Didymos et Dimorphos

Le système binaire d'astéroïdes géocroiseurs composé de Didymos et de son satellite Dimorphos est devenu l'un des ensembles planétaires les plus scrutés et les plus célèbres de notre époque, à la suite d'une expérience de déflexion inédite. Cet objet céleste double, classé parmi les astéroïdes Apollo potentiellement dangereux, se distingue non seulement par sa nature, mais surtout par le rôle central qu'il a joué dans la première mission de défense planétaire active, visant à en modifier la trajectoire de manière contrôlée. L'étude approfondie de ce couple, avant et après l'impact délibéré d'un vaisseau spatial, a transformé notre compréhension des astéroïdes à débris, ou rubble piles, et ouvert une nouvelle ère dans la capacité théorique de protéger la Terre d'une menace céleste.

Didymos, le corps primaire, a été découvert le 11 avril 1996 par le relevé Spacewatch à l'observatoire de Kitt Peak en Arizona. Son nom, tiré du grec veut dire jumeau, s'est avéré approprié puisque la nature binaire du système fut confirmée en 2003 par des observations radar et photométriques, révélant la présence d'une petite lune en orbite. Il s'agit d'un astéroïde de type S, ce qui signifie qu'il est principalement composé de silicates, de fer et de nickel, une composition rocheuse assez commune pour les astéroïdes de la ceinture principale interne, d'où il provient probablement avant d'être éjecté vers l'intérieur du Système solaire. Sa forme ressemble à une toupie légèrement aplatie aux pôles, un profil caractéristique des astéroïdes dont la rotation rapide a façonné la surface par effet centrifuge. Avec un diamètre d'environ 780 mètres, Didymos tourne sur lui-même à une vitesse remarquablement élevée. Il accomplit une rotation complète en seulement 2,26 heures. Cette rotation ultrarapide, proche de la limite de stabilité structurelle, est la clé de son histoire et de la formation de son satellite.
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L'astéroïde Didymos, approché par la sonde DART. Image : NASA.

Le petit compagnon, Dimorphos, dont le nom provient du grec qui veut dire "ayant deux formes", est un corps d'un diamètre d'environ 160 mètres. Avant l'impact historique du 26 septembre 2022, il orbitait autour du primaire en suivant une trajectoire quasi circulaire, d'un rayon d'environ 1,2 kilomètre, qu'il parcourait en 11 heures et 55 minutes. Le choix de ce système pour la mission DART ( = Double Asteroid Redirection Test), tenait à cette configuration idéale de laboratoire céleste. Modifier l'orbite d'un petit satellite autour d'un primaire plus massif constitue en effet une expérience bien plus mesurable et sûre que de tenter de dévier un astéroïde solitaire sur son orbite héliocentrique. Le principe était simple en théorie, mais délicat à mettre en pratique : projeter un impacteur cinétique de la taille d'un réfrigérateur, d'une masse de 570 kilogrammes, à une vitesse de 6,1 kilomètres par seconde, directement sur Dimorphos. Au final, l'impact, frontal et parfaitement centré, a dépassé les attentes les plus optimistes. La période orbitale du satellite fut réduite de 33 minutes, passant à 11 heures et 22 minutes, une modification bien supérieure à l'objectif minimal de 73 secondes fixé pour considérer le test comme un succès. Cette efficacité inattendue a révélé un secret fondamental sur la nature de Dimorphos : il s'agit d'un agglomérat de débris faiblement liés par la pesanteur, une rubble pile, identique à son parent Didymos.

La structure interne de ces deux corps, déduite des conséquences de la collision, a constitué la découverte majeure de la mission. La grande quantité de matière éjectée lors de l'impact, qui a formé une queue de poussière longue de plusieurs milliers de kilomètres et a persisté durant des mois, a agi comme un propulseur naturel, amplifiant considérablement le transfert de quantité de mouvement. Ce phénomène a mis en lumière la nature fragile et poreuse de Dimorphos, une structure dont la cohésion est si faible qu'elle se fracture et s'érode plus qu'elle ne se cratérise sous l'effet d'un choc. La surface de Didymos, documentée en détail par les images de DART juste avant l'impact, confirme cette constitution : un champ de blocs rocheux de toutes tailles, des rochers de plusieurs mètres jusqu'à des régolithes plus fins, sans grande zone lisse, l'ensemble formant une topographie chaotique où chaque bloc semble posé en équilibre précaire. La faible pesanteur à la surface de l'objet, inférieure au cent-millième de celle de la Terre, explique cette physionomie de pierrier céleste, un monde où un saut léger suffirait à vous envoyer en orbite ou à vous perdre dans l'espace environnant.

Le système orbite autour du Soleil sur une trajectoire légèrement excentrique, inclinée d'environ 3 degrés par rapport à l'écliptique, en franchissant l'orbite terrestre jusqu'à une distance minimale d'approche qui le classe parmi les géocroiseurs. La période de révolution solaire du couple est d'environ 2,1 ans. La surveillance constante depuis la Terre par des réseaux de télescopes optiques et par le radar planétaire des installations de Goldstone et d'Arecibo, avant sa destruction partielle, a permis de caractériser ce système avec une précision inégalée, avant même l'arrivée de DART. Les observations post-impact, menées entre autres par la mission de la sonde LICIACube, un petit cubesat italien largué par DART lui-même et qui a photographié le nuage d'éjecta, ainsi que par le télescope spatial Hubble, ont montré une transformation spectaculaire de l'environnement de l'astéroïde. La morphologie même de Dimorphos semble avoir été profondément altérée, l'objet étant peut-être passé d'une forme légèrement aplatie à une forme plus allongée, voire triaxiale. L'impact fut si puissant, relativement à la gravité de la cible, qu'il a probablement remodelé le corps dans son ensemble, changeant  son apparence et son état de rotation, désormais peut-être chaotique.
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La queue d'éjecta expulsés de Dimorphos après l'impact.
Image : NASA, ESA, StScI, Jiang-Yang Li (PSI), Image processing : Joseph DePasquale.

L'intérêt pour ce couple ne s'est pas éteint avec la collision. La mission Hera, développée par l'Agence spatiale européenne et dont le lancement a eu lieu en octobre 2024, doit arriver dans le système en décembre 2026 pour y effectuer une autopsie détaillée. L'objectif est de mesurer avec une exactitude extrême la masse de Dimorphos, de cartographier son cratère d'impact dont on ignore toujours l'ampleur, et de déterminer ses propriétés internes par radar pénétrant. Hera transportera elle-même deux autres cubesats, Juventas et Milani, qui tenteront de se poser sur Dimorphos, constituant ainsi la première sonde à atterrir sur un astéroïde de si petite taille.