Astéroïde Itokawa

La première réalisation la plus importante dans le domaine de l’exploration spatiale est d’y envoyer des êtres humains. La seconde, compte tenu de la valeur et de la fragilité de la vie humaine, est de ramener quelque chose des étoiles. Petit et banal vu de la Terre, l’astéroïde (25143) Itokawa est précisément ce qui a marqué l’histoire : il est devenu le premier astéroïde dont le sol a été ramené sur Terre. Qui plus est, il a été livré contre toute attente. L’équipe de la sonde japonaise Hayabusa, qui a effectué cette mission, n’a pas eu la tâche facile. Des dysfonctionnements dans les systèmes centraux de la sonde, l’évasion d’un robot d’une valeur de dix millions de dollars, une perte de communication de deux mois — tout ce qui aurait pu briser n’importe quel autre astronome, les Japonais l’ont dignement supporté. Même les précieux échantillons de sol qu’ils ont pu prélever avec une machine déjà défaillante !

Caractéristiques d’Itokawa

L’astéroïde a été choisi pour la recherche pour une raison précise : il appartient aux Apolloniens, un groupe spécial d’astéroïdes proches de la Terre. Ils se caractérisent par le fait qu’ils traversent l’orbite de la Terre lorsque celle-ci atteint l’aphélie, c’est-à-dire la distance maximale par rapport au luminaire. Cela se produit au milieu de l’été, entre le 3 et le 7 juillet. Habituellement, les scientifiques qui s’approchent de la Terre sont considérés comme un danger : ces astéroïdes peuvent tomber sur la Terre dans le futur. Mais dans le cas présent, c’est la proximité d’Itokawa qui a incité la sonde Hayabusa à s’y rendre. Après analyse d’échantillons de sol et calculs, on sait aujourd’hui ce qu’il en est de l’astéroïde :

• Itokawa a une masse de 3,51×10 10kg. Avec une grande longueur de 535 m et une section maximale de 330 m, il semble que l’astéroïde soit très léger — la densité moyenne est alors de 1,9 g/cm 3 . Cela correspond à peu près à la densité d’une pierre concassée.
• Ce caractère aérien s’explique par la forme et la structure d’Itokawa. L’astéroïde ressemble à une poire incurvée, composée de deux parties — une fine «tête» ronde et un «corps» allongé en forme d’œuf, qui sont reliés par un isthme de régolithe — la poussière de pierre qui recouvre la plupart des corps spatiaux dépourvus d’atmosphère. Une partie du «corps» est constituée de quelques gros blocs rocheux recouverts de poussière, ce qui donne une densité finale de 1,7 kg/m 3, soit un peu plus que la densité du miel solide. La «tête», en revanche, est un objet solide dont la densité est beaucoup plus élevée — 2,9 kg/m 3 . C’est deux cents grammes de plus que l’aluminium.
• Les caractéristiques orbitales d’Itokawa sont similaires à celles d’autres astéroïdes-apollons. La période orbitale d’Itokava autour du Soleil est de 1,5 an, autour de son axe l’astéroïde fait un tour en 12 heures. Mais il s’approche parfois plus près du Soleil que de notre planète — de 0,9 unité astronomique, la distance moyenne entre le luminaire et la Terre.

Mais comme Itokawa a été le premier astéroïde dont la matière a été ramenée sur Terre, sa composition est la première sur la liste des découvertes. Elle a réservé quelques surprises aux scientifiques. Sur la base des échantillons obtenus, on a supposé que l’oxygène est présent dans chaque objet de l’univers sous la forme d’un isotope unique — un atome dont le poids est légèrement différent du poids «idéal» dans le tableau périodique. Ces isotopes d’oxygène sont tellement individualisés que les chercheurs ont parlé d’une sorte d'»ADN planétaire» qui leur permet d’identifier l’origine d’un objet sans en suivre le mouvement.

La découverte et l’étude d’Itokawa

Phase primaire

L’astéroïde Itokawa vu par la sonde Hayabusa

Contrairement à de nombreux astéroïdes célèbres qui ont été visités par des sondes spatiales, Itokawa n’a pas de découvreur personnel. L’astéroïde a été découvert en 1998 dans le cadre du programme LINEAR, dont la mission était de détecter le plus grand nombre d’astéroïdes géocroiseurs et de suivre leurs orbites. L’US Air Force, la NASA et le légendaire Massachusetts Institute of Technology ont travaillé sur le projet. Cette alliance de géants a permis de découvrir plus de 226 000 nouveaux astéroïdes et 236 comètes. Les télescopes étant entièrement automatisés, Itokawa n’a même pas été découvert par un être humain — un nom humain et une place dans l’histoire de l’exploration spatiale lui ont été attribués plus tard.

L’étape moderne

Itokawa serait resté un point sans nom dans le ciel parmi 670 000 autres astéroïdes si, en 2000, l’Agence spatiale japonaise ne l’avait pas choisi comme cible pour le lancement de la sonde spatiale «Hayabusa», qui se traduit en russe par «Faucon pèlerin». L’objectif japonais n’était pas dénué d’ambition : capturer le sol d’un astéroïde passant à proximité de la Terre et le ramener avec lui sur Terre.

La voie choisie est épineuse : outre le sol lunaire, des sondes spatiales ont déjà tenté de livrer des échantillons d’une comète (sonde Stardust) et des particules de vent solaire (sonde Genesis). Cette dernière s’est écrasée sur Terre, laissant presque les scientifiques sans matériel à analyser. La sonde «Hayabusa» a réussi à revenir de justesse.

Mission de la sonde Hayabusa

Sur le papier, le programme Hayabusa semblait simple : après son lancement en mai 2003, le véhicule devait s’approcher au plus près d’Itokawa en 2005. Là, après avoir accompli sa part de travail scientifique, il devait laisser son «partenaire» — un mini-robot «Minerva» — et revenir tranquillement sur Terre en 2007. Mais dès le départ, la mission a mal tourné. Tout d’abord, une éruption solaire soudaine a mis hors service une partie des panneaux solaires de la sonde, ce qui a compliqué l’approvisionnement en énergie. Et pour Hayabusa, l’énergie était cruciale en raison du moteur ionique, qui dépend entièrement d’un champ électrique pour accélérer les gaz inertes. Son avantage était l’utilisation d’une petite quantité de carburant, ce qui allégeait l’appareil et libérait de l’espace pour les charges utiles.

Le moteur est responsable de l’ensemble de la mission : avant même que Hayabusa ne s’envole vers Itokawa, deux des trois gyroscopes — dispositifs d’orientation de l’appareil dans l’espace — sont tombés en panne. Il a donc fallu utiliser des moteurs de manœuvre, ce qui a augmenté la consommation de carburant. C’est pourquoi, au lieu de trois atterrissages, «Hayabusa» n’a pu en faire que deux. Les astrophysiciens ont mis au point un système de contrôle permettant de se passer d’un seul gyroscope et ont espéré pouvoir remplir la mission dans son intégralité. Mais les difficultés ne font que commencer.

Le 12 septembre 2005, Hayabusa s’est approché à moins de 20 kilomètres d’Itokawa. Cela a permis d’obtenir des images ultra-détaillées de la surface de l’astéroïde — jusqu’à 70 centimètres par pixel, ce qui est beaucoup par rapport à la résolution habituelle de 30 à 40 mètres. Un modèle 3D de l’astéroïde a été créé à l’aide d’un altimètre laser. La même méthode a été utilisée pour créer un modèle de l’astéroïde (433) Eros, qui appartient à la même classe qu’Itokawa, mais en beaucoup plus grand.

Évasion de «Minerva

Le 3 novembre 2015, Hayabusa a commencé son approche pour le premier atterrissage. L’objectif était de faire atterrir le micro-robot Minerva, un appareil d’à peine 10 centimètres de haut et pesant 600 grammes, équipé de trois caméras et de capteurs très sensibles. Minerva se déplace comme une grenouille, en faisant des bonds de 5 à 10 mètres. Cela éviterait au robot de se coincer dans les irrégularités de la surface d’Itokawa, et sa petite masse l’empêcherait de s’enfoncer dans le régolithe. «Minerva» devait également remplir une mission symbolique : les noms des 877490 personnes qui s’étaient inscrites sur le site web de la mission Hayabusa ont été gravés sur la capsule de descente du robot.

Et dès le début, tout a mal tourné. Lorsque «Hayabusa» s’est approchée à un kilomètre de la surface d’Itokawa, elle a soudain transmis à la Terre un signal d’anomalie dans l’équipement — de peur d’endommager la sonde, les scientifiques ont interrompu la descente. Lors de la deuxième tentative, le 12 novembre, la sonde japonaise a finalement réussi à descendre à 60 mètres au-dessus de l’astéroïde et à faire atterrir «Minerva». Mais la communication a été perdue au moment où le robot a quitté la capsule d’atterrissage.

On pense que le premier saut du robot a été trop fort — et «Minerva», surmontant la gravité d’Itokawa, qui est 100 000 fois plus faible que celle de la Terre, a quitté l’astéroïde. Comme prévu, la capsule contenant les noms des personnes est restée sur Itokawa. C’est cependant la seule chose que le robot de 10 millions de dollars a pu faire pour ses créateurs. La responsabilité de l’équipe Hayabusa s’est accrue : désormais, seule sa compétence dépend de sa capacité à poser la sonde sur l’astéroïde et à atteindre son objectif.

Atterrissage de Hayabusa

Les préparatifs pour l’atterrissage de la sonde elle-même ont commencé immédiatement après l’échec de Minerva. Le 20 novembre, Hayabusa est descendue à 40 mètres au-dessus de la surface d’Itokawa et a largué une cible d’atterrissage — une sphère couverte d’éléments réfléchissants ressemblant à une boule disco. Le pilote automatique de la sonde s’est orienté sur cette sphère pendant la descente. Cependant, à une hauteur d’environ 20 mètres, la communication avec Hayabusa a été perdue pendant 3 heures. Pendant la déconnexion, la sonde a réussi à se poser et s’est même assise à la surface d’Itokawa pendant une demi-heure, mais n’a pas réussi à prélever d’échantillons sur l’astéroïde.

La deuxième tentative a eu lieu 5 jours plus tard, le 25 novembre, et a été couronnée de succès. La méthode utilisée par les Japonais est assez originale. «Hayabusa» a d’abord tiré sur le sol de l’astéroïde à l’aide d’un dispositif pneumatique qui a projeté des morceaux de matériau dans l’air, puis a recueilli la poussière soulevée dans un entonnoir spécial. Le 28 novembre déjà, une fuite de carburant du moteur à réaction a inondé l’intérieur de la sonde et coupé la communication avec celle-ci pendant plusieurs jours, puis pendant plus d’un mois, jusqu’au 23 janvier.

Le retour de la capsule d’atterrissage Hayabusa

Capsule d’atterrissage de Hayabusa

L’état de la sonde, à laquelle les astronomes avaient déjà eu le temps de dire adieu à la fin du mois de janvier, était déplorable. L’antenne, qui devrait être orientée en permanence vers la Terre, en était déviée, et l’appareil lui-même tournait constamment. Le carburant qui a fui, à base d’azote et d’hydrogène, les scientifiques ont réussi à le vaporiser à partir de la coque — mais il s’est évaporé avec le comburant jusqu’à la dernière goutte, ce qui a rendu impossible le démarrage du moteur de la fusée. Le carburant a également endommagé les batteries de «Hayabusa», et le seul moteur ionique en état de marche ne peut plus fonctionner qu’en contact permanent avec le soleil.

Pourtant, les Japonais ont réussi à renvoyer l’appareil. En rétablissant la connexion, ils ont restauré les systèmes jusqu’en 2007, avec une capacité très limitée d’influencer «Hayabusa», distante de centaines de millions de kilomètres. Après 3 ans, la sonde s’est envolée vers la Terre et a largué une capsule avec des échantillons, atterrissant en Australie exactement dans le secteur spécifié. Après vérification, il s’est avéré que les échantillons de l’astéroïde étaient préservés — ils n’ont pas été endommagés par la descente brutale. Hayabusa s’est consumée dans les couches denses de l’atmosphère avec de magnifiques feux d’artifice. Elle est devenue le premier engin à revenir sur Terre après les sondes lunaires.

Caractéristiques d’Itokawa

L’un des relevés photographiques les plus détaillés, de nombreuses analyses spectrales et magnétiques, les premiers échantillons de l’astéroïde entre les mains des scientifiques — tout cela a permis d’expliquer à Itokawa ce qui reste à ce jour un mystère pour d’autres astéroïdes. Mais les caractéristiques propres d’Itokawa sont également suffisantes — elles ne sont plus supposées par les astronomes, mais fiables.

• Formellement, Itokawa appartient à la classe des astéroïdes S — les soi-disant astéroïdes pierreux. C’est à cette classe que l’on compare la plupart des météorites qui tombent sur la Terre. Mais Itokawa a surpris les scientifiques : malgré la luminosité correspondante à la classe S, l’astéroïde présente un ensemble rare de minéraux dans sa composition. Environ 39 % des roches sont des variétés d’olivine, un minéral vert pâle contenant du magnésium et du fer que l’on trouve sur Terre sous la forme de pierres précieuses, les chrysolites. Les olivines se taillent également la part du lion dans la poussière lunaire. Un dixième de la matière d’Itokawa est constituée de fer, qu’il soit combiné à du soufre ou pur.
• On pense que la plus grande quantité de métal se trouve dans la «tête», la partie la plus petite et la plus lourde de l’astéroïde. C’est pourquoi l’astéroïde réfléchit la lumière du soleil différemment selon les parties de l’astéroïde. La différence de luminosité peut atteindre 20 %, ce qui est considérable — la même différence de luminosité entre le charbon de bois et la Lune. C’est la raison pour laquelle Itokawa s’est approché de la Terre : l’irradiation inégale du Soleil repousse l’astéroïde aux endroits où il est plus lumineux. La confirmation de la théorie de «l’accélération solaire» était l’un des principaux objectifs de la sonde Hayabusa.
• Itokawa est un astéroïde très jeune : à en juger par le nombre de cratères et le degré de combustion de son régolithe, il n’a pas plus de 8 millions d’années.

La surface de l’astéroïde

Fait intéressant, des collisions telles que la proximité des orbites de notre planète et d’Itokawa, menacent la Terre de la chute d’un corps spatial sur elle. Pour comprendre l’ampleur de la menace, l’astéroïde (99952) Apophis, qui ne mesure que 200 mètres de plus qu’Itokawa, en entrant en contact avec la Terre en 2029, pourrait laisser un cratère d’un rayon de 5 kilomètres, et un tremblement de terre de cinq points serait ressenti même à 120 kilomètres du lieu de chute ! Heureusement, cette probabilité est faible : aujourd’hui, les astronomes nient la probabilité d’une collision de la Terre avec un objet de grande taille dans les dizaines de millions d’années à venir.

Date de publication: 12-26-2023

Mettre à jour la date: 12-26-2023