astéroïdes perdent du matériau à grain fin, ou régolithe, plus ils migrent rapidement », a déclaré Hsu, chercheur associé au Laboratoire de physique atmosphérique et spatiale (LASP) de CU Boulder.

    La recherche a commencé par quelques photos curieuses.

    En 2020, un vaisseau spatial de la NASA nommé OSIRIS-REx a parcouru plus d’un milliard de kilomètres pour rejoindre l’astéroïde (191055) Bennu, qui est à peu près aussi haut que l’Empire State Building. Mais lorsque le vaisseau spatial est arrivé, les scientifiques n’ont pas trouvé ce qu’ils attendaient : la surface de l’astéroïde ressemblait à du papier de verre rugueux, pas lisse et poussiéreux comme les chercheurs l’avaient prédit. Il y avait même de gros rochers éparpillés sur son extérieur.

    Maintenant, Hsu et ses collègues se sont appuyés sur des simulations informatiques, ou des modèles, et des expériences de laboratoire pour explorer ce puzzle. Il a déclaré que des forces apparentées à l’électricité statique pourraient projeter les plus petits grains de poussière, certains pas plus gros qu’une seule bactérie, hors de l’astéroïde et dans l’espace, ne laissant derrière eux que des roches plus grosses.

    Bennu n’est pas seul, a déclaré le co-auteur de l’étude, Mihály Horányi.

    « Nous nous rendons compte que ces mêmes physiques se produisent sur d’autres corps sans air comme la lune et même les anneaux de Saturne », a déclaré Horányi, chercheur au LASP et professeur de physique à CU Boulder.

    Bennu et Ryugu

    Les astéroïdes peuvent sembler figés dans le temps, mais ces corps évoluent tout au long de leur vie.

    Hsu a expliqué que les astéroïdes comme Bennu tournent constamment, ce qui expose leurs surfaces à la lumière du soleil, puis à nouveau à l’ombre et à la lumière du soleil. Ce cycle sans fin de chauffage et de refroidissement exerce une pression sur les plus grosses roches à la surface, jusqu’à ce qu’elles se fissurent inévitablement.

    « Cela se produit tous les jours, tout le temps », a déclaré Hsu. « Vous finissez par éroder un gros morceau de roche en plus petits morceaux. »

    C’est pourquoi, avant l’arrivée des scientifiques à Bennu, beaucoup s’attendaient à le trouver recouvert de sable lisse, un peu comme la lune d’aujourd’hui. Peu de temps auparavant, une mission spatiale japonaise a atterri sur un deuxième petit astéroïde appelé Ryugu. L’équipe a trouvé un terrain tout aussi accidenté et escarpé.

    Hsu et ses collègues étaient méfiants.

    Depuis les années 1990, les chercheurs du LASP ont utilisé des chambres à vide en laboratoire pour étudier les propriétés étranges de la poussière dans l’espace, y compris un exploit qu’ils appellent « lissage électrostatique ». Le co-auteur principal de l’étude, Xu Wang, a expliqué que lorsque les rayons du soleil baignent de petits grains de poussière, ils commencent à capter des charges négatives. Ces charges s’accumuleront jusqu’à ce que, soudainement, les particules éclatent, comme deux aimants qui se repoussent.

    Dans certains cas, ces grains de poussière peuvent éclater à des vitesses de plus de 20 miles par heure (ou plus de 8 mètres par seconde).

    « Personne n’avait jamais envisagé ce processus à la surface d’un astéroïde auparavant », a déclaré Wang, chercheur associé au LASP.

    Petit astéroïde, gros astéroïde

    Pour ce faire, les chercheurs, dont les anciens étudiants de premier cycle de CU Boulder Anthony Carroll et Noah Hood, ont effectué une série de calculs examinant la physique du régolithe sur deux astéroïdes hypothétiques. Ils ont suivi comment la poussière pouvait se former, puis sauter sur des centaines de milliers d’années. L’un de ces faux astéroïdes mesurait environ un demi-mile de large (taille similaire à Ryugu) et le second plusieurs miles de large (plus proche en diamètre des gros astéroïdes comme Eros).

    La taille a fait la différence. Selon les estimations de l’équipe, lorsque des grains de poussière ont sauté sur le plus gros astéroïde, ils n’ont pas pu gagner suffisamment de vitesse pour se libérer de sa gravité. La même chose n’était pas vraie sur le plus petit astéroïde de type Ryugu.

    « La gravité sur le plus petit astéroïde est si faible qu’il ne peut pas retenir la fuite », a déclaré Hsu. « Le régolithe à grain fin sera perdu. »

    Cette poussière perdue, à son tour, exposera la surface des astéroïdes à encore plus d’érosion, conduisant à un paysage riche en rochers comme les scientifiques trouvés sur Ryugu et Bennu. En quelques millions d’années, en fait, le plus petit astéroïde a été presque complètement nettoyé de la poussière fine. L’astéroïde de type Eros, cependant, est resté poussiéreux.

    Hsu a noté que cet effet de frottement pourrait aider à donner un coup de pouce aux orbites des petits astéroïdes. Il a expliqué que les astéroïdes migrent parce que le rayonnement solaire les pousse lentement au fil du temps. Sur la base de recherches antérieures menées par d’autres scientifiques, il soupçonne que les astéroïdes couverts de rochers peuvent se déplacer plus rapidement que ceux qui ont une apparence plus poussiéreuse.

    Lui et ses collègues pourraient bientôt obtenir plus de preuves pour étayer leurs calculs. Dans moins de 3 mois, une mission de la NASA appelée Double Asteroid Redirection Test (DART) visitera une paire d’astéroïdes plus petits – et Hsu observera à quel point ils sont poussiéreux.

    « Nous aurons de nouvelles images de surface pour tester notre théorie », a-t-il déclaré. « C’est agréable pour nous, mais aussi un peu énervant. »

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