La Lune domine notre vision du ciel nocturne. Mais ce n’est pas la seule chose en orbite autour de la Terre. Un petit nombre de ce que les scientifiques appellent des quasi-satellites orbitent également autour de la Terre.
L’un d’eux s’appelle Kamo’oalewa, et c’est un astéroïde proche de la Terre. Elle ressemble à la Lune à certains égards. Serait-ce un morceau de Lune ?
Kamo’oalewa a été découvert en 2016 avec le Pan-STARRS à l’observatoire de Haleakala. C’est un objet inhabituel car son orbite change avec le temps. Mais comme il change, il reste toujours près de la Terre.
Sa surface est également remarquable. Il réfléchit la lumière de la même manière que la Lune, grâce à la présence de silicates. C’est un indice intrigant sur ses origines, mais ce n’est pas le seul indice. Bien que Kamo’oalewa ne soit pas le seul quasi-satellite, ni le seul du groupe Apollo, c’est le plus petit, le plus proche et le plus stable d’entre eux.
Une nouvelle étude examine l’orbite de l’objet pour comprendre s’il pourrait s’agir d’éjectas de la Lune. L’étude s’intitule “Voies orbitales pour une origine d’éjecta lunaire de l’astéroïde proche de la Terre Kamo`oalewa”. Le premier auteur est Jose Daniel Castro-Cisneros du Département de physique de l’Université de l’Arizona.
Parfois, les petits corps du système solaire ne suivent pas d’orbites héliocentriques. Au lieu de cela, en raison des résonances orbitales, ils peuvent partager l’orbite d’une planète massive. Ceux-ci sont appelés objets co-orbitaux, et les chevaux de Troie Jupiter sont un groupe de tels objets.
Il existe trois principaux types de co-orbitales : cheval de Troie/têtard (T), fer à cheval (HS) et satellite rétrograde/quasi-satellite (QS). Les deux types qui sont importants dans cette recherche sont les deux derniers : HS et QS. .
Kamo’oalewa est au-delà de la sphère terrestre, qui est une région de l’espace qui domine l’attraction des satellites. La Lune est à l’intérieur de la Hill Sphere, et bien que son orbite soit sujette à de petites perturbations et changements, elle est assez stable. Mais Kamo’oalewa est en dehors de la sphère, et son orbite est fortement elliptique. C’est ce qu’on appelle un quasi-satellite parce que le Soleil exerce plus d’attraction sur lui que la Terre.
La Terre compte 21 objets co-orbitaux : deux sont des chevaux de Troie, six sont à l’état QS et 13 sont en mouvement HS. Mais Kamo’oalewa est différent des autres objets QS. Les 20 autres ne sont que temporairement dans leurs états co-orbitaux, généralement pendant moins de quelques décennies, tandis que Kamo’oalewa persiste. Il fait la transition entre le mouvement HS et le mouvement QS et ce depuis des siècles. Il continuera à le faire pendant des siècles.
Pourquoi donc? Qu’est-ce qui, dans ses origines, l’oblige à suivre cette orbite ?
“Compte tenu de son orbite semblable à la Terre et de sa ressemblance physique avec les matériaux de la surface lunaire, nous explorons l’hypothèse selon laquelle il pourrait provenir d’un fragment de débris d’un impact météoroïdal avec la surface lunaire”, indique le document.
Puisqu’ils ne peuvent pas remonter dans le temps et observer la Lune pendant sa longue histoire de bombardement, les scientifiques font la meilleure chose à faire. Ils utilisent des ordinateurs pour simuler des événements avec une grande variété de valeurs variables et voir ce qu’ils trouvent. Dans cet article, les chercheurs ont modélisé des particules éjectées de la Lune par des collisions. “Nous effectuons des simulations numériques de l’évolution dynamique des particules lancées à partir de différents endroits sur la surface lunaire avec une gamme de vitesses d’éjection”, écrivent-ils.
La plupart des particules de leur simulation quittent le voisinage de la Terre et de sa Lune et passent en orbite autour du Soleil, ce qui n’est pas surprenant. La masse dominante du Soleil influence tout dans le système solaire.
Mais certains – seulement un petit nombre – n’entrent pas dans les orbites héliocentriques. Au lieu de cela, ils prennent des orbites similaires à l’orbite de Kamo’oalewa. “Alors que ces éjectas s’échappent de l’environnement Terre-Lune et évoluent vers des orbites héliocentriques, nous constatons qu’une petite fraction des conditions de lancement donne des résultats compatibles avec le comportement dynamique de Kamo’oalewa”, écrivent-ils.
Ceux qui imitent le quasi-satellite le plus petit et le plus stable de la Terre ont une chose en commun : la vitesse de lancement. “Les conditions les plus favorisées sont des vitesses de lancement légèrement supérieures à la vitesse d’échappement de l’hémisphère lunaire arrière”, expliquent les chercheurs.
Kamo’oalewa a une inclinaison écliptique modérée d’environ 8o. Dans la simulation, la plupart des particules éjectées ont des inclinaisons encore plus petites que cela, généralement entre 1o et 3o. Mais certains d’entre eux ont atteint des inclinaisons plus élevées similaires à celles de Kamo’oalewa.
Les simulations montrent que Kamo’oalewa n’a pas besoin d’avoir commencé son voyage avec sa plus grande inclinaison par rapport aux autres particules. Son inclinaison ne reste pas non plus à 8o. Lors d’approches rapprochées de la Terre, elle subit des sauts d’inclinaison qui s’accumulent sur des centaines d’années puis se dissipent sur des milliers d’années.
“Ces résultats démontrent que l’inclinaison de Kamo’oalewa pourrait provenir d’une inclinaison initiale plus faible au moyen de coups de pied lors d’approches rapprochées pendant son état HS”, expliquent les auteurs.
La surface de la Lune est couverte de cratères d’impact, et les archives historiques détenues dans ces cratères constituent un bon test pour l’hypothèse d’impact lunaire pour Kamo’oalewa. “Les vitesses d’éjecta lunaires (excédant la vitesse d’échappement lunaire, 2,4 km/s) nécessaires pour obtenir les résultats co-orbitaux semblent être réalisables dans les impacts météoroïdes sur la Lune”, écrivent les auteurs. Les impacts sur la surface lunaire ont régulièrement des vitesses d’impact de 22 km/sec et peuvent atteindre 55 km/sec. D’autres études de simulation montrent que les impacts à ces vitesses peuvent éjecter des débris voyageant aussi vite que 6 km/seconde, bien au-dessus du seuil de fuite de 2,4 km/sec.
Les études sur les cratères lunaires montrent également que de grands cratères d’impact de plus de 33 km de diamètre se produisent une fois tous les 25 millions d’années, et ces grands cratères sont probablement des sources d’éjectas d’impact voyageant assez rapidement pour s’échapper de la Lune. Les auteurs disent qu’un avenir devra encore déterminer quel cratère spécifique aurait pu être la source de Kamo’oalewa. “Nous partons à une étude distincte pour déterminer si un cratère lunaire de taille, d’âge et de localisation géographique appropriés peut être cohérent avec l’hypothèse de l’éjecta lunaire pour la provenance de Kamo’oalewa”, écrivent-ils.
Si les scientifiques peuvent prouver que Kamo’oalewa est un morceau de la Lune, cela ouvre des possibilités intrigantes. Ce serait le premier, et il serait “… d’un grand intérêt pour l’étude cosmochimique en tant qu’échantillon de matériel lunaire ancien”, écrivent les auteurs.
On parle de missions à Kamo?oalewa, mais elles sont peut-être modestes. En 2017, une équipe d’assistants de recherche diplômés a présenté un plan pour envoyer un petit vaisseau spatial sur l’astéroïde. Leur proposition s’appelait « MISSION DE CARACTÉRISATION ET D’OBSERVATION D’ASTÉROÏDES PROCHES DE LA TERRE (NEACO) ».
Dans un document de conférence de 2019, un groupe de scientifiques de la NASA a proposé la mission New Moon Explorer. Ce serait une petite mission spatiale. Les deux concepts se sont concentrés sur la détermination de la masse, de la densité, de la composition, des caractéristiques du régolithe et d’autres propriétés de l’astéroïde.
Kamo?oalewa est petit, peut-être aussi peu que 40 mètres de diamètre. Mais cela n’a pas empêché la Chine de développer sa propre mission plus ambitieuse. Il s’appelle Tianwen-2, et avec le vaisseau spatial lui-même, il y aura un nano-orbiteur et un nano-atterrisseur. Le nano-atterrisseur prélèvera un échantillon de l’astéroïde qui sera renvoyé sur Terre pour analyse. Tianwen-2 doit être lancé en 2025 et visitera également la comète de la ceinture principale 311P/PANSTARRS.
Si une ou toutes ces missions réussissent, nous saurons peut-être enfin si Kamo?oalewa est bien un morceau de la Lune.
