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Les petits corps du Système solaire

Aperçu
Plus petits que les planètes comme leur désignation le suggère, les petits corps peuvent au demeurant être de tailles très variables. Certains peuvent dépasser les cent kilomètres, d'autres se réduisent à de simples cailloux de quelques centimètres ou millimètres. On peut d'ailleurs ranger aussi dans cette catégorie les poussières interplanétaires, qui dans ce cas ont des dimensions de l'ordre du micron. Le principal point commun entre tous ces objets est leur forme irrégulière : ils affectent une géométrie souvent allongée, bilobée ou très accidentée, témoignant de leur histoire collisionnelle.

Les effets thermiques demeurent généralement limités dans les petits corps primitifs. Leur faible masse ne permet pas de conserver longtemps la chaleur produite par les éléments radioactifs. Beaucoup n'ont jamais subi de différenciation interne et conservent une composition proche de celle de la nébuleuse solaire. D'autres, plus massifs au début de leur histoire, ont connu une fusion partielle ayant conduit à la séparation d'un noyau métallique et d'un manteau silicaté avant d'être ultérieurement fragmentés.

Les petits corps présentent également une activité géologique limitée mais réelle. Certaines comètes développent des geysers de gaz, des falaises qui s'effondrent, des fractures thermiques ou des avalanches de poussières. Quelques astéroïdes montrent des signes de perte de matière sous l'effet de leur rotation rapide, tandis que d'autres libèrent occasionnellement des particules lors d'impacts récents.

La richesse chimique de ces objets revêt une importance particulière pour l'astrochimie. Les analyses spectroscopiques et les échantillons rapportés sur Terre révèlent la présence d'acides aminés, d'hydrocarbures aromatiques, de composés carbonés complexes et de nombreuses molécules prébiotiques. Ces découvertes renforcent l'hypothèse selon laquelle des petits corps ont contribué autrefois à enrichir la Terre primitive en eau et en molécules organiques indispensables à l'émergence d'organismes vivants.

L'exploration spatiale a profondément renouvelé la connaissance des petits corps. Les survols, les mises en orbite, les atterrissages et les missions de retour d'échantillons ont montré que ces objets sont beaucoup plus complexes qu'on ne le supposait. Ils présentent des structures internes poreuses, des fractures profondes, des accumulations de blocs gigantesques, des variations locales de composition et parfois même des traces d'activité actuelle.

Sur le plan de la dynamique du Système solaire, les petits corps constituent des marqueurs privilégiés de l'évolution orbitale des planètes. La distribution actuelle de la plupart d'entre eux conserve la mémoire des migrations anciennes des planètes géantes. Les modèles actuels de formation planétaire s'appuient largement sur leur répartition pour reconstruire les premières centaines de millions d'années du Système solaire.

La distinction entre petits corps et planètes n'est pas uniquement fondée sur la taille. Les planètes dominent gravitationnellement leur voisinage orbital, alors que les petits corps appartiennent à des populations nombreuses partageant des régions dynamiquement similaires. L'Union astronomique internationale (UAI) emploie aujourd'hui le terme de petits corps du Système solaire pour désigner tous les objets orbitant autour du Soleil qui ne sont ni des planètes, ni des planètes naines, ni des satellites naturels. Cette catégorie englobe principalement les astéroïdes (à l'exception de ceux dont la différenciation interne ajoutée à une forme sphérique ou sphéroïdale fait des petites planètes ou appparentés) et les centaures, les comètes, les objets transneptuniens de petite taille et les les météoroïdes et ainsi que diverses populations plus spécialisées.

Les astéroïdes.
Les astéroïdes constituent la population la plus abondante du Système solaire interne. Leur taille varie de quelques mètres à près de mille kilomètres pour les plus grands représentant. La majorité réside dans la ceinture principale située entre Mars et Jupiter, où plusieurs millions d'objets de plus d'un kilomètre sont probablement présents. Les plus petits sont innombrables et leur nombre dépasse largement plusieurs centaines de millions.

La forme irrégulière des astéroïdes résulte directement de leur faible gravité. Les objets de moins de quelques centaines de kilomètres ne disposent pas d'une pression interne suffisante pour effacer les reliefs créés par les impacts. Certains ressemblent à des blocs rocheux allongés, d'autres possèdent deux lobes reliés par un col étroit, probablement issus de la réunion lente de deux corps distincts. Plusieurs présentent également des satellites naturels, parfois plusieurs, révélant l'importance des collisions dans leur évolution.

La surface des astéroïdes est recouverte d'un régolithe, couche meuble constituée de poussières, de graviers et de blocs produits par des milliards d'années de bombardement météoritique. Dans les régions où la pesanteur est extrêmement faible, ce régolithe peut migrer sous l'effet des vibrations provoquées par les impacts ou sous l'action de la rotation de l'astéroïde. Les missions spatiales ont révélé une étonnante variété de paysages : champs de blocs géants, falaises abruptes, dépressions circulaires, glissements de terrain et accumulations de poussières fines.

Les classes d'astéroïdes.
Les astéroïdes présentent une grande diversité de compositions, ce qui conduit à distinguer plusieurs types : 

• Les astéroïdes de type C, riches en carbone, représentent environ les trois quarts de la population connue. Leur faible albédo reflète une surface sombre composée de silicates hydratés, de matière organique complexe et de minéraux primitifs peu transformés depuis la naissance du Système solaire. Ils sont considérés comme les témoins les plus fidèles de la composition initiale de la nébuleuse solaire.
• Les astéroïdes de type S dominent les régions internes de la ceinture principale. Plus brillants, ils sont composés principalement de silicates magnésiens et ferrifères, associés à des alliages métalliques de fer et de nickel. Leur composition évoque celle des météorites ordinaires qui constituent la majorité des météorites retrouvées sur Terre.

• Les astéroïdes de type M possèdent une densité généralement élevée et une réflectivité intermédiaire. Ils sont interprétés comme les fragments de noyaux métalliques d'anciens protoplanètes différenciés, détruits lors de collisions géantes ayant dispersé leur manteau silicaté. Leur étude éclaire directement la formation des noyaux planétaires.

• De nombreuses autres classes spectrales complètent cette classification. Les types D, P, E, V, R, Q ou A reflètent des compositions minéralogiques variées allant des basaltes riches en pyroxènes aux matériaux très primitifs riches en composés organiques. Cette diversité traduit des conditions de formation différentes selon la distance au Soleil et l'histoire thermique des objets.

Les familles d'astéroïdes.
Les familles d'astéroïdes constituent un autre aspect fondamental de cette population. Elles regroupent des objets partageant des éléments orbitaux similaires et provenant probablement de la fragmentation d'un même corps parent. Leur étude permet de dater certains événements collisionnels majeurs remontant à plusieurs centaines de millions, voire plusieurs milliards d'années.
• Les géocroiseurs. - À proximité de la Terre se trouve la population des astéroïdes géocroiseurs. Ceux-ci se répartissent en plusieurs groupes selon leur orbite. Certains croisent régulièrement celle de notre planète, tandis que d'autres restent confinés à l'intérieur ou à l'extérieur de son orbite. Ils représentent un enjeu scientifique et sociétal important en raison du risque d'impact, même si les collisions catastrophiques demeurent rares à l'échelle humaine.

• Les troyens. - A peu près sur la même orbite que Jupiter, mais précédant ou suivant la planète avec un écart de 60°, apparaît la population des troyens, localisés près des points d'équilibre gravitationnel de Lagrange. Ces objets peuvent posséder des orbites stables pendant des milliards d'années. Des populations analogues existent également autour de Mars, de Neptune et, dans une moindre mesure, autour de la Terre et d'autres planètes.

Les satellites irréguliers des planètes.
Certains satellites de planètes sont également des petits corps irréguliers. S'ils ne répondent pas stricto sensu à la définition de l'UAI, on peut les placer ici, dans la mesure où ils s'interprêtent ordinairement comme des astéroïdes capturés par la planète autour de la laquelle ils sont en orbite. C'est le cas, en particulier de Phobos et de Deimos, les deux satellites de Mars, ou encore les petits satellites de Jupiter, et des autres planètes géantes.

Les centaures. 
Les centaures constituent une population intermédiaire entre les astéroïdes et les comètes. Leurs orbites instables traversent celles des planètes géantes et évoluent rapidement sous l'effet des perturbations gravitationnelles. Ils proviennent probablement des régions transneptuniennes et représentent des objets en transition vers la famille des comètes de courte période. Certains montrent déjà une activité cométaire lorsque des glaces commencent à se sublimer.

Les comètes.
Les comètes sont parmi les petits corps les plus spectaculaires. Elles sont essentiellement composées de glaces d'eau, de dioxyde de carbone, de monoxyde de carbone, de méthane, d'ammoniac, de poussières silicatées et de composés organiques complexes. Leur noyau solide, généralement irrégulier, mesure de quelques centaines de mètres à plusieurs dizaines de kilomètres.

les noyaux cométaires passent l'essentiel de leur temps, sinon toute leur existence, à la périphérie froide du Système solaire. Lorsqu'une comète s'approche du Soleil, l'augmentation du rayonnement provoque la sublimation des glaces. Les gaz entraînent alors les poussières vers l'espace et forment une atmosphère diffuse appelée chevelure ou coma. Le vent solaire et la pression de radiation produisent ensuite une ou plusieurs queues pouvant s'étendre sur plusieurs dizaines de millions de kilomètres. La queue ionique pointe presque toujours dans la direction opposée au Soleil, tandis que la queue de poussières suit une trajectoire plus courbe.

Les comètes sont classées en plusieurs catégories dynamiques. 

• Les comètes de courte période proviennent principalement de la ceinture de Kuiper et reviennent vers le Soleil en moins de deux siècles. 

• Les comètes de longue période trouvent leur origine dans le nuage de Oort, immense réservoir sphérique situé aux confins gravitationnels du Système solaire. 

Certaines ne passent près du Soleil qu'une seule fois avant d'être définitivement éjectées. On connaît aussi des comètes (trois identifiées à ce jour) dont la trajectoire a révèle un origine extrasolaire.

Les objets transneptunienes irréguliers.
Les objets transneptuniens sont dés objet qui circulent au-delà de l'orbite de Neptune, la plupart du temps. Quelques-uns sont des planètes naines (Pluton, Eris, Hauméa, Makémaké, et d'autres en attente de confirmation), mais la plupart sont aussi des  petits corps irréguliers. On les rencontre préférentiellement dans des régions déterminées :

• La ceinture de Kuiper renferme des centaines de milliers d'objets glacés. Leur composition est dominée par des glaces volatiles mêlées à des silicates et à des matériaux organiques irradiés qui confèrent souvent à leur surface une coloration rouge sombre.

• Le disque diffus, qui peut être vu comme une extension de la ceinture de Kuiper, abrite une population dynamique caractérisée par des orbites très excentriques fortement influencées par Neptune. Ces objets peuvent être projetés progressivement vers l'intérieur du Système solaire où ils deviennent des centaures puis des comètes.

• Le nuage de Oort demeure essentiellement hypothétique car aucun de ses membres n'a encore été observé directement. Son existence est déduite des trajectoires des comètes de longue période. Il pourrait contenir plusieurs milliers de milliards de petits noyaux glacés répartis sur des distances atteignant plusieurs dizaines de milliers d'unités astronomiques.

Les météoroïdes et poussières
On peut définir un météoroïde de façon un peu vague comme un corps rocheux plus petit qu'un astéroïde. Lorsqu'ils s'abattent sur une planète, on les désigne comme des météorites. La plupart du temps, les météoroïdes peuvent se comprendre comme des fragments arrachés à des astéroïdes lors de collisions. Parfois, ils sont aussi tout ce qui reste de débris d'un astéroïde détruit. Les plus petits d'entre eux peuvent avoir la taille de poussières, et l'on parle alors de micro-météoroïdes et de micrométéorites. 

Les poussières proviennent cependant la plupart du temps de la désagrégation des noyaux cométaires lors de leur passage dans les régions internes du Système solaire. Dispersées le long de l'orbite de ces comètes, ils donnent lieu aux phénomènes d'étoiles filantes et d'essaims d'étoiles filantes, lorsque la Terre croise leur route, et qu'ils se consument dans son atmosphère. Dans une proportion plus faible, mais sans doute non négligeable, les poussières peuvent aussi provenir du milieu interstellaire. Notez enfin, que les anneaux des planètes géantes sont constitués de météoroïdes et de poussières.
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Le nuage zodiacal

Quelle que soit leur origine, les poussières présentes dans l'espace interplanétaire sont pour l'essentiel amassées à proximité du plan de l'écliptique. Elles forment le nuage zodiacal. Celui-ci est à peu près lenticulaire, mais également structuré radialement, avec des zones plus ou moins peuplées. Si bien que si les poussières n'étaient pas aussi diluées, elles constituerait autour du Soleil une sorte de système d'anneaux, comparables à ceux qui entourent les planètes géantes.

Le nuage zodiacal est observable depuis la Terre, bien que la généralisation de l'éclairage urbain rende cette observation de plus en plus difficile. Le phénomène, d'abord signalé par J.-D. Cassini, correspond à l'apparition d'une zone faiblement lumineuse dans le ciel peu après le coucher du Soleil ou peu avant son levé, et appelée la lumière zodiacale. Humboldt  a également découvert une autre composante de ce phénomène, visible la nuit dans la région du ciel dont la direction est opposée à celle du soleil à ce moment là : c'est le Gengenshein.

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