Pour s’entraîner à sauver la Terre, la NASA s'apprête à dévier un astéroïde

Comme beaucoup d’objets rocheux du Système solaire, la Terre porte les cicatrices d’anciens impacts d’astéroïdes, et plus particulièrement de quelques coquards qui ont façonné l’évolution de la vie elle-même. Il y a environ 66 millions d’années, un astéroïde de près de 10 kilomètres de long a par exemple percuté de plein fouet la péninsule du Yucatán, au Mexique, et provoqué une extinction de masse qui a décimé l’ensemble des dinosaures non aviaires.

Pour la première fois de son histoire, la Terre a décidé de riposter.

Le 23 novembre, à 22h21 heure du Pacifique, la NASA a inauguré la mission DART (Test de déviation d’astéroïde double). Depuis la base spatiale Vandenberg, en Californie, l’agence a lancé une sonde qui va s’embarquer pour un voyage de près d’une année autour du Soleil. Si tout se passe comme prévu, le périple de DART se terminera le 26 septembre 2022 au soir, au moment où cette sonde de la taille d’une voiturette de golf percutera de toutes ses forces un petit astéroïde qui ne se doute de rien : Dimorphos.

Dimorphos n’est qu’une inoffensive pomme de terre cosmique, une « lunette » de 165 mètres de diamètre qui orbite toutes les 11 heures et 55 minutes autour de son grand frère, l’astéroïde Didymos. L’objectif de DART est d’aller s’écraser sur Dimorphos à environ 24 000 km/h et de dévier la trajectoire de cette petite lune. Le nom Dimorphos, qui signifie « deux formes » en grec, a été choisi parce que l’astéroïde aura une forme avant l’impact et une autre après.

La collision détruira la sonde mais elle devrait aussi avoir pour effet de resserrer et de raccourcir l’orbite de cette petite lune autour de Didymos. Les astronomes pourront mesurer celle-ci grâce à leurs télescopes terrestres. Cette mission d’un coût de 295 millions d’euros inaugure le premier test de technologies qui pourraient nous permettre d’éviter de futurs impacts d’astéroïdes (une catastrophe naturelle qui, à l’inverse des séismes et des éruptions, peut être prévue des années l’avance).

« C’est une mission pour la planète Terre – pour tous les habitants de la Terre –, car nous sommes tous potentiellement menacés, affirme Bill Nelson, l’administrateur de la NASA. Je suis assez électrisé par DART. […] Si on me connecte à l’endroit où je peux regarder ce truc [entrer en collision], je vous garantis que je serai collé à l’écran. »

Didymos et Dimorphos ne constituent aucune menace pour la Terre, et aucun astéroïde actuellement répertorié ne doit entrer en collision avec la Terre avant quelques siècles encore. Mais selon les spécialistes, tout cela n’est qu’une question de « quand » et non de « si » ; la Terre finira inévitablement par se retrouver au milieu du stand de tir céleste.

« Je dis aux gens que la défense planétaire ou l’observation des géocroiseurs ne sont pas la plus grande priorité de la NASA pour le moment, mais le jour viendra où ce sera peut-être la priorité de la NASA », déclare Lindley Johnson, directeur de la défense planétaire à la NASA.

OBJETS GÉOCROISEURS

L’efficacité des déflecteurs comme DART est limitée par celle de nos relevés célestes (la clé pour gagner du temps). « DART, c’est probablement le haut de gamme de la défense planétaire mais ça n’en représente qu’une partie », explique Nancy Chabot, coordinatrice en chef de la mission DART et chercheuse au laboratoire de physique appliquée (APL) de l’Université Johns-Hopkins à Laurel, dans le Maryland.

Cela fait des dizaines d’années que la NASA et d’autres agences spatiales cherchent des astéroïdes qui croisent l’orbite de la Terre et prédisent leurs mouvements futurs. Le but est d’appréhender les risques qui nous menacent sur des siècles entiers afin de ne pas être pris au dépourvu.

« Dans les films hollywoodiens c’est très spectaculaire et divertissant mais dans le monde réel il ne faudrait pas qu’on se retrouve dans cette situation », avise Lindley Johnson.

À ce jour, les astronomes ont découvert 890 astéroïdes géocroiseurs de plus d’un kilomètre, soit plus de 95 % du total escompté, et aucun d’entre eux ne nous posera de problème au cours des siècles qui viennent. Cependant, il suffit d’un objet de 140 mètres de diamètre pour annihiler une région comme l’Île-de-France, et nous ne savons pas encore où se trouvent la plupart de ces objets de moindre taille. Selon certains modèles, il existerait environ 25 000 astéroïdes géocroiseurs d’au moins 140 mètres de diamètre. Fin 2021, nous n’en connaissons que 10 000.

Les observatoires qui vont être construits, et notamment un télescope spatial de la NASA (NEO Surveyor), devraient accélérer le rythme auquel on les découvre. Si les astronomes qui se servent de ces instruments aperçoivent un astéroïde dont l’orbite croise celle de la Terre, la réaction de l’humanité dépendra du temps qui lui reste.

Si un astéroïde important venait à être découvert seulement quelques mois avant l’impact, une de nos seules options serait de faire exploser des bombes nucléaires près de l’objet. Les rayons X produits par l’explosion vaporiseraient en partie la surface de l’astéroïde et créeraient un éjecta qui agirait comme la poussée d’une fusée et, avec un peu de chance, dévierait assez l’astéroïde pour éviter toute collision.

Mais si on découvrait un astéroïde de taille modeste bien avant l’impact prévu, alors pas besoin d’avoir recours au feu nucléaire. Il suffirait d’envoyer un « impacteur cinétique » comme DART pour percuter l’astéroïde en question et infléchir son orbite. Au fil du temps, le petit angle créé par rapport à la trajectoire originale s’ouvrirait et l’éloignerait largement de la Terre.

CRASH TEST

Les chercheurs de l’APL qui ont construit la sonde ont passé plus de dix ans à envisager sous tous les angles des systèmes binaires comme celui formé par Didymos et Dimorphos afin d’en trouver un qui permette d’effectuer un test d’impacteur cinétique de manière fiable et utile. Le fait de rectifier la trajectoire d’un astéroïde orbitant autour du Soleil pourrait avoir des conséquences imprévues (cela pourrait par exemple le placer sur une trajectoire de collision avec la Terre). En fait, DART va aller bousculer légèrement l’orbite d’un petit astéroïde tournant autour d’un objet plus gros, le tout sans influer plus que cela sur la trajectoire générale du binôme.

Pour DART, le défi technique principal sera de localiser la position de Dimorphos tout en se précipitant vers lui à près de 24 000 km/h. « Nous n’avons aucune idée de ce à quoi ressemble vraiment Dimorphos », confie Elena Adams, chercheuse à l’APL et ingénieure système de la mission. « Ça pourrait ressembler à un os de chien ; ça pourrait ressembler à un beignet. »

Pour faire en sorte que DART atteigne sa cible, les ingénieurs de la mission ont mis au point un système de guidage (SMART Nav) qui laissera la sonde se diriger de manière autonome vers Dimorphos grâce à un télescope embarqué.

Pendant le plus clair du trajet, DART avancera à l’aveugle. La sonde ne sera en mesure d’apercevoir Didymos que quatre heures avant l’impact, et Dimorphos n’apparaîtra qu’une heure avant le début des festivités. Au moment où DART opérera ses ultimes corrections de trajectoire (deux minutes et 800 kilomètres avant de sombrer à jamais), Dimorphos ne sera qu’un amas de 41 pixels dans le champ de vision de DART.

En fonçant sur sa cible, DART enverra autant d’images de Dimorphos que possible avant l’impact (près d’une toutes les 2,5 secondes). Le terrain saisi sur ces ultimes clichés sera crucial pour saisir l’ampleur de la collision, car la quantité d’éjecta libérée par l’astéroïde dépendra de l’endroit où va frapper la sonde.

« Cela va beaucoup dépendre de l’endroit où elle tape : elle pourrait percuter un rocher ou bien des matériaux plus friables », explique Megan Bruck Syal, chercheuse au Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) et spécialiste des simulations de déviation d’astéroïdes.

On ne sait pas vraiment à quel point DART bousculera Dimorphos mais les créateurs de la sonde sont convaincus qu’elle lui filera un sacré soufflet. Selon les critères de la NASA, pour que la mission soit un succès, il faudra que l’impact réduise la période orbitale de Dimorphos autour de Didymos d’au moins 73 secondes. Selon les prédictions de l’équipe, elle pourrait même être réduite de dix minutes.

ET APRÈS ?

La sonde ne sera pas seule dans ses derniers moments. Environ dix jours avant l’impact, elle éjectera un petit CubeSat, le LICIACube. Construit et guidé par l’Agence spatiale italienne (ASI), le LICIACube survolera Dimorphos 165 secondes après l’impact.

En chemin, ce petit appareil prendra des photos de la surface tout juste déformée de Dimorphos ainsi que du panache de débris créé. Le LICIACube pourrait même arriver à saisir la lumière produite lors de la collision. « Nous sommes des témoins en temps réel », s’enthousiasme Simone Pirrotta, chef de projet de l’ASI pour le LICIACube.

Le panorama offert par ce CubeSat est crucial pour la mission DART : les chercheurs ont besoin de connaître précisément la quantité de mouvement impulsée par DART à Dimorphos. Pour cela, il faut qu’ils puissent observer le nuage d’éjecta en expansion qui sera dégagé lors du choc.

« Ça va souffler plusieurs tonnes de matière – peut-être des milliers de tonnes – et il faut que nous sachions quelle quantité de matière il y a, à quelle vitesse elle se déplace, et vers où elle se dirige », déclarait Andy Cheng, chercheur de l’APL en charge de l’équipe d’investigations de la mission, lors d’une conférence de presse le 4 novembre.

Pendant plusieurs semaines, le LICIACube transmettra ses données à la Terre. Sa mission remplie, il poursuivra sa dérive dans le Système solaire. Mais ce ne sera pas le dernier engin à contempler la surface de Dimorphos. L’Agence spatiale européenne travaille d’ores et déjà sur une mission future, Hera, qui démarrera en 2024. Hera effectuera des relevés plus poussés et scrutera la surface de Dimorphos à la manière d’un inspecteur de police.

Avant l’avènement d’une défense planétaire, DART, le LICIACube et Hera combleront une lacune scientifique majeure en rendant visite à ce système astéroïdal binaire. Il y a déjà eu une expédition de ce genre par le passé : en 1993, la sonde Galileo de la NASA était passée à côté de l’astéroïde Ida alors qu’elle faisait route vers Jupiter. Elle avait d’ailleurs découvert que celui-ci possédait une lune : Dactyle. « D’un point de vue tout à fait scientifique, nous n’avons jamais rendu visite à un système astéroïdal de manière délibérée », rappelle Andy Rivkin, chercheur de l’APL et superviseur de l’équipe d’investigations de la mission DART.

En découvrant comment les petites lunes comme Dimorphos se forment, les chercheurs en sauront plus sur les mécanismes à l’œuvre dans le Système solaire primitif et la période à laquelle les planètes se sont formées par l’accrétion de morceaux de matières. Andy Rivkin ajoute que puisque 10 à 15 % de l’ensemble des astéroïdes sont des systèmes binaires, il y a une probabilité raisonnable que la prochaine menace astéroïdale pour la Terre soit binaire ; l’étude de ces binômes célestes est donc vitale.

Pour Nancy Chabot, la plus grande promesse de DART réside dans le fait que c’est la première d’une flopée de missions à venir qui nous permettront d’éviter un jour l’apocalypse astéroïdale. « Ce n’est pas une fin en soi, conclut-elle. Cela inaugure un nouveau départ. »