En octobre 2021, la NASA a lancé son ambitieuse mission Lucy. Ses cibles sont des astéroïdes, deux dans la ceinture principale et huit chevaux de Troie de Jupiter, qui orbitent autour du Soleil sur la même trajectoire que Jupiter. La mission porte le nom des premiers fossiles d’hominidés (Australopithecus afarensis) et le nom rend hommage à l’idée que les astéroïdes sont des fossiles des premiers jours de la formation des planètes du système solaire.
Visiter dix astéroïdes en une seule mission est la définition d’ambitieux, et maintenant la NASA en ajoute un onzième.
Les astronomes qualifient parfois les astéroïdes de fossiles, car ce sont des vestiges des premiers jours du système solaire, lorsque les planètes se formaient. Leur statut en fait des objets importants pour reconstituer l’histoire du système solaire. Un type d’astéroïde, appelé astéroïdes Rubble-pile, peut avoir plus de quatre milliards d’années.
Les astronomes sont impatients d’en savoir plus sur les astéroïdes, et bien que les morceaux qui tombent sur Terre soient utiles, ils ont des limites. Ces dernières années, deux missions distinctes ont visité des astéroïdes et recueilli des échantillons : la mission japonaise Hayabusa 2 a renvoyé des échantillons de l’astéroïde Ryugu en décembre 2020, et la mission OSIRIS-REx de la NASA renverra des échantillons de l’astéroïde Bennu en septembre 2023.
Lucy n’apportera aucun échantillon à la maison, mais elle observera en détail 10 astéroïdes différents lors de survols séparés. Le vaisseau spatial a l’un des chemins les plus compliqués de toute mission. Un itinéraire détaillé est nécessaire pour que le vaisseau spatial visite deux groupes d’astéroïdes troyens de Jupiter.
Mais maintenant, la NASA a ajouté un autre astéroïde à l’itinéraire chargé de Lucy. Il n’aura pas besoin de changer de cap pour visiter celui-ci. Au lieu de cela, il se présente comme une cible d’opportunité dans la ceinture principale d’astéroïdes.
Toutes les cibles de Lucy sont en mouvement constant, et combiner les survols de la Terre avec des visites de groupes séparés d’astéroïdes est intimidant. D’autres vaisseaux spatiaux ont visité plusieurs objets avec des survols, mais aucun n’a jamais tenté d’en visiter autant que Lucy. Visiter tous ces astéroïdes nécessite un système de navigation sophistiqué de suivi des astéroïdes.
“Il y a deux façons de naviguer dans une mission comme Lucy”, a déclaré Jacob Englander, responsable technique de l’optimisation pour la mission Lucy. “Vous pouvez soit brûler une énorme quantité de propulseur et zigzaguer pour essayer de trouver plus de cibles, soit chercher une opportunité où elles s’alignent toutes parfaitement.”
Les concepteurs de la mission ont calculé où seront toutes les cibles de Lucy des années à l’avance, mais cela ne veut pas dire que ce n’est pas compliqué. La navigation optique est encore nécessaire lorsque Lucy s’approche d’une de ses cibles. Les images de la caméra sont combinées avec les données de suivi pour déterminer la position exacte du vaisseau spatial.
C’est là qu’intervient la visite supplémentaire d’un autre astéroïde.
L’astéroïde se trouve dans la ceinture principale intérieure et est désigné (152830) 1999 VD57. C’est une cible d’opportunité qui permettra aux opérateurs de la mission de tester le système de navigation de Lucy avant qu’il ne visite ses cibles scientifiques.
“Il y a des millions d’astéroïdes dans la ceinture principale d’astéroïdes”, a déclaré Raphael Marschall, collaborateur de Lucy à l’Observatoire de Nice en France, qui a identifié l’astéroïde 1999 VD57 comme un objet d’intérêt particulier pour Lucy. “J’ai sélectionné 500 000 astéroïdes avec des orbites bien définies pour voir si Lucy pourrait voyager assez près pour avoir un bon aperçu de l’un d’eux, même de loin. Cet astéroïde s’est vraiment démarqué. La trajectoire de Lucy, telle qu’elle a été conçue à l’origine, l’amènera à moins de 40 000 milles de l’astéroïde, au moins trois fois plus près que l’astéroïde le plus proche.
Si une grande manœuvre gourmande en propulseurs était nécessaire pour visiter le nouvel astéroïde, la NASA ne l’aurait pas envisagée. Mais ce n’est pas le cas. Il peut être ajouté avec seulement une petite manœuvre.
Il est ajouté en raison de sa valeur en tant que test technique, selon la NASA. Et cela résoudra un problème particulier à la visite d’objets plus petits et se déplaçant rapidement comme les astéroïdes : lorsqu’un vaisseau spatial s’en approche, il est difficile de déterminer la position exacte du vaisseau spatial par rapport à l’astéroïde. Cela rend difficile de savoir où pointer ses caméras.
“Dans le passé, la plupart des missions de survol ont tenu compte de cette incertitude en prenant de nombreuses images de la région où l’astéroïde pourrait se trouver, ce qui signifie une faible efficacité et de nombreuses images d’espace vide”, a déclaré Hal Levison, chercheur principal de Lucy du sud-ouest. Institut de recherche de Boulder, bureau du Colorado. “Lucy sera la première mission de survol à utiliser ce système innovant et complexe pour suivre automatiquement l’astéroïde pendant la rencontre. Ce nouveau système permettra à l’équipe de prendre beaucoup plus d’images de la cible.
Suivre l’astéroïde pendant la rencontre plutôt que de se fier à des images préexistantes n’est pas sans risque. Mais en raison de l’orientation de 1999 VD57, le survol de l’astéroïde par Lucy peut servir de répétition générale pour sa manière innovante de naviguer. La géométrie de la rencontre est suffisamment similaire aux survols éventuels des astéroïdes troyens par le vaisseau spatial que la NASA peut pratiquer pour son rendez-vous avec ses cibles scientifiques.
L’astéroïde est petit et n’a jamais été considéré comme une cible lorsque la NASA concevait la mission Lucy. Il ne mesure qu’environ 700 mètres (0,4 miles) de diamètre. Ce sera le plus petit astéroïde de la ceinture principale jamais visité. Sa taille est plus proche de Bennu et Ryugu, les astéroïdes proches de la Terre qui ont été visités et échantillonnés ces dernières années.
La trajectoire originale de Lucy l’aurait amenée à moins de 64 000 km (40 000 miles) du petit astéroïde. Mais la nouvelle trajectoire l’amènera à moins de 450 km (280 miles) de la cible.
Les chevaux de Troie de Jupiter sont des cibles intéressantes car ils sont différents des astéroïdes de la ceinture principale. Leurs surfaces sont sombres et réfléchissent peu la lumière. Ils sont piégés dans l’orbite de Jupiter depuis des milliards d’années. Bien qu’ils soient appelés astéroïdes, un article décrivant les objectifs scientifiques de Lucy les qualifie de planétésimaux du système solaire externe. Selon cet article, “Ils se sont peut-être formés à l’origine bien au-delà de leur domicile actuel (entre 15 et 30 ua) et ont été transportés vers leur emplacement actuel par l’évolution orbitale précoce des orbites de la planète géante.”
Les astéroïdes de la ceinture principale ne sont pas aussi vieux et ne sont pas vierges. Ils ont été soumis aux intempéries, au chauffage et aux collisions de l’espace. Ce sont des cibles scientifiques intéressantes pour différentes raisons.
Mais les astéroïdes troyens n’ont pas été soumis aux mêmes forces et sont des objets primordiaux préservés des débuts de notre système solaire. Au sein des astéroïdes troyens, il existe différents types taxonomiques, et Lucy rendra visite à des représentants des différents types, y compris un membre de la famille collisionnel et un binaire de masse presque égale. Ses cibles vont d’environ 1 km de diamètre à 100 km de diamètre.
Jusqu’à présent, nous n’avons visité que huit astéroïdes de la ceinture principale, et ces visites ont révolutionné notre compréhension à la fois de la ceinture d’astéroïdes et de la formation planétaire dans le système solaire. Les chevaux de Troie de Jupiter ne sont pas visités et Lucy en visitera huit au cours d’une même mission. Ils sont un réservoir d’objets du système solaire ancien qui ne demandent pratiquement qu’à être explorés et ont été mis à portée de main par hasard par les migrations des planètes géantes.
En mai 2023, Lucy entamera une série de manœuvres qui la rapprocheront de sa nouvelle cible. Espérons que cet ajout tardif à l’itinéraire de Lucy rendra leur exploration plus fructueuse.
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