1998 VF31, cet astéroïde troyen de Mars a quelque chose de lunaire…

Parmi les astéroïdes dits « troyens » situés au voisinage de la planète Mars, l’un d’eux sort du lot. 1998 VF31 pourrait provenir… de la Lune. Mais pas uniquement. Une trouvaille qui met les astronomes sur la trace des impacts originels qui ont formé la Terre et ses voisines.

Il vient de Mars, ou peut-être de la Lune. L’astéroïde 1998 VF31, qui gravite autour du Soleil sur la même orbite que la planète rouge intrigue les astronomes. En 2020, l’équipe d’Apostolos Christou (observatoire d’Armagh, Irlande du Nord) l’a observé au Very Large Telescope avec le spectrographe X-shooter. Résultat : la composition du petit astre ressemblait fort à celle de certaines régions lunaires. Plutôt étonnant pour un astéroïde… Une originalité de plus pour 1998 VF31 : il appartient en effet à la poignée d’astéroïdes « troyens » qui partagent l’orbite de Mars. Cela lui confère une origine bien différente des millions d’autres rochers errants du Système solaire. Car ces troyens-là pourraient être les vestiges de l’époque où se sont formées les planètes telluriques comme Mars et la Terre, il y a 4,5 milliards d’années.

Des astéroïdes liés aux planètes

Plutôt que de peupler la Ceinture d’astéroïdes située entre Mars et Jupiter, ou encore la Ceinture de Kuiper au-delà de Neptune, les troyens partagent la même orbite que certaines planètes. Précédant celles-ci de 60° dans leur course autour du Soleil, ou les suivant 60° en arrière, ils occupent des régions stables de l’espace. Bien installés dans ces formes de cuvettes gravitationnelles, de part et d’autre de la planète, ils y restent sagement, tournant lentement autour d’un point central appelé point de Lagrange.

Les troyens qui accompagnent Jupiter se comptent par milliers. C’est vers eux que la mission Lucy de la Nasa doit s’envoler en octobre 2021. Neptune en possède aussi, mais pas Saturne ni Uranus, pour cause d’instabilités gravitationnelles provoquées par le ménage à quatre des planètes géantes. Quant à Mars ? « Aujourd’hui, nous lui connaissons onze troyens. Dix ont été identifiés au point de Lagrange L5 à la poursuite de Mars. Un seul, autour de L4, la précède dans son orbite. Mais nous estimons qu’il en existe au total une centaine dont la taille excède 50 m », indique Apostolos Christou.

Les troyens de Mars précèdent et suivent la planète, à une distance de 60° par rapport au Soleil. DR

Découvert en 1990 depuis le mont Palomar, le plus gros d’entre eux avoisine 2 km d’envergure. Baptisé Eurêka, il aurait, en se fragmentant, donné naissance à tous les autres. Il aurait ainsi engendré la famille Eurêka, qui suit Mars telle une portée de canetons leur mère.

Vilain petit canard

Car Eurêka, et donc sa famille, pourrait bien être issu de Mars elle-même. La composition de ces corps n’est pas commune parmi les astéroïdes du Système solaire. Ils sont riches en olivine, un minéral qui se trouve principalement dans le manteau des planètes. Cela suggère que le matériau qui les compose provient d’un corps qui a eu le temps de se différencier. Autrement dit, un corps suffisamment massif pour ne pas refroidir trop vite et permettre ainsi aux roches les plus denses de plonger en profondeur. Un tel corps peut être un planétésimal (un embryon de planète) ayant servi à la formation de Mars. Ou Mars elle-même.

Voire la Lune pour 1998 VF31, qui se démarque de la famille Eurêka. Si tous les canetons sont riches en olivine, celui-ci doit avoir une origine différente puisqu’il est dominé par le pyroxène. Un basalte, donc d’origine magmatique. Découvert en 1998, l’astre est plus petit que le kilomètre et fait aujourd’hui l’objet d’un article dans Icarus dont Apostolos Christou est le premier auteur. Son spectre coïncide quasi parfaitement celui issu du cratère Littrow, situé près du site d’alunissage d’Apollo 17. Il y a donc une chance pour que 1998 VF31 ait été arraché à notre satellite naturel… voire soit un résidu de la collision entre Théia et la jeune Terre, impact colossal qui a donné naissance à la Lune 100 millions d’années après la formation de la Terre.

Zigzag entre les planètes

« Si ce troyen de Mars provient bien de la Lune, il aura probablement dû survoler plusieurs fois la Terre, Mars et peut-être même Vénus, sur son chemin de la Lune jusqu’au point de Lagrange martien. Ce n’est qu’au prix de plusieurs déviations gravitationnelles par ces planètes que son orbite aura pu s’incliner suffisamment pour rallier les nuages troyens de Mars », envisage Apostolos Christou. Un véritable parcours du combattant pour ce petit bout de Lune, dont l’origine la plus probable reste néanmoins martienne.

« L’origine lunaire est certes attrayante, mais dynamiquement parlant, c’est plus simple de lancer un objet depuis Mars jusque dans les nuages troyens. C’est ce qu’avait proposé David Polishook en 2017, note l’astronome. Il se peut même que cet astéroïde soit banal, et que sa surface ait été modifiée par les milliards d’années d’exposition aux conditions extrêmes de l’espace. »

Lune, Mars ou altération du temps ? Parmi ces trois hypothèses, aucune ne prévaut actuellement. Mais il y a fort à parier que 1998 VF31 soit dans tous les cas le produit d’un impact très ancien.

À la recherche des chocs originels

Apostolos Christou, astronome à l’observatoire d’Armagh près de Belfast. Crédit DR
A. Christou. © DR

« Si vous me demandez quelle proportion d’astéroïdes, dont la taille fait 1 km, et qui se situent à 1,5 unité astronomique du Soleil [la distance de Mars, NDLR], je parierais qu’ils sont presque tous des fragments d’impacts », envisage Apostolos Christou. Et c’est en cela que l’étude des troyens des planètes telluriques est prometteuse. Elle témoigne des chocs qui se sont produits dans le Système solaire interne, de Mercure à Mars il y a 4,6 milliards d’années, au moment où se formait la Terre. Pour l’heure, aucun astéroïde troyen de la Terre n’a été détecté (hormis 2010 TK7, mais dont les simulations dynamiques suggèrent que cet état est temporaire). La tâche est rendue difficile, car à 60° de part et d’autre de la position terrestre, la proximité du Soleil impose de n’observer ces zones qu’à l’aube et au crépuscule, pendant des plages horaires réduites.

Bientôt en fonction dans les Andes chiliennes, l’observatoire géant Vera Rubin et son LSST en seront capables. Et s’il en trouve, ces troyens de la Terre seront des sujets d’étude particulièrement précieux, voire des cibles pour un retour d’échantillons peu coûteux en carburant. « Les troyens ont été capturés pendant que les planètes se formaient encore. Avant même qu’elles se trouvent sur leurs orbites définitives. Ils sont donc des représentants uniques du matériau de construction planétaire. Un troyen de la Terre nous donnerait la composition de la région du disque protoplanétaire dans lequel s’est formée la Terre. Une information en or pour les astronomes ! » souligne Apostolos Christou.

Reliques dans la Ceinture d’astéroïdes

Et si la Terre n’en possède pas ? Alors peut-être faudra-t-il aller chercher ces reliques de planétésimaux jusque dans la Ceinture d’astéroïdes. Tout porte à croire qu’à défaut de devenir des troyens de la Terre ou de Mars, certains fragments ont été éjectés jusqu’à rejoindre cet autre « havre de paix ». Mais comment les reconnaître parmi le million d’objets qui s’y trouvent ? Analyser un à un le spectre lumineux de ces cailloux serait trop fastidieux. « En les cherchant par famille, grâce à leurs caractéristiques orbitales », répond Marco Delbo, de l’observatoire de la Côte d’Azur. « Après une collision, l’impacteur et les nombreux débris qui en résultent ont d’abord tendance à rester sur la même orbite. Mais au fil du temps, ils partent à la dérive à cause d’un effet thermique appelé effet Yarkovsky. Plus ce nuage de fragments est étalé, selon une forme bien caractéristique que l’on voit apparaître dans nos données, plus le choc qui l’a créé est ancien », développe l’astronome.

Par cette méthode, son équipe a récemment identifié des familles de débris collisionnels issus d’un passé très lointain : il y a plus de 4 milliards d’années. « En remontant tôt et en réduisant les barres d’erreurs, on peut envisager de trouver dans ces familles des restes d’impacts qui se sont produits à l’époque de la formation de la Terre », estime le chercheur. Ce serait, en somme, les premières roches de notre histoire.

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