Les habitants de Tcheliabinsk en Russie ont eu la surprise de leur vie le matin du 15 février 2013. C’est alors qu’un petit astéroïde a explosé au-dessus de leur tête. L’onde de choc qui en a résulté a endommagé des bâtiments, blessé des personnes et envoyé un bang sonique dans toute la région.
L’impacteur de Chelyabinsk mesurait environ 20 mètres de diamètre. Il s’est brisé dans l’atmosphère dans une explosion aérienne et a envoyé une pluie de débris à travers le paysage. L’événement a éveillé les gens aux dangers des débris spatiaux entrants. Étant donné que nous recevons fréquemment des avertissements sur les objets proches de la Terre, les scientifiques veulent comprendre ce qu’un morceau de roche spatiale peut faire.
De nos jours, il existe de nombreux programmes d’observation à travers la planète. Par exemple, la NASA exploite son système Sentry et l’ESA parraine le projet NEODyS. Eux et d’autres suivent la roche spatiale entrante. Les données d’observation aident à prédire les impacts de tous les morceaux d’astéroïdes, sauf les plus petits, qui se présentent à nous. Malgré ces programmes, il est inévitable que quelque chose comme le morceau d’astéroïde de Tcheliabinsk passe à travers. Il est donc important de comprendre ce qui se passe lors d’un tel impact.
Modélisation du météore de Tcheliabinsk
Les scientifiques du monde entier ont commencé à étudier l’événement presque aussitôt qu’il s’est produit. Ils ont ramassé des morceaux de débris et étudié des images de l’ensemble de l’événement. Des chercheurs du programme de défense planétaire du Lawrence Livermore National Laboratory ont récemment publié une animation 3D très détaillée d’un morceau de roche spatiale simulé inspiré de l’impacteur de Chelyabinsk. Ils ont basé les matériaux de l’objet dans leur animation sur des météorites récupérées du sol.
Parce que les gens ont enregistré l’événement avec des téléphones portables et des caméras de sécurité, l’équipe a comparé leur modèle à ce que tout le monde a vu. Il s’est avéré être très proche de ce qui s’est réellement passé.
“C’est quelque chose qui ne peut vraiment être capturé qu’avec une simulation 3D”, a déclaré Jason Pearl, chercheur principal du projet. «Lorsque vous combinez l’expertise spécialisée du LLNL en physique des impacts et en hydrocodes avec les capacités de calcul haute performance de pointe du laboratoire, nous étions idéalement placés pour modéliser et simuler le météore en 3D intégrale. Nos recherches soulignent l’importance d’utiliser ces types de modèles haute fidélité pour comprendre les événements d’éclatement d’astéroïdes. Beaucoup de petits astéroïdes sont des tas de décombres ou des collections de gravier spatial lâchement liées, donc la possibilité d’un monolithe est vraiment intéressante.
Alors, comment l’objet de Tcheliabinsk s’est-il brisé ?
La question la plus souvent posée à propos du rocher qui a percuté la Terre au-dessus de la Russie était : était-ce un seul morceau de débris ? Ou était-ce un tas de décombres volants ? S’il s’agissait d’un morceau de roche monolithique, cela impliquerait des détails spécifiques sur la résistance de la roche et la façon dont elle s’est brisée. S’il s’agissait d’un tas de décombres volants, il aurait pu se briser plus tôt et plus haut dans l’atmosphère. L’expérience LLNL implique fortement que l’impact était une seule roche monolithique. Il s’est brisé sous la chaleur et la pression de l’entrée atmosphérique.
Pour modéliser l’impacteur et son comportement, l’équipe de recherche a utilisé une méthode de calcul appelée “l’hydrodynamique des particules lissées (SPH)”. Il modélise un objet dans un écoulement fluidique. Dans ce cas, il traite l’atmosphère comme un fluide. Le modèle simule également ce qui se passe lorsqu’un morceau de roche de la taille de Chelyabinsk se déplace dans l’air simulé.
Dans leur simulation, l’équipe a constaté que l’objet entrant commençait à se briser par l’arrière et que les fissures se déplaçaient de l’arrière vers l’avant. L’échelle de temps de la propagation des fissures vers l’avant de l’astéroïde contrôle le moment auquel l’astéroïde se divise en fragments plus petits lors de son entrée dans l’atmosphère terrestre. Une collection de fragments se trouve près du front de choc et qui protège le reste de la roche fragmentée. Enfin, lorsque l’impacteur atteint environ 30 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre, des fragments intacts se séparent. C’est alors que les débris sont exposés au flux libre. Finalement, le nuage de débris décélère très rapidement et les fragments restants continuent de se briser alors qu’ils volent dans les airs vers le sol.
La physique de la rupture
La désintégration de l’objet de Tcheliabinsk a fourni aux scientifiques un événement “riche en physique” à étudier. Selon le physicien du LLNL Mike Owen, le couplage de l’astéroïde à l’atmosphère dépend de sa surface. Plus la surface est grande, plus elle est exposée à la chaleur, au stress et à la pression. Tout cela se combine pour le briser.
“Lorsque l’astéroïde entre dans l’atmosphère, vous commencez à avoir une sorte de panne catastrophique”, a déclaré Owen. « Et il a tendance à se comprimer dans le sens de la marche. C’était comme si l’astéroïde était pressé dans le sens du déplacement, se brisant en morceaux distincts qui commençaient à se séparer et à se briser perpendiculairement au sens du déplacement. Tout d’un coup, vous avez beaucoup plus de matière exposée à l’interaction hypersonique avec l’air, beaucoup plus de chaleur qui y est évacuée, beaucoup plus de stress, ce qui la fait se briser plus rapidement et vous obtenez une sorte de cascade processus d’emballement.
Utiliser Tcheliabinsk pour comprendre les impacts futurs
Des modèles d’impacteurs comme celui-ci donnent un aperçu des événements futurs lorsque des morceaux de roche spatiale frapperont la Terre. Un objectif à long terme serait d’utiliser de tels modèles pour évaluer ce qui arrivera à une région cible lors d’un impact. Les impacts météoriques sont des catastrophes naturelles qui affectent notre planète au même titre que les incendies et les inondations. En tant que tel, il est nécessaire de les prévoir et de les comprendre afin que les gens puissent être mieux préparés.
Le chercheur Cody Raskin souligne notre capacité accrue à détecter de tels impacteurs entrants. “Si nous pouvons voir un petit astéroïde s’approcher de la Terre à temps, nous pourrions exécuter notre modèle et informer les autorités du risque potentiel, similaire à une carte des ouragans”, a déclaré Raskin. “Ils pourraient alors prendre des mesures de protection appropriées, telles que l’évacuation des résidents ou l’émission d’ordres de mise à l’abri sur place, sauvant finalement des vies.”
Pour plus d’informations
La simulation haute fidélité offre un aperçu du météore de Chelyabinsk 2013
Système Sentry de la NASA : surveillance de l’impact sur la Terre
Système de surveillance des astéroïdes géocroiseurs NEODyS
