Voyage vers l’astéroïde métallique Psyché, noyau d’un embryon planétaire

La nouvelle mission Psyché de la NASA orbitera, cartographiera et étudiera en détail l’un des objets les plus recherchés dans l’exploration spatiale de nos jours : l’astéroïde métallique catalogué sous le nom de (16) Psyché. Mais sa valeur dépasse son énorme masse métallique, estimée à environ vingt mille milliards de tonnes.

Mot astéroïde donne déjà des indices sur ces corps que représente Psyché. Il s’agit de corps rocheux, métal-rocheux ou métalliques qui ont tendance à se déplacer de manière insaisissable à travers les champs d’étoiles de nos télescopes.

En raison de la distance à laquelle ils se trouvent et de leur taille relativement petite, nous ne pouvons pas voir leur diamètre apparent à travers un télescope et, par conséquent, ils ont une apparence stellaire. S’il n’y avait pas le fait qu’ils se déplacent sur leur orbite autour du Soleil et se déplacent par rapport au fond de étoiles fixes, on ne remarquerait pratiquement pas sa présence. Leur rendre visite est donc la seule option pour recueillir des informations innombrables et précieuses sur leur nature et leur passé.

Parmi eux, ce n’est pas un caprice de choisir Psyché. Nous avons affaire à un astéroïde d’environ 200 km de diamètre, un véritable trésor riche en métaux et, probablement, en d’autres ressources. Mais Psyché est également très importante d’un point de vue « cosmogonique », car nous avons peut-être affaire à un embryon planétaire nu qui nous apprend comment évoluent les planètes.

Embryons planétaires

De nombreuses questions restent ouvertes dans nos connaissances actuelles sur l’origine et évolution des astéroïdes métalliques.

Si nos théories sur la formation sont correctes, au début du système solaire, il y avait des dizaines d’embryons planétaires et seuls quelques-uns ont survécu pour former les planètes telluriques.

À l’origine, les plus grands corps planétaires accumulaient des éléments radioactifs, tels que l’Al-26 et le Fe-60. Ces isotopes se sont progressivement désintégrés et la chaleur générée a été retenue, faisant fondre les matériaux formateurs. Au cours de ce passé à haute température, ils se sont différenciés intérieurement et les métaux les plus denses ont coulé dans le noyau. La grande majorité de ces embryons ont été détruits par des impacts colossaux lors de la phase très dure de accumulation fin des planètes : la accrétion hiérarchique.

On sait par exemple qu’un embryon de la taille de Mars est entré en collision avec la Terre et que la matière issue de l’impact a donné origine à la Lune. D’autres impacts ont été catastrophiques, détruisant les embryons mais créant de gros fragments que l’on retrouve aujourd’hui dans la terre. ceinture principale d’astéroïdes (entre Mars et Jupiter).

Dans ces gros astéroïdes survivants, les martèlements ultérieurs d’impacts colossaux leur ont fait perdre leur croûte et une bonne partie du manteau, laissant leurs noyaux, riches en fer et en nickel, exposés et formant les astéroïdes actuels purement métalliques. Nous pensons que (16) Psyché en fait partie.

Comprendre sa nature est également pertinent pour les aspects liés à la défense planétaire. Certains des cratères d’impact que nous connaissons, comme le fameux cratère Barringer (Cratère de météore), ont été creusés par des astéroïdes métalliques, beaucoup plus résistants à la pénétration dans l’atmosphère à hypervitesse et, par conséquent, capables de creuser de grands cratères.

La mission du métal lourd

Il y a quelques années, un groupe d’astrophysiciens et de planétologues européens, parmi lesquels je représentais le Institut des sciences spatiales (CSIC)Nous essayons de Agence spatiale européenne (ESA) parier sur une mission spatiale vers un astéroïde métallique. La mission avait un nom inoubliable : Heavy métal. Il a été présélectionné à deux reprises et nous étions sur le point de concrétiser la visite d’un astéroïde métallique, mais cela a finalement été exclu.

Bientôt, nous savions que les dés étaient jetés : la NASA allait reprendre les rênes et devancer Europe, faisant de la mission Psyché une réalité.

Ce sera désormais la NASA qui démontrera si l’astéroïde Psyché est le vestige d’un noyau planétaire.

Preuve de son origine en tant qu’embryon planétaire

Pour confirmer que Psyché est bien ce que nous croyons, elle doit conserver des propriétés cohérentes avec son passé. On retrouve les indices dans les météorites que l’on connaît déjà.

Les météorites métalliques arrivent sur Terre hautement magnétisées, et le processus de ségrégation chimique (lorsqu’elles fondent en raison de la chaleur de la désintégration radioactive de leurs composants d’origine) tend à créer des noyaux hautement magnétiques.

En revanche, compte tenu des énormes collisions qui expliqueraient la mise à nu de son noyau métallique, la surface de Psyché a dû être sculptée en gigantesques cratères qui pourraient également avoir affecté ce paléomagnétisme primitif.

La diversité des météorites riches en métaux, voire peu métalliques, qui ont atteint la Terre nous permet également d’illustrer la nature de Psyché qui reste à révéler.

Les météorites purement métalliques sont des alliages de fer et de nickel dans des proportions différentes. Lorsqu’ils sont coupés, polis et traités correctement, ils présentent une structure qui révèle le fameux Lignes Widmanstätten, produit par des cristaux de taénite et de camacite. Ces structures cristallines uniques sont produites par des vitesses de refroidissement d’environ 1 °C par million d’années. Cela nous indique qu’ils doivent provenir d’un noyau planétaire suffisamment grand pour se refroidir si lentement et, d’autre part, que nous ne pourrons pas les créer en laboratoire.

La mission Psyché de la NASA

La Technologie de mission Psyché Ce sera une avancée considérable dans notre compréhension des astéroïdes métalliques. Lorsqu’il atteindra son objectif en 2029, il aura devant lui 26 mois d’expérimentations très intéressantes grâce à son divers instruments.

Le magnétomètre du vaisseau spatial recherchera des preuves de paléomagnétisme, c’est-à-dire d’anciens champs magnétiques. L’existence du paléomagnétisme démontrerait que l’astéroïde s’est formé à partir du noyau d’un corps planétaire.

Le spectromètre à rayons gamma et à neutrons de l’orbiteur permettra d’identifier les éléments chimiques qui le composent. Ceci sera complété par une caméra d’imagerie hyperspectrale qui élucidera la composition minérale de Psyché, ainsi que sa topographie. La haute résolution de ces images permettra de résoudre les structures de surface de manière très détaillée, ce qui aidera à mieux comprendre les débuts de l’histoire de cet astéroïde.

Une partie passionnante de la mission est celle dans laquelle le système de télécommunications sera utilisé pour étudier le champ gravitationnel. Cela se fera en analysant la propagation des ondes radio avec lesquelles le vaisseau spatial communique, ce qui nous permettra de vérifier si l’astéroïde Psyché affecte l’orbite du vaisseau spatial.

Dans l’ensemble, la détermination de la masse, de la forme, de la rotation et du champ de gravité permettra de mieux comprendre la géologie de la surface, sa composition et sa structure interne.

Une ingéniosité pour se propulser

La sonde Psyché utilisera également un nouveau système pour parcourir la distance jusqu’à l’astéroïde. Il sera propulsé par des propulseurs basés sur le effet Hall, un système de propulsion électrique solaire qui transformera l’énergie de ses grands panneaux solaires pour créer des champs électriques et magnétiques. Ceux-ci, à leur tour, accélèrent et expulsent les atomes chargés – ou ions – d’un propulseur appelé xénon – un gaz neutre utilisé dans les phares des voitures et les téléviseurs à écran plasma – à une vitesse si élevée qu’il crée suffisamment de poussée pour déplacer l’immense navire.

La mission Psyché est essentielle pour déterminer si l’astéroïde est composé de métal homogène, un alliage de fer et de nickel similaire aux météorites métalliques que l’on connaît – le Société météoritique auquel j’appartiens a catalogué 1 982 météorites riches en métaux, comme nous pouvons le voir dans le catalogue mis à jour connu sous le nom de Bulletin météoritique– ou s’il contient également des matériaux rocheux, le résultat des matériaux implantés lors de cette phase d’aménagement paysager collisionnel qui a vraisemblablement exposé son noyau métallique.

Quels que soient les résultats, nous devrions être heureux que des missions comme celle-ci voient le jour. L’exploration de l’astéroïde Psyché va révolutionner notre compréhension à la fois de l’origine et de l’évolution des astéroïdes métalliques et de la formation des planètes rocheuses, dont la Terre.

Allez Psyché !