Pas aussi simple qu'il y paraît : les débris de la mission DART compliquent la défense de la Terre

En septembre 2022, lorsque le vaisseau spatial DART de la NASA s'est écrasé sur Dimorphos , la petite lune de l'astéroïde Didymos, il a non seulement modifié son orbite comme prévu, mais a également déclenché une chute de pierres massive avec une impulsion plus de trois fois supérieure à celle du vaisseau spatial lui-même.

Cela signifie que, si cette mission a démontré avec succès que l'énergie cinétique d'impacteurs comme DART peut effectivement modifier la trajectoire d'un astéroïde, les roches éjectées par l'impact lui-même sont également capables de créer des forces dans des directions inattendues qui pourraient grandement compliquer les efforts de déviation. Autrement dit, la déviation d'un astéroïde par impact cinétique comme forme de défense planétaire s'est avérée bien plus complexe que prévu.

La découverte, réalisée par une équipe d'astronomes dirigée par l'Université du Maryland, vient d'être publiée dans le Planetary Science Journal.

« Nous avons réussi à dévier un astéroïde, le déplaçant hors de son orbite », explique Tony Farnham, auteur principal de l'étude. « Mais nos recherches montrent que si l'impact direct de la sonde DART a provoqué ce changement, les roches éjectées ont donné à l'astéroïde un choc supplémentaire au moins aussi important. Un facteur de changement physique à prendre en compte lors de la planification de ce type de missions. »

Le 26 septembre 2022, la sonde DART (Double Asteroid Redirection Test) de la NASA a réalisé une manœuvre inédite : elle s'est écrasée délibérément sur Dimorphos, le petit satellite en orbite autour de l'astéroïde Didymos. L'objectif principal de la mission était de démontrer la faisabilité de la technique de l'impacteur cinétique pour dévier les astéroïdes. La collision, à plus de 22 000 kilomètres par heure, a été un succès retentissant : l'orbite de Dimorphos autour de Didymos a été raccourcie de 32 minutes, dépassant largement le seuil de réussite prédéfini de 73 secondes. L'humanité avait prouvé, pour la première fois, qu'elle était capable de modifier la trajectoire d'un corps céleste.

Cependant, ce que Farnham et son équipe viennent de découvrir, c'est qu'une part importante de ce changement orbital ne provenait pas de l'impact direct de l'engin, mais du « retour de flamme » des matériaux éjectés par la collision, qui a fourni une poussée supplémentaire, un « coup de fouet cosmique » presque aussi puissant que l'impact de DART lui-même . Les matériaux éjectés ont en effet agi comme une sorte de propulseur « supplémentaire », poussant l'astéroïde avec une force considérable dans la direction opposée à celle de l'éjection.

Mais comment les scientifiques ont-ils pu décrypter ce phénomène complexe ? La clé réside dans le petit mais indispensable compagnon de voyage de DART : LICIACube. Ce minuscule CubeSat, développé par l'Agence spatiale italienne (ASI), s'est séparé de DART 15 jours avant l'impact et s'est placé stratégiquement dans la meilleure position pour observer le spectacle. Ainsi, à 56,7 kilomètres de distance et seulement 165 secondes après la collision, LICIACube a commencé à envoyer vers la Terre une série d'images sans précédent de l'immense panache d'éjectas jaillissant du site d'impact.

Grâce à ces images, l'équipe d'astronomes a pu suivre le mouvement de 104 blocs, dont les rayons variaient de 0,2 à 3,6 mètres, s'éloignant de Dimorphos à des vitesses allant jusqu'à 52 mètres par seconde (environ 187 kilomètres par heure). En analysant ces trajectoires en trois dimensions, Farnham et ses collègues ont fait une découverte surprenante : les blocs n'étaient pas dispersés au hasard. Ils se sont plutôt regroupés en deux assemblages distincts, avec une absence notable de matière ailleurs. « Nous avons constaté que les blocs n'étaient pas dispersés au hasard dans l'espace », explique Farnham. « Au contraire, ils se sont regroupés en deux groupes bien distincts, avec une absence de matière ailleurs, ce qui signifie qu'un phénomène inconnu était à l'œuvre. »

Le plus gros amas de débris, qui représentait environ 70 % des objets mesurés, a été éjecté vers le sud à grande vitesse et à faible angle par rapport à la surface de l'astéroïde. Les scientifiques émettent l'hypothèse que ces blocs provenaient probablement de sources spécifiques, peut-être de blocs plus gros sur Dimorphos, écrasés par les panneaux solaires de DART juste avant l'impact du corps principal de la sonde. Jessica Sunshine, co-auteure de l'étude, suggère que les panneaux solaires de DART auraient pu heurter deux gros blocs sur l'astéroïde, surnommés Atabaque et Bodhran, et que l'amas de matériaux éjectés vers le sud serait composé de fragments d'Atabaque, une roche de 3,3 mètres de rayon.

Sunshine, qui était également chercheur principal adjoint pour la mission Deep Impact de la NASA de 2005 sur la comète Tempel 1, a comparé les résultats de cette mission avec ceux de DART.

« Deep Impact », explique le chercheur, « a frappé une surface composée essentiellement de particules très fines et uniformes, son éjection a donc été relativement régulière et continue. Mais ici, nous voyons que DART a percuté une surface pierreuse parsemée de gros rochers, créant des structures filamenteuses chaotiques dans ses trajectoires d'éjection. »

Cette différence fondamentale – une surface composée de fines particules et une surface rocheuse et caillouteuse – est essentielle pour comprendre comment différents types de corps célestes réagissent aux impacts. C'est comme comparer une balle frappant un sac de sable à une balle frappant un mur de briques : l'impact et la dispersion de la matière sont totalement différents. Selon Sunshine, cette information « est essentielle au succès d'une future mission de défense planétaire ».

L'impulsion (l'amplitude du mouvement) des rochers éjectés par l'impact de DART était principalement perpendiculaire à la trajectoire de la sonde. Cela signifie qu'en plus de modifier l'orbite de Dimorphos, celle-ci aurait pu incliner son plan orbital jusqu'à un degré, provoquant ainsi une oscillation erratique de l'astéroïde dans l'espace. Il va sans dire que pour une mission dont l'objectif est une déviation précise, toute oscillation inattendue pourrait être un facteur critique.

Les travaux de cette équipe visant à comprendre l'impact des débris seront essentiels à la mission Hera de l'Agence spatiale européenne (ESA), dont l'arrivée au système Didymos-Dimorphos est prévue en 2026. Hera, qui, avec DART, fait partie de la collaboration AIDA (Asteroid Impact and Deflection Assessment), a pour principaux objectifs d'étudier en détail le système binaire Didymos après l'impact de 2022, d'évaluer ses propriétés internes et de mesurer avec précision l'impact de la collision avec DART. La mission Hera déploiera ses propres CubeSats, Milani et Juventas, pour collecter des données spectrales de la surface et étudier le sous-sol et les structures internes de l'astéroïde.

En résumé, l'étude de l'Université du Maryland souligne l'importance de prendre en compte toutes les variables lors de la planification des futures missions de déviation d'astéroïdes. Il ne suffit pas de prédire l'impact principal ; il est essentiel de comprendre la physique de l'éjection, la taille et la composition de la matière éjectée, et leur influence sur la trajectoire et la rotation de l'astéroïde.

« Si un astéroïde se dirigeait vers nous », conclut Sunshine, « et que nous savions qu'il fallait le déplacer d'une certaine distance pour éviter qu'il ne percute la Terre, alors toutes ces subtilités deviendraient cruciales. On pourrait comparer cela à une partie de billard cosmique. Nous pourrions rater notre cible si nous ne prenions pas en compte toutes les variables. »