Historique

Le 1er janvier 1801, à Palerme, Giuseppe Piazzi découvrit un petit astre dont l'orbite se situait entre celles de Mars et de Jupiter. Cette petite planète, par sa position, comblait une lacune mise en évidence par la loi empirique établie par Johann Daniel Titius (1729-1796) en 1766 et publié par Johann Elert Bode (1747-1826) en 1772. Cette loi, sans fondement théorique, donnait de manière approximative, les distances moyennes des planètes au Soleil, mais laissait supposer l'existence d'une planète inconnue située entre Mars et Jupiter.

La Loi empirique de Titius-Bode s'exprime par la progression géométrique :

d= 0,4  + 0,3*2ⁿ

où d  est le demi-grand axe de l'orbite exprimée en unités astronomiques (U.A.) et n un nombre entier égal au rang de la planète

Les valeurs obtenues ont permis la découverte des astéroïdes en incitant les astronomes à rechercher une planète à la distance de 2,8 U.A. La loi de Titius-Bode, assez exacte jusqu’à Uranus, n'est pas correcte pour Neptune et Pluton.

Johann Elert Bode, directeur de l'observatoire de Berlin, et le baron von Zach, astronome amateur hongrois, furent à l'origine de la constitution d'un groupe d'observateurs dont l'objectif principal était de rechercher ladite planète. Ils furent devancés par Piazzi qui découvrit ainsi le premier astéroïde, Cérès, circulant à une distance moyenne de 414 millions de km du Soleil.

Dans les années qui suivirent, Heinrich Wilhem Olbers (1758-1840) découvre Pallas (en 1802) et Vesta (en 1807), et Carl Ludwig Harding (1765-1834) complète le tableau avec Junon (en 1804). Il fallut attendre ensuite 1845, puis 1847 pour les découvertes par K. Hencke, de deux nouvelles petites planètes, Astrée et Hébé. Depuis cette date, chaque année apporte désormais sa moisson de nouvelles découvertes, notamment grace à Max Wolf (1863-1932) qui eut l'idée en 1891 d'utiliser la photographie pour la recherche des astéroïdes.

En 1999, on comptait déjà plus de 10.000 astéroïdes numérotés dont l'orbite a pu être déterminée précisément, et plus de 20.000 autres dont les orbites sont bien moins déterminées. Chaque mois, des dizaines d'autres sont découverts, notamment grâce à la mise en place de télescopes de surveillance automatique. Les plus célèbres programmes de recherche sont le projet LINEAR (Lincoln Near Earth Asteroid Research) et le projet NEAT (Near Earth Asteroid Tracking).

Les groupes d'Astéroïdes

Apohele

"Apohele" est le nom suggéré il y a plusieurs années par David Tholen pour les astéroïdes dont l'orbite est intégralement contenue dans l'orbite terrestre.

L'astéroïde 2003 CP20, découvert le 11 Février 2003 par le télescope de surveillance LINEAR, est le premier astéroïde dont l'orbite serait intégralement contenue dans l'orbite terrestre. Un premier Apohele possible, 1998 DK36, a été observé en 1998 mais n'a pas été confirmé par la suite. Les plus récentes estimations indiquent qu'il pourrait exister une vingtaine d'Apohele de plus d'un kilomètre de diamètre.

Avec une distance à l'aphélie à l'intérieur de l'orbite terrestre (Q=0.9723 UA), l'astéroïde 2004 JG6 découvert le 11 Mai 2004 par Brian Skiff avec le LONEOS Schmidt de 0,59m  de l'Observatoire Lowell (Arizona), est le second "apohele" découvert à ce jour après la découverte de 2003 CP20 en Février 2003. D'après sa luminosité, 2004 JG6 est estimée à un peu moins de 600 mètres de large. L'astéroïde tourne autour du Soleil en 0,5 ans sur une orbite inclinée de 19 degrés.

Note : En Février 2022, le nombre d'astéroïdes pouvant appartenir au groupe Apohele (ou Atiras) est estimé à 28

Apollo-Amor-Aten

L'attraction de Jupiter interdit aux astéroïdes de se maintenir dans certaines zones, et certaines petites planètes, au voisinage des résonances induites par Jupiter, s'en écartent considérablement. Leurs orbites connaissent une évolution de type chaotique et leurs trajectoires peuvent alors couper celle de Mars, de la Terre, de Vénus ou de Mercure.

Le classement d'après leurs propriétés orbitales fait ressortir trois grandes catégories d'objets susceptibles de passer à proximité de la Terre : les AAA (Apollo-Amor-Aten), encore appelés NEA (Near Earth Asteroids), ou Géocroiseurs :

- les Apollos (présentant des similitudes avec 1862 Apollo) : orbites à l'extérieur de celle de la Terre, avec distance au périhélie inférieure à 1 UA

- les Amors (présentant des similitudes avec 1221 Amor) : orbites à l'extérieur de celle de la Terre mais qui s'en approchent, leur distance au périhélie étant inférieure à 1.3 UA,

- les Atens (présentant des similitudes avec 2062 Aten) : orbites à l'intérieur de l'orbite terrestre, avec demi-grand axe inférieur à 1 UA.

Note : Au 05 Décembre 2022, on recensait un total de 2435 Atens, 15718 Apollos et de 12645 Amors.

A cette date, 2319 astéroïdes figurent dans la liste des astéroïdes potentiellement dangereux (PHA, pour Potentially Hazardous Asteroids) en raison d'un plus grand potentiel d'approche au plus près de la Terre.

Les principales Catégories d'Astéroïdes

La plupart des astéroïdes connus évolue entre l'orbite de Mars et celle de Jupiter, à une distance moyenne du Soleil comprise entre 2.3 et 3.5 UA, dans la ceinture principale d'astéroïdes. Mais les planètes mineures ne sont pas cantonnées uniquement dans cette zone, et l'on en trouve bien avant l'anneau principal, ainsi qu'au-delà de l'orbite de Jupiter, Saturne, Uranus ou de Neptune.

Avant l'Anneau

Trois grandes catégories se dégagent :

- Mars-Crosser : cette catégorie regroupe les astéroïdes s'approchant entre 1.30 et 1.666 UA du Soleil et coupant l'orbite de Mars, avec a < 3.2 UA.

Note : Au 05 Décembre 2022, le nombre de Mars-crossers connus est de 20628.

- Mars-Troyen, située aux points de Lagrange L4 et L5 de Mars, à environ 1.524 UA du Soleil.

Note : Au Au 05 Décembre 2022, le nombre de Mars-Troyens connus est de 9 (1 au point L4 et 8 au point L5)

- Hungaria (d'après 434 Hungaria), située entre les résonances 1:5 et 1:4 de Mars, à une distance comprise entre 1.78 et 2.06 UA.

Note : Au 05 Décembre 2022, le nombre de Hungarias connus est de 30180.

L'Anneau Principal

En certains points de la ceinture, on trouve des concentrations d'objets. Dès 1918, l'astronome japonais Kiyotsugu Hiramaya a suggéré que certains astéroïdes évoluant sur des orbites voisines étaient vraisemblablement des fragments de gros astéroïdes détruits par des collisions. Ces concentrations sont appelées familles et baptisées du nom du composant principal.

Note : Au 05 Décembre 2022, le nombre d'astéroïdes répertoriés appartenant à la Ceinture principale est de 1161909.

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https://fr.wikipedia.org/wiki/Famille_de_plan%C3%A8tes_mineures

https://en.wikipedia.org/wiki/Asteroid_family

L'anneau principal, divisé en trois zones, comprend de nombreuses familles distinctes :

Zone interne (entre 2.065 et 2.501 UA) :

- Famille Flora (d'après 8 Flora), regroupe les astéroïdes présentant un demi-grand axe compris entre 2.12 et 2.27 UA.

- Phocaea, située entre 2.23 et 2.50 UA.

- Vesta (d'après 4 Vesta), localisée entre 2.349 et 2.374 UA.

- Nysa-Hertha (d'après 44 Nysa), regroupe les astéroïdes situés entre 2.41 et 2.50 UA.

Zone centrale (entre 2.501 et 2.820 UA) :

- Eunomia (d'après 15 Eunomia), située entre 2.563 et 2.670 UA.

Zone externe (entre 2.825 et 3.279 UA) :

- Le groupe de Koronis (nommé d'après 158 Koronis) comprend une cinquantaine d'objets de type S,et dont le représentant actuel est 143 Ida. Ce groupe semble s'étendre en 2.828 et 2.939 UA.

- Eos (nommé d'après 221 Eos), située à une distance d'environ 3.02 UA, comprend une centaine de membres, semblant être de type S, localisés entre 2.988 et 3.046 UA

- La famille des Thémis (d'après 24 Thémis) située à environ 3.13 UA (de 3.047 à 3.219 UA), comprend une centaine d'astéroïdes de types C.

- Hygiea, située entre 3.108 et 3.217 UA.

- Griqua, situé à proximité de la résonance 1:2 avec Jupiter, entre 3.20 et 3.35 UA pourrait constituer un nouveau groupe.

Deux autres groupes situés plus à l'extérieur de la zone externe:

- Cybele (d'après 65 Cybele), localisé entre les résonances 1:2 et 3:5 avec Jupiter, à une distance de 3.28 à 3.67 UA.

- le groupe Hilda (d'après 153 Hilda) situé à 3.97 UA (entre 3.77 et 4.02 UA) et en résonance 2:3 avec Jupiter.

Note : Au 05 Décembre 2022, le nombre d'astéroïdes connus appartenant à la famille de Hilda est de 5559.

Après l'Anneau

- Thulé (nommé d'après 279 Thulé), situé à 4.28 UA et en résonance 3:4 avec Jupiter

- Cross-Jupiter Interne, situé dans les zones vides entre les Hilda et Jupiter entre 3.6 à 5.0 UA, et dont la particularité est de couper l'orbite de Jupiter vers son aphélie.

Planètes Troyennes

Les planètes Troyennes, réparties en deux groupes, gravitent entre 4.9 et 5.36 UA, où le rapport des périodes de révolution est de 1/1 avec Jupiter, au voisinage des deux points stables du système Soleil-Jupiter, sur l'orbite de Jupiter, à 60° en avant et 60° en arrière de la planète (aux points de Lagrange L₄ et L₅ de l'orbite de Jupiter).

Note : Au 12 Juin 2022, le nombre d'objets au point L4 est de 7851 le nombre d'objet gravitant au point L5 est de 4085 soit un total de 11935 planètes troyennes pour Jupiter.

Mars : nombre d'objets au point L4 = 1 et nombre d'objets au point L5 = 8

Uranus: nombre d'objets au point L4 = 1 : 2011 QF99

Neptune : nombre d'objets au point L4 = 28 et nombre d'objets au point L5 = 4

La Terre possède également deux satellites de type Troyen, situé au point L4 : 2010 TK7 et 2020 XL5

Vénus possède également un compagnon au point L4 : 2013 ND15

Lacunes de Kirkwood

L'américain Daniel Kirkwood en 1866 remarqua, en étudiant la répartition du nombre d'astéroïdes en fonction du demi-grand axe de leur orbite, des discontinuités dans la répartition des petites planètes.

Des zones de la ceinture d'astéroïdes, dites "lacunes de Kirkwood", sont pratiquement vides, et correspondent à des zones où les orbites des astéroïdes sont en résonance gravitationnelle avec Jupiter, généralement à des distances (2.5, 2.82, 2.96 et 3.28 UA) où les périodes de révolution représentent un rapport simple avec celle de Jupiter (1/3, 2/5, 3/7 et 1/2).

Au-delà de Jupiter

- Jupiter-crosser externe, situé au-delà de Jupiter (à plus de 5.1 UA), dont la particularité est de couper l'orbite de Jupiter vers le périhélie.

Les Centaures

A une distance de 13.7 UA, Charles Kowal découvrit Chiron en 1977, le premier astéroïde dont l'orbite s'étend au-delà de l'orbite de Jupiter. Depuis cette date, d'autres objets ayant leur périhélie au-delà de l'orbite de Jupiter et leur demi-grand axe à l'intérieur de l'orbite de Neptune, ont été découverts, et constituent le groupe des Centaures, situé entre Jupiter et Neptune, entre 5.5 et 29 UA.

Note : Au 05 Juin 2019, on recensait 951 Centaures et Objets Dispersés

Objets Transneptuniens - Ceinture de Kuiper

Le premier astéroïde découvert sur une orbite située au-delà de l'orbite de Neptune fut l'astéroïde 1992 QB1. Certains objets découverts depuis, regroupés dans la catégorie des Objets Transneptuniens (TNO) , gravitent au-delà de l'orbite de Neptune, à des distances comprises entre 30 et 45 UA, confirmant ainsi l'hypothèse émise en 1951, par l'américain Gerard Kuiper qu'il existe, au-delà de l'orbite de Neptune, une région, la "ceinture de Kuiper", située dans le plan orbital moyen des planètes et peuplée de noyaux cométaires et d'astéroïdes.

Note : Au 05 Juin 2019, on dénombrait un total de 2553 Objets Transneptuniens.

Certains présentent des particularités communes :

- KBO interne I (KBO), situés entre 32 et 35 UA, regroupent des objets à grande excentricité qui les amène souvent aux parages de l'orbite d'Uranus vers 20 UA

- KBO (Kuiper Belt Object), situés vers 35.0 UA, en résonance 5:4 avec Neptune

- KBO interne II, groupe situé entre 36 et 38 UA, comprenant principalement des TNO à faible excentricité qui ne coupent pas l'orbite de Neptune (dans la zone de résonance 4:3).

- Le couple Pluton-Charon, situé à 39.496 UA, en résonance 3:2 avec Neptune

- Plutino (similaire à Pluton), situés vers 39.5 UA, également en résonance 3:2 avec Neptune

- Classical KBO (Kubewano d'après 1992 QB1), situés entre 40 et 47 UA, ne coupent pas l'orbite de Neptune

- KBO 5:3, situés à 42.2 UA, en résonance 5:3 avec Neptune

- TNO indéfinis (Objets Transneptuniens), théoriquement situés au delà de l'orbite de Neptune

- KBO 7:4, situés à 43.9 UA, en résonance 7:4 avec Neptune

- KBO 2:1, situés à environ 48 UA, en résonance 2:1 avec Neptune

- Scattered KBO (Objets épars de la Ceinture de Kuiper), situés au-delà de 48 UA, et dont la découverte est due à leur périhélie inférieur à 50 UA.

- KBO 5:2, situés à environ 55 UA, en résonance 5:2 avec Neptune

Nuage de Oort

Jan Hendrik Oort et Adrianus van Woerkom développèrent en 1950 une théorie selon laquelle il existerait un véritable nuage cométaire intersidéral. A partir de l'histogramme de l'inverse des distances moyennes au Soleil des orbites de 19 comètes à très longue période, Oort constata qu'un maximum se dessinait pour des distances de l'ordre de 20.000 à 100.000 unités astronomiques, et donc qu'il existait probablement aux confins du système solaire une vaste sphère de noyaux cométaires : "le nuage de Oort". Les calculs, repris par Brian Marsden, sur quelques 200 comètes aux orbites très allongées, confirment, vers la fin des années 70, la théorie de Oort.

Sous l'effet de perturbations gravitationnelles induites par des étoiles voisines, certains noyaux cométaires sont éjectés hors du système solaire, tandis que d’autres, au contraire, sont précipités vers l’intérieur, et deviennent observables.

Dimensions

1 Cerès (960 x 932 km), 2 Pallas (570 x 525 x 482 km), et 4 Vesta (530 km) sont actuellement les plus gros astéroïdes connus, et représentent à eux trois plus de la moitié de la masse totale de la ceinture principale. On estime qu'il pourrait exister plus d'un millier d'astéroïdes d'un diamètre supérieur à 30 km, environ 200 astéroïdes de plus de 100 km de diamètre, et plus d'un million d'un diamètre supérieur ou égal à 1 km.

Le transneptunien 20000 Varuna découvert le 28 novembre 2000 possède un diamètre d'environ 900 km.

Quaoar (2002 LM60), le plus gros des TNO, découvert le 4 Juin 2002, a été mesuré par le HST (Hubble Space Telescope). Son diamètre est de 1250 km.

Désignation

En date du 18 Mai 2019, sur les 794.832 astéroïdes repérés, 541.128 ont été définitivement numérotés et parmi ceux-ci, 21.922 ont reçu un nom, les autres conservant encore leur désignation provisoire.

Lors de sa découverte, l'astéroïde se voit attribué par l'Union Astronomique Internationale, un numéro provisoire composé du millésime, d'une lettre représentant la quinzaine de sa découverte et d'un numéro d'ordre dans la quinzaine de la découverte.

(exemple : 2001 KE1)

Certains astéroïdes, dont l'orbite a pu être déterminée précisément, ont reçu de l'UAI un nom définitif, choisi par leur découvreur ainsi qu'un numéro d'identification correspondant à leur ordre d'inscription dans le catalogue des astéroïdes.

(exemple : 1 Cérès, 4179 Toutatis)

Composition

L'utilisation des nouvelles techniques d'analyse telles que la spectrographie, la photométrie, la polarimétrie, ou la radiométrie infrarouge, appliquée à l'étude des petites planètes, a conduit à répartir les astéroïdes en une quinzaine de variétés d'après leurs propriétés spectrales et de réflectivité.

De la classification des astéroïdes, il se dégage toutefois trois grandes catégories :

• les objets primitifs qui ont conservé une composition primordiale et qui prédominent dans la région extérieure de la ceinture principale,

• les astéroïdes ignés qui sont des fragments de petites planètes différenciées et que l'on rencontre surtout dans la région intérieure de la ceinture principale,

• les astéroïdes métamorphiques, surtout représentés dans la région centrale de la ceinture principale.

Origine

 Après la découverte des premiers astéroïdes au début du XIXème siècle, la théorie la plus répandue quant à leur origine était qu'il s'agissait des fragments d'une planète ayant explosé après sa formation, composant ainsi la ceinture principale. Cette hypothèse est aujourd'hui abandonnée. Les récentes découvertes laissent penser que les astéroïdes, ainsi que les noyaux de comètes, sont les derniers représentants des petits corps, les planétésimaux, qui ont donné naissance aux planètes de notre système solaire. En raison des résonances gravitationnelles créées par la présence de Jupiter, l'agglomération de ces petits corps en planète n'aurait pu se faire dans cette zone.

Documentation :

Les Comètes et Astéroïdes (A.-Chantal Levasseur-Regourd et Philippe de La Cotardière) - Ed. Seuil/Sciences S117

Dictionnaire de l'Astronomie (Philippe de La Cotardière) - Ed. Larousse/Références

Atlas d'Astronomie - Ed. Stock

Quid 2000 - Ed. Robert Laffont

Le Grand Livre du Ciel - Ed. Bordas

Dossier Hors Série - Pour la Sciences : Les Terres célestes - Avril 1999