Illustration du vaisseau spatial Lucy près d’un gros astéroïde avec Jupiter visible dans le fond lointain. Crédit : Southwest Research Institute
Réunis récemment près de Las Vegas, des dizaines d’astronomes se sont répartis dans la région, ont pointé leurs télescopes vers le ciel et ont attendu le moment où, le 20 octobre, la lumière d’une étoile lointaine s’éteindrait.
C’était un événement si minuscule qu’il aurait été facile de le manquer. Pourtant, les données recueillies au cours de ces quelques secondes contribueront à la réussite de la mission de l’Agence spatiale européenne. NASALa mission Lucy de la NASA, qui a été lancée de la station spatiale de Cap Canaveral en Floride le 16 octobre.
L’étoile a semblé s’éteindre brièvement parce que l’astéroïde Eurybates était passé devant elle. Eurybates fait partie d’une poignée d’astéroïdes que Lucy visitera au cours des 12 prochaines années.
Alors qu’Eurybates éclipse l’étoile, un phénomène que les scientifiques appellent une “occultation”, une ombre de 64 kilomètres de large, de la taille de l’astéroïde, est passée au-dessus de la région. En se déployant à l’intérieur de la trajectoire prévue de l’ombre à travers le Nevada, les astronomes ont cherché à mesurer la largeur d’Eurybates jusqu’à plusieurs centaines de pieds, ou quelques centaines de mètres, et à déterminer sa forme. Ces informations seront utilisées par les chercheurs de Lucy pour compléter les données recueillies par le vaisseau spatial Lucy qui survolera de près Eurybates en 2027, afin de déterminer de quoi est fait l’astéroïde et à quel endroit du système solaire il s’est formé il y a des milliards d’années.
Pourquoi des occultations ?
Une occultation est un événement au cours duquel un objet céleste passe devant un autre objet, bloquant ce dernier de la vue d’un observateur. L’exemple le plus connu est l’éclipse solaire, qui se produit lorsque la Lune passe entre le Soleil et la Terre, empêchant le Soleil d’être vu.
“On dirait vraiment qu’une étoile vient de disparaître”, a déclaré Marc Buie, responsable scientifique de l’occultation pour la mission Lucy au Southwest Research Institute, dont le siège est à San Antonio. Buie a aidé à coordonner les observations d’Eurybates dans le Nevada. “C’est un peu bizarre à voir, mais une occultation nous donne des informations vraiment précieuses”.
L’observation des occultations est l’un des outils dont disposent les scientifiques pour recueillir des informations précises sur la taille et la forme des destinations cibles de Lucy, connues sous le nom d’astéroïdes “troyens”. Ces Troyens sont regroupés en deux essaims qui orbitent autour du Soleil à peu près à la même distance que les astéroïdes de Lucy. Jupiter (bien qu’ils soient aussi éloignés de Jupiter que du Soleil). Les astéroïdes troyens sont des vestiges des débuts du système solaire, les plus gros d’entre eux portant le nom de personnages de la mythologie grecque. La mission Lucy, pour la première fois, analysera sept d’entre eux de près, aidant ainsi les scientifiques à affiner la théorie sur la façon dont les planètes se sont formées et se sont retrouvées à leur emplacement actuel.
Lucy se dirige vers les astéroïdes troyens de Jupiter ! Mais où se trouvent exactement ces Troyens dans notre système solaire ? Ils ne sont probablement pas tout à fait là où vous le pensez. Regardez cette vidéo pour voir la trajectoire de 12 ans qu’emprunte notre vaisseau spatial Lucy au cours de sa mission pour survoler les astéroïdes troyens et découvrir les secrets de la formation des planètes. Crédit : NASA Goddard/Allison Gasparini
Bien que les scientifiques puissent repérer les astéroïdes troyens à l’aide de puissants observatoires tels que celui de la NASA, les astéroïdes troyens ne sont pas toujours visibles. le télescope spatial Hubble (et ont en fait découvert une lune d’Eurybates de cette façon en 2018), les astéroïdes n’apparaissent que comme de petits points lumineux, il est donc difficile de déterminer précisément leurs véritables tailles et formes.
“Les occultations sont un moyen pour nous d’en apprendre le plus possible sur les objets avant que Lucy ne s’y rende, afin que nous puissions tirer le meilleur parti de la brève opportunité que nous aurons lorsque le vaisseau spatial sera super proche de chaque cible”, a déclaré Brian Keeney, spécialiste des occultations pour la mission Lucy au Southwest Research Institute.
Une fois que Lucy aura atteint chaque astéroïde, les scientifiques pourront en mesurer la masse. Ces informations, combinées aux données relatives à la taille et à la forme des astéroïdes provenant de survols, d’occultations et d’autres techniques terrestres, permettront de déterminer la densité de chaque astéroïde. La densité renseigne les scientifiques sur la composition, c’est-à-dire sur le fait qu’un astéroïde est principalement composé de glace ou de roche. Les scientifiques espèrent comparer les compositions des astéroïdes troyens pour déterminer s’ils proviennent de la même région du système solaire ou de régions différentes, il y a environ 4,5 milliards d’années, et comment les Troyens sont liés aux autres astéroïdes du système solaire.
“Lucy verra la surface de chaque astéroïde, mais nous devons en apprendre davantage sur l’intérieur, où les occultations peuvent être utiles.aide,” dit Keeney.
Regarder une étoile disparaître
Pour préparer une occultation, les astronomes prédisent la trajectoire d’une ombre sur la Terre, en fonction de l’orbite connue de l’astéroïde et de la position précise de l’étoile à occulter. Ils installent ensuite des dizaines de télescopes le long d’une ligne perpendiculaire à cette trajectoire et attendent que l’astéroïde éclipse une étoile spécifique. Ils comptent les secondes pendant lesquelles la lumière de l’étoile s’éteint lorsque l’astéroïde passe devant elle, puis utilisent la vitesse connue de l’astéroïde pour calculer sa largeur.
Puisque le temps d’occultation, et donc la largeur, est différent à chaque point de la ligne où les télescopes sont stationnés – chaque station de télescope correspondant à une ligne différente à travers l’astéroïde – les scientifiques peuvent également déterminer la forme de la silhouette d’un astéroïde en combinant les données de chaque télescope. En observant plusieurs occultations du même astéroïde, les scientifiques peuvent capter différentes faces de l’astéroïde et combiner leurs projections bidimensionnelles de la silhouette en un modèle tridimensionnel.
L’observation des occultations depuis la Terre est l’un des outils dont disposent les scientifiques pour recueillir des informations précises sur la taille et la forme des destinations cibles de Lucy, connues sous le nom d’astéroïdes ” troyens “. Crédit : NASA Goddard/James Tralie
“Les occultations se sont avérées être une excellente technique pour maximiser le retour scientifique de missions telles que Lucy “, a déclaré Adriana Ocampo, responsable du programme de la mission Lucy au siège de la NASA à Washington.
Les prévisions exactes des temps et des lieux d’occultation futurs reposent sur des informations irréprochables concernant la localisation des étoiles et des astéroïdes. Lorsque Buie a commencé à suivre les occultations dans les années 1980, les données disponibles lui laissaient d’énormes zones d’incertitude, ce qui signifie que son équipe pouvait se retrouver à des kilomètres de l’ombre d’un astéroïde. Pour capter l’occultation d’un astéroïde de 20 kilomètres de large, par exemple, Buie aurait dû répartir les télescopes le long d’une trajectoire de 300 kilomètres. Aujourd’hui, cette zone est six fois plus petite.
Les prédictions des astronomes se sont considérablement améliorées grâce à Hubble et au satellite Gaia de l’ESA (Agence spatiale européenne), qui permettent de localiser précisément près de 2 milliards d’étoiles. De plus, les trajectoires des astéroïdes cibles de Lucy, qui se déplacent rapidement, sont constamment surveillées et affinées à l’aide de télescopes terrestres et parfois de Hubble.
Comment attraper une occultation
M. Buie qualifie les occultations de ” méga-campagnes “, car elles nécessitent de grandes équipes, des prévisions précises de l’emplacement de chaque télescope et de nombreux télescopes pour une collecte de données réussie. Au Nevada, par exemple, des astronomes professionnels et amateurs de tout le pays, y compris des enseignants et des lycéens, ont utilisé 37 télescopes pour observer Eurybates.
Mais les occultations se produisent partout dans le mondede l’Argentine à l’Afrique du Sud, en passant par le Sénégal et l’Espagne. Buie et les autres scientifiques de Lucy doivent coordonner les voyages vers ces destinations, trouver des volontaires pour l’observation sur place et les former.
“Les occultations constituent un important facteur de collaboration internationale en matière de progrès scientifique pour le bien de l’humanité, d’excitation, d’engagement et d’inspiration qui est au cœur de la mission de la NASA”, a déclaré Ocampo, qui participe aux campagnes d’observation.
En plus des défis logistiques liés à l’organisation des campagnes d’occultation, les scientifiques doivent faire face à une météo imprévisible. Le succès des campagnes dépend d’un ciel dégagé. Alors que les observateurs attendaient l’occultation d’Eurybates dans le Nevada, ils ont vu des nuages se déplacer vers eux.
“Si cette occultation d’Eurybates avait eu lieu une heure plus tard, personne n’aurait rien vu”, a déclaré Buie. “Les nuages nous auraient anéantis”.
L’équipe continuera à observer les occultations jusqu’au dernier survol par Lucy de l’astéroïde troyen Patroclus en 2033, même en cas de mauvais temps.
Pour en savoir plus sur la façon dont la trajectoire complexe et unique de Lucy a été conçue et sur les grandes questions relatives au système solaire auxquelles la mission permettra de répondre, consultez le site : La mission Lucy de la NASA : Un voyage vers le jeune système solaire.
Par Allison Gasparini, avec Lonnie Shekhtman.
