Astronomie

Quel est le plus gros objet sur lequel l'effet Yarkovsky a été observé ?

Quel est le plus gros objet sur lequel l'effet Yarkovsky a été observé ?


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L'effet Yarkovsky est responsable des changements dans la rotation et l'orbite de certains corps célestes, notamment les astéroïdes. Il a été mesuré sur des astéroïdes, tels que 6489 Golevka et 1999 RQ36.

Quel est le plus gros objet sur lequel l'effet Yarkovsky a été observé ? Scholarpedia a un excellent article et une liste d'astéroïdes, mais la liste n'est pas nécessairement complète, et je ne sais pas si l'effet a été détecté sur d'autres corps (non astéroïdes).


Selon Vokrouhlicky et al. 2015 Les forces de Yarkovsky peuvent être mesurées pour de petits corps d'un diamètre allant jusqu'à 30-40 km. Le plus gros objet qu'ils ont dans leur liste de détections Yarkovsky est 4179 Toutatis avec un diamètre de (seulement) 2,8 km. Je ne sais pas si les forces de Yarkovsky ont été mesurées sur quelque chose de plus gros que des astéroïdes.


La société astronomique du comté de Lake

Ce projet n'aurait pas pu être réalisé sans l'aide généreuse de Brian F. Rauch, Tobias Dürkop, Derek Richardson et Kevin Walsh pour traduire des mathématiques très difficiles à un niveau plus accessible.

Les causes sous-jacentes des collisions d'astéroïdes et de comètes avec la planète Terre comprennent : l'effet Yarkovsky, l'hypothèse du compagnon solaire, les étoiles qui passent et la marée galactique. Ces processus à très long terme, subtils et exquis démontrent que la vie et son destin sont liés à des phénomènes quantiques tels que les photons rayonnés par un astéroïde (effet Yarkovsky), ainsi qu'à des phénomènes à très grande échelle tels que la gravité de toute la matière dans la galaxie à l'intérieur de notre système solaire (marée galactique).

L'impact probable d'un astéroïde qui a déclenché l'extinction des dinosaures il y a environ 65 millions d'années a suscité une énorme attention. Les chercheurs ont vraisemblablement impliqué des impacts d'astéroïdes ou de comètes dans au moins trois autres extinctions massives de la vie sur Terre.

Des hypothèses explicatives des années 1980 telles que « Némésis » et « Planète X » ont été couvertes dans la presse scientifique, les manuels d'introduction et les ouvrages de David M. Raup L'affaire Némésis.

Il y a une recherche corporelle relativement nouvelle sur les mécanismes astrophysiques derrière les impacts d'astéroïdes et de comètes qui peuvent provoquer des extinctions massives. Ces résultats ont une base plus solide dans le développement théorique, la vérification observationnelle et la modélisation informatique que la plupart des hypothèses précédentes. Cette page Web passe en revue l'effet Yarkovsky, l'hypothèse du compagnon solaire, les étoiles qui passent et la marée galactique.

Ces processus astrophysiques à très long terme, subtils et exquis, ont sans doute eu un impact décisif sur l'évolution de la vie sur Terre. La théorie dominante soutient que les extinctions massives paralysent les espèces dominantes, permettant à des espèces nouvelles ou auparavant non exceptionnelles de se multiplier dans des niches écologiques vides. Par exemple, l'extinction massive des dinosaures a ouvert la voie à l'essor des mammifères et à l'évolution des humains. Par conséquent, sans extinctions massives, les humains n'existeraient probablement pas. [3] Étant donné que certaines extinctions massives de la vie semblent avoir été causées par des impacts d'astéroïdes tandis que d'autres peuvent avoir été causées par des impacts de comètes, cet article couvre la recherche sur les causes des deux types d'impact. L'évolution et le destin de la vie sur Terre peuvent dépendre de manière causale de phénomènes astrophysiques à l'échelle quantique tels que les photons émis par un astéroïde (effet Yarkovsky), ainsi que de phénomènes astrophysiques à une échelle immensément grande comme la gravité de tous les matière à l'intérieur de la galaxie jusqu'à notre système solaire (la marée galactique).

Les articles sur ce matériel dans les revues professionnelles d'astrophysique nécessitent généralement une immense capacité mathématique. Cette page Web s'efforce de simplifier tout en transmettant la grâce des mécanismes à l'œuvre. Par conséquent, il faut environ un semestre chacun de physique et de calcul.

2. Astéroïdes : l'effet Yarkovksy

A l'époque actuelle, les astéroïdes sont la majorité des impacteurs. [4] Une combinaison de collisions d'astéroïdes à astéroïdes, d'effets gravitationnels tels que l'attraction de Jupiter et de Mars et l'effet Yarkovsky constituent un processus qui peut mettre un astéroïde sur une trajectoire de collision avec la Terre. L'effet Yarkovsky peut opérer sur des astéroïdes jusqu'à 20 kilomètres de diamètre, [5] tandis que l'objet Crétacé-Tertiaire, qui était probablement un astéroïde, est estimé avoir un diamètre de 12 à 15 km. [6] L'effet Yarkovsky est pertinent pour les extinctions massives de la vie sur Terre car sans lui, les simulations informatiques ne sont pas en mesure de reproduire l'abondance et les caractéristiques observées des astéroïdes proches de la Terre. L'effet Yarkovsky est le mouvement d'un astéroïde causé par la force de recul des photons émis sous forme de chaleur par cet astéroïde. Les photons sont des rayonnements électromagnétiques : des paquets d'énergie possédant à la fois des propriétés d'ondes et de particules. Dans certaines longueurs d'onde, les photons sont de la lumière visible. Dans le prochain ensemble plus long de longueurs d'onde, la gamme infrarouge, les photons sont de la chaleur. [7] Lorsque l'astéroïde émet (émet) un photon infrarouge, la situation est analogue à celle d'un canon reculant. Le photon s'apparente au projectile qui est tiré, tandis que l'astéroïde est le canon qui recule. Le photon repousse l'astéroïde, exerçant une force de recul opposée à la direction de déplacement. Rappelez-vous de la physique de première année que sur une courte période de temps, une force agissant sur une particule (pensez à un astéroïde comme une grosse particule lourde) donne un élan à cette particule. C'est la deuxième loi de Newton et peut être exprimée par la formule (F)(Δt)=(m)(Δv). [8] Puisque la masse de l'astéroïde ne change pas, la vitesse doit changer : l'astéroïde se déplace. Sur une courte période de temps avec un seul photon poussant l'astéroïde, le mouvement de l'astéroïde est bien sûr extrêmement insignifiant. Mais sur des dizaines de millions d'années, des milliards de photons exercent chacun leur minuscule force sur la roche. La somme des forces exercées sur la roche au fil du temps devient appréciable et l'astéroïde peut être déplacé sur une distance significative. Vous pensez peut-être que si vous appuyez plutôt légèrement sur votre écran d'ordinateur avec votre petit doigt pendant 10 millions d'années, la somme de la force exercée sur le moniteur au fil du temps serait assez importante, mais votre moniteur ne bougerait jamais. Alors pourquoi les photons déplaceraient-ils l'astéroïde ? La différence est que votre moniteur est retenu par la force de friction statique exercée sur lui par le bureau, qui équilibre exactement la force que vous avez appliquée. Sans force nette appliquée, l'écran de l'ordinateur n'est soumis à aucune accélération et, par conséquent, il n'y a aucun changement de vitesse ou de position. Un astéroïde n'a pas une telle force le retenant. Ainsi, à partir de la petite poussée d'un photon, l'astéroïde recevra une légère force nette avec le changement de vitesse et de position qui en découle. Dans quelle direction se déplace l'astéroïde et jusqu'où ? Les astéroïdes tournent tout comme les planètes. Le côté solaire de l'astéroïde est le côté "jour" et est à la fois chauffé et émettant des photons solaires, tandis que l'autre côté de l'astéroïde est du côté "nuit" et se refroidit en émettant (rayonnant) des photons infrarouges. [9] Les deux côtés émettent des photons, bien que le côté jour soit prépondérant car il reçoit et réémet directement des photons solaires. La température de la surface de l'astéroïde se refroidit très rapidement une fois qu'elle est à l'abri du soleil, car la roche nue et le régolithe ont très peu d'inertie thermique. Sur Terre, l'atmosphère et les océans retiennent la chaleur et retardent l'apparition de la température minimale quotidienne jusqu'aux petites heures du matin, mais celles-ci n'existent pas sur un astéroïde. C'est l'inégal (les synonymes sont anisotrope ou alors asymétrique) émission de photons par l'astéroïde qui provoque l'effet Yarkovsky - le jour, surtout l'après-midi, les surfaces de l'astéroïde émettent avec une plus grande intensité et exercent plus de force de recul que les surfaces nocturnes et matinales (pas encore chauffées).

Figure 1 : Illustre les côtés jour et nuit d'un astéroïde et montre le sens de rotation. [dix]

Les données de température concernent l'astéroïde géocroiseur 6489 Golevka à

4 UA du soleil. Golevka a un diamètre de 530 mètres.

L'astéroïde 6489 Golevka sera utilisé comme exemple d'astéroïde. [11] Golevka est un astéroïde qui traverse la Terre. Son orbite a un périhélie (approche la plus proche du soleil) d'environ 0,98 UA et un aphélie (distance la plus éloignée du soleil) d'environ 4,02 UA. Au périhélie, la température diurne maximale est de 390 K et la température nocturne minimale est de 150 K. A l'aphélie, les maximum/minimum sont de 180/115 K. Nous nous intéressons à ce qui fait que les astéroïdes deviennent des traversées terrestres et donc des impacteurs terrestres possibles. Pour cette raison, nous nous intéressons à ce qui se passe lorsqu'il se trouve dans la ceinture d'astéroïdes qui le fait devenir un croisement terrestre. La ceinture d'astéroïdes se situe entre l'orbite de Mars à 1,5 UA et de Jupiter à 5,2 UA. C'est pourquoi nous utiliserons les données de température pour l'aphélie.

Sachant que la température diurne est de 180K et la nuit de 115K, nous pouvons obtenir une mesure approximative de la force nette que les photons émis exercent sur l'astéroïde. [12] Dans cette situation, une estimation de la force de part et d'autre de l'astéroïde est donnée par la formule F=(σT 4 πr 2 )/(c). [13] σ est la constante de Stefan-Boltzmann, πr 2 est la section transversale de l'objet et c est la vitesse de la lumière. Puisque nous regardons les côtés opposés du même astéroïde, le seul terme qui n'est pas une constante est la température. Par conséquent, pour notre astéroïde représentatif, Golevka, la différence de forces est (180 4 )/(115 4 )=6. Ceci est illustré dans la figure ci-dessous.

Figure 2. Effet Yarkovsky. Estimation de l'emplacement, de la direction et de l'amplitude des vecteurs de force agissant sur l'astéroïde.

Chaque côté a une flèche représentant la somme estimée des vecteurs de force de ce côté.

Du côté du jour, l'astéroïde est le plus chaud l'après-midi, donc la flèche de force est asymétrique vers l'après-midi. Du côté nuit, l'astéroïde perd rapidement de la chaleur, de sorte que la température minimale nocturne est atteinte peu après la tombée de la nuit.

La formule de la force nette des photons émis agissant sur l'astéroïde (force côté jour moins force côté nuit est : [(8/3)(σπr 2 T 4 )/(c)][ΔT/T] [14] Avec cette formule, nous pouvons utiliser certains nombres d'un vrai astéroïde de 12 km de diamètre (assez gros pour provoquer une extinction de masse) pour donner une accélération nette approximative de 6,5 x 10 -15 (m/sec 2 ). [15] À tout moment, l'accélération est très faible, mais sur des millions d'années, l'accélération constante fournie par l'effet Yarkovsky augmente la vitesse et l'astéroïde se déplace sur une distance appréciable.

Le modèle informatique de Farinella et Vokrouhlicky (1999) a montré qu'un astéroïde de 20 km de diamètre verrait un décalage de son demi-grand axe de 0,01 UA par milliard d'années. [16] Même un si petit changement est significatif car il peut être suffisant pour pousser l'astéroïde dans un trou de Kirkwood. À la fin du 19 e siècle, un astronome, Daniel Kirkwood, a noté qu'il existe certaines orbites dans la ceinture d'astéroïdes qui sont curieusement dépourvues de matière. Ceux-ci se sont avérés être un sous-groupe des orbites qui sont dans des rapports entiers avec l'orbite de Jupiter, tels que 3:1, 5:2, 7:3, 2:1. Ces rapports signifient, par exemple, que l'objet orbite autour du soleil 3 fois pour chaque fois que Jupiter le fait. Un astéroïde dans ces régions particulières sera soumis à une résonance : une perturbation périodique de la gravité de Jupiter qui provoque des changements dans l'orbite de l'astéroïde. La résonance peut forcer l'astéroïde vers le système solaire interne. D'autres interactions avec la gravité de Mars pourraient éventuellement conduire à une collision avec la Terre. L'effet Yarkovsky est donc pertinent pour les extinctions de masse sur Terre, car il peut pousser des astéroïdes dans un espace Kirkwood d'où l'astéroïde est éjecté par la gravité de Jupiter, conduisant à une collision potentielle avec la Terre. [17]

JN. Spitale a proposé que l'effet Yarkovsky pourrait être exploité pour éviter la collision d'un astéroïde avec la Terre. [18] Peindre un astéroïde en noir ou modifier d'une autre manière ses propriétés de réflexion et/ou d'absorption vis-à-vis des photons pourrait le déplacer lentement hors d'une trajectoire de collision. La technique ne fonctionnerait qu'avec des astéroïdes relativement petits, mais pourrait quand même empêcher une ville de devenir un cratère. La raison pour laquelle cela ne fonctionnerait que sur des astéroïdes plus petits est que lorsque le rayon de l'objet augmente, son volume (4/3πr 3 ), et donc sa masse, augmente beaucoup plus rapidement que sa surface (4πr 2 ). Pour un gros astéroïde, il y a beaucoup plus de masse à déplacer, mais pas tellement plus de surface pour rayonner les photons.

3. Comètes : hypothèses de compagnons solaires, étoiles qui passent

D'autres explications des causes des impacts de la Terre se concentrent sur les comètes. Les comètes peuvent être à l'origine de la majorité des cratères d'impact de la Terre qui ont plus de 50 km de diamètre. [19] Ces grands cratères sont les plus susceptibles d'avoir causé une extinction de masse.

Une comète est dite « perturbée » lorsqu'elle sort de son état dormant et est poussée vers le système solaire interne ou vers l'espace interstellaire. Lorsque la comète pénètre dans le système solaire interne et est suffisamment chauffée par le soleil, elle commence à avoir une queue (en fait jusqu'à 3 queues distinctes : gaz, ion et poussière) [20] et est alors dite « observable ». S'il est déterminé que c'est la première fois que la comète se rend dans le système solaire interne, on dit qu'il s'agit d'une "nouvelle" comète.

La question est : qu'est-ce qui cause les perturbations cométaires ? Deux hypothèses, « Planet X » et « Nemesis » étaient prédominantes dans les années 1980. 'Planet X' propose qu'un encore non observé Planète X perturbe la ceinture de comètes de Kuiper, [21] en délogeant certains dans une trajectoire d'interception avec la Terre. Ce sont ces comètes qui provoquent des extinctions massives lorsqu'elles entrent en collision avec la planète. Némésis propose qu'un compagnon non observé du soleil, probablement une étoile naine avec une orbite hautement elliptique, passe périodiquement assez près du nuage de comètes d'Oort [22] pour en arracher certaines de leurs orbites et les envoyer vers la Terre. [23] L'éminent paléontologue David M. Raup a affirmé que ces hypothèses sont ad hoc. [24]

hypothèses ad hoc il s'agit d'hypothèses conçues pour expliquer un ensemble légitime de données géologiques et de découvertes associées. Cet ensemble de données était les cratères d'impact connus de la Terre depuis environ 600 millions d'années. Les résultats étaient des analyses statistiques rapportant qu'il y avait une régularité (périodicité) de 28 ou 31 millions d'années dans l'enregistrement des cratères. [25] , [26]

Un problème avec 'Planet X' et 'Nemesis' est qu'ils expliquaient un ensemble de données géologiques incomplet. Depuis 1984, nous avons découvert beaucoup plus de cratères d'impact (voir note de bas de page 1-3). Deuxièmement, la datation des cratères était et est (dans une moindre mesure avec une technologie améliorée et plus de recherche) incertaine. Troisièmement, même après 20 ans d'analyses statistiques supplémentaires, il y a toujours un débat vigoureux sur la question de savoir s'il existe une périodicité dans l'enregistrement des cratères terrestres. [27] Cependant, que les impacts se produisent ou non sur un cycle régulier, tant qu'il est établi par une enquête spécifique de chaque cratère et les preuves biologiques et géologiques globales dans cette couche de sédiments qu'au moins 4 événements d'impact sont liés à la masse extinctions, alors il vaut la peine de s'interroger sur les causes de ces impacts. S'il n'y a pas de périodicité des impacts, il peut ne pas être utile de rechercher une seule cause des impacts de bolides sur Terre. C'est la raison pour laquelle cet article de synthèse examine plusieurs causes possibles des impacts qui contribuent aux extinctions de masse.

Il y a une mise à jour récente du genre d'hypothèses du compagnon solaire, cette fois avec une base solide dans l'observation astronomique. À la fin des années 1990, plusieurs chercheurs ont proposé l'existence d'un compagnon solaire en orbite au sein du nuage d'Oort. Un groupe (Matese, Whitman et Whitmire) a examiné environ 30 comètes avec des caractéristiques orbitales anormales. Ils ont projeté la trajectoire des comètes jusqu'à l'aphélie (le point auquel une comète est la plus éloignée du soleil). Ils ont proposé que le motif de l'aphélie des comètes trace le chemin orbital quasi circulaire d'une grande planète. Le champ gravitationnel de la planète perturbe les comètes le long de sa trajectoire orbitale. Cette planète aurait une masse environ 3 fois celle de Jupiter. Il serait en orbite au milieu du nuage d'Oort, à environ 0,4 années-lumière (25 000 UA) du soleil. Il devrait être détectable par le Space Infrared Telescope Facility, qui sera lancé en 2003. [28] Le groupe Matese ne mentionne pas s'il peut y avoir une périodicité de 28 ou 31 millions d'années à l'orbite de la planète proposée. Horner et Evans (2001) examinent de manière critique la proposition du groupe Matese et écrivent : « Nous concluons que la planète de Matese et al. est une explication possible, peut-être même probable, du modèle inhabituel dans les données. La planète de Matese et al. mérite un examen plus approfondi et sérieux." [29]

Un article approfondi a examiné si les étoiles qui passent perturbent le nuage d'Oort. Sanchez et al. (1999) examinent les trajectoires des étoiles proches et projettent que dans 1,5 million d'années, l'étoile Gliese 710 (une étoile naine de 0,6 masse solaire) passera à moins d'une année-lumière de la Terre et entrera réellement dans le nuage d'Oort. Son influence gravitationnelle éjectera environ 2 millions de comètes sur une orbite terrestre. L'arrivée de ces comètes s'étalera sur environ 2 millions d'années, ce qui signifie qu'il n'y aura qu'une seule comète supplémentaire par an. Ainsi, la Terre ne connaîtrait probablement pas d'augmentation perceptible de l'activité cométaire. Les auteurs ne revendiquent aucun lien avec une extinction de masse sur Terre. Pourtant, l'une de ces 2 millions de comètes pourrait en fait avoir un impact sur la Terre plutôt que de simplement passer à proximité. La raison probable pour laquelle les auteurs n'abordent pas cela est l'impossibilité de prédire précisément quelles comètes seront éjectées du nuage d'Oort et envoyées vers la Terre, et lesquelles d'entre elles entreront réellement en collision avec la planète. L'article a regardé 10 millions d'années en arrière et 10 millions d'années en avant, et Gliese 710 est le meilleur candidat qu'ils ont trouvé pour un perturbateur de nuage d'Oort. [30]

Nous nous concentrons sur les comètes "vivantes" qui affichent encore une queue lorsqu'elles passent près du soleil. Une partie importante des astéroïdes qui traversent la Terre peuvent en fait être des comètes « éteintes » ressemblant à des astéroïdes.Ce sont des objets rocheux/métalliques dont les orbites ont des caractéristiques de type comète. On pense que ce sont des comètes qui ont perdu tout leur gaz, poussière et eau lors de passages rapprochés répétés autour du soleil. Nous ne considérons pas ici les comètes éteintes, car elles n'ont généralement qu'un diamètre de 1 km, ce qui n'est pas assez grand pour provoquer une extinction de masse. [31]

4. Comètes : la marée galactique

Une autre cause d'impacts cométaires est la marée galactique. La recherche sur les marées galactiques décrit comment chaque comète du nuage d'Oort est soumise à une force gravitationnelle différentielle (nette) à chaque point de son orbite. Pour voir en quoi il s'agit d'une marée, considérons que les marées océaniques sur la Terre sont causées par les forces gravitationnelles nettes dans le système Soleil-Terre-Lune. Pendant ce temps, la marée galactique est causée par les forces gravitationnelles nettes dans un système soleil-comète-galaxie. La marée galactique correspond aux déplacements des orbites des comètes, la marée terrestre correspond à la montée et à la chute du niveau de la mer, toutes deux causées par la force gravitationnelle nette.

Il y a deux composantes de la marée galactique : la marée radiale et la marée disque (ou z-tide). Ensemble, ils sont responsables de 90% des comètes observables du nuage d'Oort. [32] La marée radiale représente 33% de ces [33] tandis que la marée disque représente 67%. Alors que la marée du disque [34] est dominante, j'explique ici la marée radiale car elle se produit dans un simple plan x-y plat. Puisque 30% des grands cratères d'impact (plus de 20 km de diamètre) sur Terre sont attribués aux comètes du nuage d'Oort, [35] la marée radiale est responsable de 10% de ces cratères. Ces pourcentages sont sujets à débat. Par exemple, une étoile qui passe peut augmenter de 50 % le nombre de comètes observables dans le nuage d'Oort. [36] Ainsi, à cette époque, nous ne pouvions pas attribuer 90% des comètes du nuage d'Oort à la marée. Cependant, la marée galactique est très probablement le facteur continu dominant dans le taux de base des comètes observables du nuage d'Oort. [37]

La marée radiale fonctionne comme suit : la force gravitationnelle de toute la masse de la galaxie à l'intérieur de notre système solaire agit comme une source ponctuelle qui modifie doucement les orbites des comètes dormantes, mettant en mouvement des événements pouvant conduire à une collision de la comète avec la Terre. Comprendre la marée radiale galactique nécessite une vue d'ensemble de certains aspects de la dynamique du système solaire. Le soleil est à environ 2/3 de la distance jusqu'au bord extérieur de la Voie lactée, comme le montre la figure 3. L'emplacement est à environ 27 000 années-lumière du centre galactique. Le système solaire oscille verticalement avec une amplitude d'environ 114 années-lumière et une période de 60 à 90 millions d'années.

Figure 3. La Voie lactée vue de côté. Le noyau brillant et dense est le centre galactique. "ly" signifie "années-lumière".

Les flèches indiquant l'oscillation verticale sont exagérées en raison de la difficulté de rendre une si petite fraction du rayon horizontal (114 contre 27 700).

Après la figure 12-6, Michael A. Seeds, Horizons, 6e édition, Pacific Grove : Books/Cole, 2000). Crédit illustration : Nguyet Mai Vuong.

La figure 3 permet une explication de la marée du disque galactique. La galaxie est structurée comme un disque avec un centre sphérique (considérez les figures 3 et 6 ensemble). Le "plan galactique" est une ligne plate passant horizontalement par le centre du disque de la figure 3. Lorsqu'un objet se trouve à l'intérieur du disque relativement plat, on dit qu'il se trouve dans le plan galactique. La marée du disque fait référence à la force gravitationnelle de toute la matière du disque galactique influençant l'orbite d'une comète. Lorsque le système solaire oscille au-dessus et au-dessous du plan galactique, les comètes du système solaire se déplacent avec lui et la marée du disque est active. La gravité du soleil est si faible à la distance des nuages ​​d'Oort que la gravité du disque galactique peut modifier l'orbite des comètes.

La masse de l'ensemble de la Voie lactée est de 10 11 masses solaires, dont la plupart sont situées à l'intérieur de notre système solaire car la partie interne de la galaxie a une concentration de matière beaucoup plus dense. Notre système solaire est entouré par le nuage d'Oort [voir note de bas de page 22]. Parce que la gravité du soleil est si faible à la distance des nuages ​​d'Oort, la gravité d'autres objets de la galaxie peut avoir un effet significatif sur les comètes des nuages ​​d'Oort. Dans ce cas, nous considérons l'effet de la force gravitationnelle de toute la masse de la galaxie à l'intérieur de notre système solaire sur les comètes du nuage d'Oort. La galaxie est essentiellement une collection d'objets semblables à des particules : étoiles, nuages ​​de poussière et planètes. Cette multitude de particules peut être approchée comme une sphère avec toute sa force gravitationnelle concentrée en un point au centre. [38] Ainsi, nous modélisons la force gravitationnelle de la masse de la galaxie à l'intérieur de notre système solaire comme émanant du centre galactique. Cela réduit l'analyse à seulement trois corps : le soleil, une comète du nuage d'Oort et le centre de gravité galactique. La comète est en orbite autour du soleil, et nous analysons l'effet de la gravité du soleil et du centre galactique sur cette orbite. [39]

Figure 4. Marée galactique toutes forces.

Le soleil exerce une force gravitationnelle sur la comète le long du rayon entre le soleil et la comète. Prise seule, cette force n'exerce aucun couple car l'angle entre r et F est de 0. [40] Simultanément, le centre de gravité galactique exerce une force gravitationnelle le long du rayon qui le sépare de la comète. Encore une fois, l'angle entre r et F est 0. Cependant, la somme de ces deux forces produit un vecteur de force net dans l'angle entre les deux forces (règle de parallélogramme d'addition vectorielle). Cette force nette forme un angle avec l'axe de rotation soleil-comète "r", donc Φ (phi) n'est pas égal à zéro et nous avons un couple. C'est un "couple" et non une "force" car le couple est l'analogue rotationnel de la force : la force gravitationnelle nette sur la comète agit selon un angle. L'angle et l'amplitude de la force nette varient continuellement au fur et à mesure que la comète se déplace sur son orbite, de sorte que l'amplitude du couple varie également. À tout moment, la situation peut être représentée à la manière d'un diagramme de couple que l'on trouve dans un manuel de physique universitaire typique :

Figure 5. Force et couple de la marée galactique.

Une comète du nuage d'Oort est considérée comme faisant partie du système solaire, elle est (faiblement) liée gravitationnellement au soleil.

Par conséquent, le soleil est l'axe de rotation et le vecteur de position "r" est enraciné au soleil.

Φ est l'angle entre r et F lorsque les deux vecteurs sont placés queue à queue (faites glisser le vecteur F de sorte que son origine soit le soleil).

Le couple (symbolisé par T) modifie le moment cinétique de la comète (L), puisque T=dL/dt. [41] Le changement de moment cinétique modifie l'orbite de la comète selon la formule L=[GMa(1-e 2 )] 1/2 : où g= la constante gravitationnelle universelle M= la masse du soleil une= la longueur du demi-grand axe et e= l'excentricité de l'orbite. Depuis M et g sont des constantes, seulement une et e Peut changer. Par conséquent, la force gravitationnelle change les éléments orbitaux une et e. La distance au périhélie q est donnée par q=a(1-e). Le simple fait de suivre les équations démontre que la marée radiale galactique peut modifier la distance au périhélie d'une comète du nuage d'Oort.

Le couple que nous décrivons n'est pas une force écrasante qui tire une comète de son orbite. C'est une force subtile qui agit sur une comète du nuage d'Oort sur des milliers d'orbites. Étant donné que chaque orbite d'une comète du nuage d'Oort peut prendre 2 à 3 millions d'années, le processus de marée galactique fonctionne sur une période de milliards d'années.

Selon la position d'origine de la comète et l'effet cumulatif du couple, le périhélie d'une comète particulière peut se rapprocher du soleil ou s'en éloigner. C'est pourquoi le phénomène est appelé radial marée. Le mouvement radial est le mouvement d'un objet dirigé directement vers ou à partir d'un point de vue donné, ici le soleil. Lorsqu'une comète du nuage d'Oort se rapproche du soleil, elle peut entrer dans le système solaire interne, puis entrer en collision avec la Terre. Plus précisément, la comète peut être capturée par le champ de gravité de l'une des géantes gazeuses puis peut être poussée vers le système solaire interne, où elle devient observable. Comme indiqué ci-dessus, environ 10% des grands cratères d'impact sur Terre peuvent être dus à la marée radiale galactique.

Cet article a cherché à expliquer plusieurs domaines de recherche astrophysique relativement récente reliant les phénomènes extraterrestres aux extinctions de masse terrestres. Ceux-ci incluent l'effet Yarkovsky, l'hypothèse du compagnon solaire, les étoiles qui passent et la marée galactique. Ces processus astrophysiques exquis à très long terme vont du quantique à l'immensément grand. Ils semblent avoir causé des impacts d'astéroïdes et de comètes sur Terre et à travers ceux-ci, ils ont conduit à l'existence même de l'espèce humaine.

[1] L'extinction des dinosaures est connue sous le nom d'extinction de masse à la limite Crétacé-Tertiaire et est bien couverte dans les manuels, les encyclopédies et divers sites sur le World Wide Web. Les résultats spécifiques sur d'autres extinctions de masse de la vie sont : (1) Corrélation et causalité entre un impact d'astéroïde ou de comète et l'Eifelian-Givetian extinction de masse (

il y a 380 millions d'années (Ma)). [Ellwood, Benoist, El Hassani, Wheeler et Crick, "Impact Ejecta Layer from the Mid-Devonian: Possible Connection to Global Mass Extinctions," La science300 (2003) : 1734-1737.] Les preuves indiquent également un rôle d'impact dans : (2) le Permien-Trias limite (251 Ma). Ce fut l'extinction de masse la plus étendue connue, tuant environ 90% de toute la vie marine et 70% de toute la vie terrestre. 1 (3) le Trias-Jurassique limite (208 Ma), qui est associée à la montée des dinosaures. 2 Il existe plus de 160 cratères d'impact connus dans le monde, dont plusieurs ont un diamètre supérieur à 80 km. 3 Les projets en cours utilisent la télédétection pour détecter des cratères supplémentaires malgré les processus d'effacement de l'érosion, de la sédimentation, du volcanisme et de la tectonique des plaques. 4

1 Luann Becker et al., « Événement d'impact à la frontière permien-triasique : preuves des gaz nobles extraterrestres dans les fullerènes », La science291 (2001) : 1530-1533 G.J. Retallack, S. Abbas, E.S. Krull, "Rechercher des preuves d'impact à la frontière Permien-Trias en Antarctique et en Australie," Géologie 26 (1998) : 979-982 J.L. Isbell, R.A. Askin, G.J. Retallack, "Rechercher des preuves d'impact à la frontière Permien-Trias en Antarctique et en Australie : commentaire et réponse," Géologie 27 (1999): 859-860 K. Kaiho, et al., "Rechercher des preuves d'impact à la frontière Permian-Trias in Antarctica and Australia," Géologie 29 (2001).

2 P.E. Olsen, et al., "Ascension de dinosaures liés à une anomalie d'iridium à la frontière trias-jurassique," La science 296 (2002) : 1305-1307 D.M. Bice, et al., "Shocked Quartz at the Trias-Jurassic Boundary in Italy," Science 255 (1992): 443 A.J. Mory, et al., "Woodleigh, Carnarvon Basin, Western Australia: A new 120 km diameter impact structure," Lettres des sciences de la Terre et des planètes 117, non. 1-2 (2000) : 119-128. Mais voyez, R.A. Kerr, "Les volcans ont-ils entraîné d'anciennes extinctions ?" La science289 (2000): 1130-1131.

4 H. Koshiishi, et al., "Nouvelles informations sur les cratères à partir des données de télédétection", dans Csaba H. Detre, Sphérules terrestres et cosmiques, (Budapest : Akademiai Kiado, 2000). Ce groupe a trouvé un cratère correspondant à la limite Trias-Jurassique.

Pour un examen des extinctions de masse et des cratères d'impact, voir C. Koeberl, "The Sedimentary Record of Imact Events" à 360-364, chapitre 18 dans : Peucker-Ehrenbrink and Schmitz, eds. Accrétion de matière extraterrestre tout au long de l'histoire de la Terre, (New York : Kluwer/Plenum, 2001). Les sources antérieures incluent : M.R. Rampino, B.M. Haggerty, « Impacts extraterrestres et extinctions massives de la vie », dans : T. Gehrels ed., Dangers dus aux comètes et aux astéroïdes, (Tucson : Université de l'Arizona, 1994) M.R. Rampino, B.M. Haggerty,. « Crises d'impact et extinctions de masse : une hypothèse de travail », dans : G. Ryder, D. Fastovsky, S. Gartner eds., Dossier spécial 307 : L'événement crétacé-tertiaire et autres catastrophes dans l'histoire de la Terre, (Boulder, CO : Société géologique d'Amérique, 1996) D. Raup, J. Sepkoski, Périodicité des extinctions dans le passé géologique. Actes de la National Academy of Science U.S.A. (1984) : 81, 801-805. Pour un examen de la façon dont les impacts des comètes pourraient provoquer des extinctions massives de la vie voir, E.M. Shoemaker, "Impact Cratering Through Geologic Time," Journal de la Société royale d'astronomie du Canada, vol. 92 non. 6 (1998).

[2] David M. Raup, L'affaire Némésis, (New York : W.W. Norton, 1986).

[3] Cette observation a été faite par l'éminent géologue et paléontologue David M. Raup dans son livre L'affaire Némésis (1986, à 20) et mérite une explication. La théorie standard actuelle est que les extinctions massives anéantissent les formes de vie dominantes, permettant à des espèces nouvelles ou auparavant non exceptionnelles de se multiplier dans des niches écologiques vides. Si nous regardons en arrière juste avant l'explosion cambrienne (540 Ma), la Terre était peuplée d'organismes multicellulaires, de plantes et de champignons. Les mammifères ne sont pas apparus avant 200 Ma environ. Et jusqu'à l'impact K-T à 65 Ma, les mammifères étaient de petites créatures, ni nombreuses ni diversifiées. Avec l'impact K-T, tant de dinosaures ont été anéantis qu'il y avait des niches écologiques disponibles. Les mammifères ont rempli cet espace adaptatif et se sont ainsi multipliés, diversifiés et ont grandi en taille. L'épanouissement de la classe des mammifères a permis de nombreuses expériences évolutives, et des singes de plus en plus sociaux et intelligents ont émergé, menant aux humains. Ainsi, jusqu'à l'impact K-T, les mammifères n'avaient aucune chance de s'épanouir et donc les humains n'avaient aucune chance d'émerger. Il n'y avait tout simplement aucune opportunité dans l'histoire de la Terre jusqu'à l'impact K-T. Il est plausible que les dinosaures se soient éteints quelques millions d'années plus tard que la date d'impact de 65 Ma par un processus entièrement terrestre. Il existe des preuves que la Terre a connu un refroidissement global à long terme pendant des millions d'années avant et après l'impact K-T (Novacek, note 13, p. 235, figure 5). En effet, le climat plus frais peut être l'une des raisons pour lesquelles les dinosaures à sang froid n'ont pas pu se remettre de l'extinction de masse - ils n'étaient plus les animaux les plus adaptés à l'environnement. Mais dans un tel scénario, les dinosaures se seraient éteints plus tard, les mammifères auraient prospéré plus tard et les humains seraient apparus plus tard. Puisque notre espèce homo sapiens n'existe que depuis environ 100 000 ans, dans ce dernier scénario, l'espèce n'existerait probablement pas encore. Sans l'impact K-T, les humains pourraient ne pas exister du tout, ou ils pourraient ne pas encore exister. Mais avant que cette date postulée n'arrive, une autre série d'événements tels qu'une extinction de masse due à un impact pourrait se produire pour éliminer les mammifères avant que les humains n'émergent.

En outre, des preuves limitées indiquent que l'extinction de la frontière triasique-jurassique est cohérente avec la théorie standard selon laquelle les impacts éliminent les grandes formes de vie dominantes, permettant à d'autres espèces de remplir les niches vides. Sur la côte est de l'Amérique du Nord, il existe d'anciens bassins lacustres contenant des dizaines de milliers d'empreintes de pas. Avant la ligne de démarcation Trias-Jurassique, le plus grand des dinosaures carnivores avait à peu près la taille d'un gros chien. D'autres reptiles, tels que le rauisuchian de 15 pieds de long (apparenté à la fois aux crocodiles et aux dinosaures), étaient les prédateurs dominants, mais ils disparaissent à la limite. Également avant la frontière, 20% de toutes les empreintes de pas provenaient de dinosaures. Dans les 30 000 ans après la frontière, 50 % de toutes les empreintes de pas étaient des dinosaures et au cours de cette période, la taille de l'empreinte moyenne a augmenté de 20 %, ce qui indique un animal jusqu'à deux fois plus grand. (Olsen, et al, 2001)]

[4] David W. Hughes, "Comètes et astéroïdes," Physique contemporaine,35 (1994): 75-93.

[5] P. Farinella et D. Vokrouhlicky, "Semimajor Axis Mobility of Asteroidal Fragments," Science 283 (1999): 1507-1510 à 1507. Non couvert ici est un effet Yarkovsky "saisonnier" dû à l'obliquité d'un objet ( voir section 4.1), car il n'est opérationnel que sur des corps jusqu'à 100 mètres de diamètre. [Farinella et Vokrouhlicky, à 1508.]

[6] H.J. Melosh, "Au fond de Chicxulub," Nature414 (2001): 861-862.

[7] Cet article suppose une année d'études collégiales en sciences. Pour un traitement plus approfondi des photons et des rayonnements électromagnétiques, voir Raymond A. Serway, Physique pour les scientifiques et les ingénieurs avec la physique moderne, 2e édition, (Philadelphie : Saunders Publishing, 1986) : chapitres 34-35.

[8] F est la force, delta t est la période, m est la masse et delta v est le changement de vitesse. La formule de la quantité de mouvement est p=mv. Les photons n'ont pas de masse, mais ils ont une quantité de mouvement, et l'équation est p=h/λ. h est la constante de Planck et λ est la longueur d'onde du photon. Ainsi, la situation photon-astéroïde est analogue à la situation du canon à recul de projectile et l'équation de conservation de la quantité de mouvement peut être représentée par : h/λ=(m)(v). Nous négligeons ce qui arrive au photon (le côté gauche de l'équation) parce que nous nous intéressons à ce qui arrive à l'astéroïde.

La quantité de mouvement communiquée à un instant donné par un seul photon (f)(Δt)=(m)(Δv) à un astéroïde peut être illustrée comme suit :

[9] Premièrement, l'astéroïde émet (rayonne) plus de photons du côté jour. Cette première caractéristique est due à la loi de Stefan-Boltzmann, qui dit que l'énergie par seconde émise par un objet augmente avec la 4 ème puissance de la température : P=(σ)(T 4 ) (puissance totale avec &# 963 comme constante de Stefan-Boltzmann, 5,67 x 10 -8 ). Notez que puisque la surface du côté nuit a toujours une température, elle émet toujours des photons. Deuxièmement, tant du côté jour que nuit, la plupart des photons qu'il émet sont dans la gamme infrarouge. Cette deuxième caractéristique est due à la loi de rayonnement de Planck, qui dit que dans la gamme de températures qu'un astéroïde connaît, la plupart de ses rayonnements sont émis dans les longueurs d'onde infrarouges. Pour la loi de Stefan-Boltzmann, voir Serway, Idem, au 436-437. Pour la loi de Planck, voir Serway au 925-926 et figure 40.2.

[10] Par souci de simplicité, le diagramme omet de montrer que les photons solaires qui frappent le côté jour de l'astéroïde sont soit absorbés, soit réfléchis. La force due à l'absorption et à la réflexion des photons solaires est appelée pression de rayonnement. La pression est une force par unité de surface et peut être exprimée en unités de Newtons par mètre carré.Sur les gros astéroïdes, les changements orbitaux causés par la pression de rayonnement "sont plus petits que ceux dus à l'effet Yarkovsky". [[RÉ. Vokrouhlicky et A. Milani, « Pression directe du rayonnement solaire sur les orbites des petits astéroïdes proches de la Terre : effets observables ? » Astron. Astrophys.362 (2000) : 746-755 à 755]. La pression de rayonnement est la raison pour laquelle les queues de poussière de comète sont toujours pointées loin du soleil. Notez que la queue ionique séparée de la comète est repoussée par le vent solaire. À la connaissance de cet auteur, aucun article n'a encore été publié qui modélise la pression de rayonnement pour les astéroïdes de plusieurs kilomètres dans la ceinture d'astéroïdes. Des articles ont été publiés (Vockrouhlicky et Milani) qui concluent que la pression de rayonnement a un impact mesurable sur les orbites d'astéroïdes jusqu'à 900 mètres de diamètre lorsqu'ils sont à près de 1 UA du soleil. Conceptuellement, la pression de rayonnement devrait avoir moins d'un effet sur les plus gros astéroïdes. Pour être sensiblement affectée par la pression de rayonnement, une particule doit avoir un rapport surface/masse élevé. Plus le corps est grand, moins cela est possible, car la surface augmente de 4 & 960r 2 , tandis que le volume augmente de (4/3) & 960r 3 , permettant à plus d'espace de se remplir de masse.

[11] Parce qu'un chercheur a très gentiment partagé des données à ce sujet. D. Vokrouhlicky (correspondance électronique du 11/12/02).

[12] Pour obtenir une estimation rigoureuse, il faudrait des données de température pour une multitude de points de la surface, puis les intégrer sur toute la surface, en tenant compte des différentes directions des vecteurs de force émanant de chaque point. Ces types de calculs sont visibles sur le site de David Vokrouhlicky et Miroslav Broz : http://sirrah.troja.mff.cuni.cz/

[13] Formule de dérivation de la force : 1) Préliminaires. P=(σ)(A)(T 4 ) (puissance totale avec σ comme constante de Stefan-Boltzmann, A= πr 2 , la section transversale de l'astéroïde, T=température en Kelvins) E=h/f (énergie d'un seul photon avec h=constante de Planck et f=fréquence) p= h/λ=hf/c (expressions alternatives pour la quantité de mouvement d'un seul photon). Supposons pour simplifier que tous les photons émis sont à la même fréquence et ont donc la même quantité de mouvement. 2) Algèbre. Fait: (Puissance totale)/(énergie d'un seul photon)=nombre de photons par unité de temps : (σ)T 4 πr 2 )∕ (hf). Fait: le nombre de photons par unité de temps multiplié par la quantité de mouvement d'un seul photon est égal à la quantité de mouvement totale à un moment donné, qui est dp/dt=F (force). En rassemblant tout cela, nous avons : (σ )(T 4 )( πr 2 ) ∕ (hf) x hf/c = [(σ )(T 4 )( πr 2 ) ∕ c] = F parce que les termes hf s'annulent.

[14] Formule de Weissman, McFadden et Johnson, éd., Encyclopédie du système solaire, (San Diego: Academic Press, 1999) à 821. Notez qu'il est omis de la formule que l'expression entière doit être multipliée par cos x, où x est l'angle d'obliquité de l'astéroïde, c'est-à-dire l'inclinaison de son axe de rotation par rapport au plan du système solaire. Dérivation de formule : Elle dérive de la formule donnée dans le paragraphe précédent. Obligercôté jour moins la forcecôté nuit est :(σ)T 4 )( πr 2 ) ∕ c (côté jour) - (σ)(T 4 )( πr 2 ) ∕ c (côté nuit) = & #963πr 2 /c(T 4 -T4 N). Factoriser l'expression (T 4 -T4 N) en (T+ ΔT/2) 4 - (T-ΔT/2) 4 puis multipliez ces facteurs et simplifiez en omettant les termes non significatifs, pour obtenir 4T 4 ΔT/T, qui, une fois redistribué dans l'original la formule de force donne [4(σπr 2 T 4 ) ∕ c ][ΔT/T]. Cela concorde avec notre formule de force nette dans le texte principal, à l'exception du 8/3. Le 4 devient un 8/3 car lorsque l'astéroïde émet des photons, certains s'envolent à un angle perpendiculaire (normal) à la surface de l'astéroïde, mais beaucoup s'envolent à différents angles. Les vecteurs de force de ces photons émis selon des angles s'annulent partiellement. Par exemple, supposons que deux photons soient émis par un astéroïde et que chacun exerce une force de recul de 1 unité sur l'astéroïde. Un photon est émis à 45 degrés et un autre est émis à -45 degrés (315 degrés). La somme des deux vecteurs de force n'est pas deux, mais est de 1,41. Si un photon est émis à l'angle y, alors la composante de la force photonique contribuant à l'accélération est (cos y), la projection de la force sur la surface normale à l'emplacement de l'émission.

[15] L'"astéroïde" est la lune de Mars, Deimos, que l'on pense être un astéroïde capturé par la gravité de la planète. Elle a le mérite d'être relativement bien étudiée donc ce type de données est disponible. La masse de Deimos est de 1,8 x 10 -15 kg.

[16] Farinella et Vokrouhlicky, ci-dessus à la figure 1A. Voir aussi, W.F. Bottke, jr., et al., "Dynamical Spreading of Asteroid Families by the Yarkovsky Effect," Science 294 (2001): 1693-1695 et Morbidelli A. et Vokrouhlicky D. (2003), "The Yarkovsky-driven origin of near astéroïdes terrestres", Icare, dans la presse.

[17] P. Farinella et D. Vokrouhlicky, "Semimajor Axis Mobility of Asteroidal Fragments," Science 283 (1999): 1507-1510 Burns, Lamy et Soter, "Radiation Forces on Small Particles in the Solar System," Icare 40 (1979) : 1-48 http://lasp.colorado.edu/

[18] Joseph N. Spitale, "Atténuation des risques d'astéroïdes à l'aide de l'effet Yarkovsky », La science 296 (2002): 77.

[19] E.M. Shoemaker, R.F. Wolfe et C.S. Schoemaker, "Flux d'astéroïdes et de comètes dans le voisinage de la Terre," Document spécial de la Société géologique d'Amérique, 247 (1990): 155-170.

[20] J.K. Wilson, J. Baumbgardner, M. Mendillo, "Trois queues de la comète Hale-Bopp," Geophysical Research Letters vol. 25, non. 3 (1998). Voir, http://www.bu.edu/csp/imaging_science/planetary/comet2.html.

[21] Planète X : D.P. Whitmire et J.J. Matese, "Averses de comètes périodiques et planète X," Nature 313 (1985) : 36-38. Ceinture de Kuiper : Une concentration de comètes dormantes commençant près de Neptune (30 UA) et s'étendant au-delà des planètes (jusqu'à 100 UA = 0,0015 années-lumière).

[22] Le nuage d'Oort : Le système solaire est enfermé dans un nuage de milliards de comètes dormantes au-delà de la ceinture de Kuiper, à environ 0,15 à 1,5 années-lumière du soleil.

[23] David M. Raup, L'affaire Némésis, édition révisée, (New York : W.W. Norton & Company, 1999) et voir le site Web du professeur Richard A. Muller : http://muller.lbl.gov/pages/lbl-nem.htm.

[25] Cycle de 28 millions d'années : W. Alvarez et R.A. Muller, Preuve des âges des cratères pour les impacts périodiques sur la Terre, Nature 308 (1984) : 718-720 Cycle de 31 millions d'années : M.R. Rampino et R.B. Stothers, Nature 308 (1984): 709-712.

[26] « Ad hoc » vient d'une expression latine ad hoc negotium signifiant « à cette fin ». Une hypothèse ad hoc est « une hypothèse auxiliaire introduite dans le seul but de sauver » une théorie ou une hypothèse qui est contestée. Le défi peut provenir de nombreuses sources, y compris des lois physiques acceptées qui contredisent l'hypothèse ou des preuves expérimentales qui contredisent l'hypothèse. 1 Stephen Jay Gould donne un exemple archétypal d'une hypothèse ad hoc dans son essai, "Continental Drift". 2 Au début du XXe siècle, la théorie de la dérive des continents de Wegener n'était généralement pas acceptée. Une faiblesse majeure de la théorie était qu'il n'y avait aucun mécanisme connu pour cela. La solution finalement trouvée fut la tectonique des plaques, qui fit de la dérive des continents « la conséquence passive de notre nouvelle orthodoxie. » comme le dit Gould (à 166). Cependant, à l'époque, Wegener a proposé que la gravité était la force provoquant le mouvement des continents.

« Les physiciens ont répondu avec dérision et ont montré mathématiquement que les forces gravitationnelles sont bien trop faibles pour alimenter une pérégrination aussi monumentale. Alors Alexis du Toit, le champion sud-africain de Wegener, a tenté une approche différente. frontières, permettant aux continents de passer." p. 163

Bien que Gould ne le dise pas spécifiquement, nous devons supposer que l'idée de la radioactivité de Du Toit avait peu de base empirique ou théorique. Wegener a proposé une théorie, elle a été contestée en montrant qu'elle contredisait les connaissances scientifiques généralement acceptées, et du Toit a répondu avec une idée spécialement générée dans le but spécifique de relever le défi. Ni 'Planet X' ni 'Nemesis' ne correspondent à l'archétype de Gould.

1 : Cette définition d'« hypothèse ad hoc » est tirée de Ted Lockhart, professeur de philosophie à la Michigan Technological University, de son cours HU3700, Philosophy of Science et de The Swedish National Encyclopedia, Vol. 1, p. 54, qui est cité par le Dr Lars Tranvik de l'Université de Lund sur son site Web de cours. Les grandes lignes d'une discussion plus approfondie peuvent être trouvées dans la note de bas de page 36 de Imre Lakatos, "History of Science and its Rational Reconstructions", pp. 381-413 dans: James H. Fetzer, ed., Fondements de la philosophie des sciences : développements récents, (New York : Paragon House, 1993), qui cite ensuite d'autres sources.

2 : "La validation de la dérive des continents", dans Stephen Jay Gould, Depuis Darwin, (New York : W.W. Norton, 1977).

[27] S. Yabushita, « Sur l'hypothèse de périodicité des âges des grands cratères d'impact », Lun. Pas. R. Astron. Soc.334(2) (2002) : 369-373 L. Jetsu et J. Pelt, « Périodes Spurios dans le dossier du cratère d'impact terrestre », Astronomie et astrophysique, 353 (2000): 409-418 mais l'article suivant trouve qu'il y a une forte périodicité : M. Matsumoto et H. Kubotani, "A Statistical Test for Correlation Between Crater Formation Rate and Mass Extinctions," Lun. Pas. R. Astron. Soc. 282 (4) (1996).

[28] J.J. Matese, P.G. Whitman, D.P. Whitmire, "Preuve cométaire d'un corps massif dans le nuage d'Oort," Icare141 (1999): 354-356 J.B. Murray, "Arguments for the presence of a lointain undiscovered solar system planet," Lun. Pas. R. Astron. Soc. 309 (1999): 31-34.

[29] J. Horner et N.W. Evans, "Biases in Cometary Catalogs and Planet X," Lun. Pas. R. Astron. Soc.335(3) (2002): 641-654.

[30] Sanchez, Preston, Jones, Weissman et al., "Stellar Encounters with the Oort Cloud Based on Hipparcos Data," Le journal astronomique, 117:1042-1055 (1999)

[31] Voir G.W. Wetherill, "End Products of Cometary Evolution: Cometary Origin of Earth-Crossing Bodies of Asteroidal Appearance", pp. 537-556 dans R.L. Newburn et al., eds., Les comètes à l'ère post-Halley (Kluwer-Dordrecht, 1991). J.K. Davies et al., "La courbe de lumière et les couleurs de la planète mineure inhabituelle 1998 WU24," Icare 150(2001):69-77 et J.K. Davies, et al., "La courbe de lumière et les couleurs de la planète mineure inhabituelle 1996 PW." Icare 132 (1998):418-430.

[32] P. Nurmi, M.J. Valtonen, J.Q. Zheng, "Période de variation du flux du nuage d'Oort et impacts cométaires sur la Terre et Jupiter," Lun. Pas. R. Astron. Soc. 327 (2001): 1367-1376.

[33] J. Matese et D. Whitmire, "Tidal Imprint of Distant Galactic Matter on the Oort Comet Cloud," Le Journal d'Astrophysique, 472 (1996) : L41-L43. Le chiffre pour la marée de disque est juste la différence.

[34] D.E. Morris et R.A. Muller, « Forces gravitationnelles des marées : l'afflux de "nouvelles" comètes et pluies de comètes », Icare 65 (1986): 1-12.

[35] M.J. Valtonen, J.Q. Zheng, J.J. Matese, P.G. Whitman, « Populations proches de la Terre de corps provenant du nuage d'Oort et leurs impacts sur les planètes », Terre, Lune et Planètes, 71 (1995): 219-223.

[36] Sanchez et al., ci-dessus communication par e-mail avec P. Weissman, 02/12/02.

[37] Bien que l'auteur n'ait trouvé son travail qu'après la rédaction de cet article, Rampino et Haggerty (1996) mentionnent la marée galactique et soulignent sa signification, notant que « Dans ce cas, les événements majeurs de l'histoire de la vie (et peut-être changements géophysiques) peuvent être liés à la dynamique de la Galaxie." M.R. Rampino et B.M. Haggerty, « L'« hypothèse de Shiva » : impacts, extinctions de masse et la galaxie », Terre, Lune et planètes 72 (1996): 441-460.

[38] Nous faisons une hypothèse pour simplifier les mathématiques. Ceci est justifié par l'analogue gravitationnel de la loi de Gauss, à partir de laquelle la gravitation newtonienne peut être dérivée. Voir, B. Bertotti et P. Farinella, Physique de la Terre et du système solaire, (Dordrecht : Kluwer Academic Publishers, 1990) : pp. 1-3.

[39] Le matériel pour cette explication est tiré de : J. Matese et D. Whitmire, "Tidal Imprint of Distant Galactic Matter on the Oort Comet Cloud," Le Journal d'Astrophysique, 472 (1996) : L41-L43 J.J. Matese, K.A. Innanen, M.J. Valtonen, « Variable Oort Cloud Flux Due to the Galactic Tide », dans « Les processus de collision dans le système solaire », Bibliothèque d'astrophysique et des sciences spatiales, M. Marov, H. Rickman, éd., 261 (2001): 91-102.

[40] La formule de l'amplitude du couple est : T= (r)(F) sin θ. Voir n'importe quel manuel d'introduction à la physique de niveau universitaire, par exemple, Raymond A. Serway, La physique pour les scientifiques et les ingénieurs avec la physique moderne, 2 e édition, (Philadelphie : Holt, Rinehart et Winston, 1986) : chapitre 11.

[41] Le taux de changement de moment cinétique est le couple que le couple fournit le taux de changement de moment cinétique. Pour le voir, rappelons que dans un système linéaire, F=ma et P=mv. F=dP/dt. La force est ce qui change la quantité de mouvement d'un objet. Le couple est l'analogue rotationnel de la force. Par conséquent, puisque la force est la cause du changement du moment (linéaire), le couple est la cause du changement du moment angulaire. Voir n'importe quel texte d'introduction à la physique de niveau universitaire tel que Serway, Physique pour les scientifiques et les ingénieurs, ci-dessus., chapitre 11. Je remercie Charles R. Greenwell de m'avoir aidé à comprendre le concept de couple.


Quel est le plus gros objet sur lequel l'effet Yarkovsky a été observé ? - Astronomie

1992 BF est un astéroïde géocroiseur de classe Aten avec une magnitude absolue de 19,7, ce qui implique un diamètre d'environ 400 m. L'objet a été observé lors de cinq apparitions depuis sa découverte de 1992 à 2005. Les observations de pré-découverte datant de janvier 1953 (A. Lowe, MPS 56779, 2002) correspondent mal aux observations modernes utilisant des modèles standard de détermination d'orbite à n corps. Un examen attentif des images archivées de 1953 révèle que la prédiction orbitale basée sur les données de 1992-2005 est considérablement décalée dans une direction orthogonale à la piste de 1953, indiquant que l'incertitude temporelle n'est pas la cause du mauvais ajustement. Cependant, l'inclusion de l'accélération de Yarkovsky dans le modèle de force élimine l'écart d'observation et révèle un taux de dérive du demi-grand axe de -(10,7 ± 2) × 10 -4 UA/My. Cette valeur indique un état de spin rétrograde, avec une obliquité comprise entre 120 et 180 degrés. Des observations supplémentaires de 1992 BF en 2011 pourraient être utilisées pour contraindre la forme, la taille et l'état de spin, ce qui, combiné à l'accélération Yarkovsky, permettrait une estimation de la masse et de la densité apparente de l'objet.


Quel est le plus gros objet sur lequel l'effet Yarkovsky a été observé ? - Astronomie

L'effet Yarkovsky est une force non radiative qui peut modifier les orbites de petits corps célestes, entraînant une lente expansion ou contraction des orbites au fil du temps. L'effet est subtil (da/dt

10 -4 au/My pour un objet de 1 km de diamètre) et est donc généralement difficile à mesurer. Nous avons analysé l'astrométrie optique et radar pour 600 astéroïdes géocroiseurs (AEN) dans le but de détecter et de quantifier l'effet Yarkovsky. Nous présentons les taux de dérive mesurés pour 247 NEA, ce qui constitue le plus grand ensemble publié de détections Yarkovsky [Greenberg et al., 2020]. Nous examinons l'efficacité avec laquelle l'énergie solaire est convertie en énergie orbitale et trouvons une efficacité médiane dans notre échantillon de 12%. Nous interprétons cette efficacité en termes de spin NEA et de propriétés thermiques. Notre grande taille d'échantillon permet d'examiner l'effet Yarkovsky de manière statistique. En particulier, nous décrivons deux tests indépendants basés sur la population qui confirment l'hypothèse de la dérive orbitale de Yarkovsky. Tout d'abord, nous fournissons une confirmation observationnelle de la dépendance théorique de la taille de l'effet Yarkovsky de 1/D, où D est le diamètre, réfutant une affirmation antérieure qui suggérait le contraire. Deuxièmement, nous constatons que le rapport observé entre les taux de dérive négatifs et positifs dans notre échantillon est de 2,34, ce qui, compte tenu du biais d'échantillonnage, implique un rapport réel d'environ 2,7. Ce rapport a une probabilité extrêmement faible de se produire en raison du hasard ou du bruit statistique. Il met également en évidence un écart sérieux et non résolu avec les prédictions : le rapport observé est deux fois inférieur au rapport attendu des prédictions numériques des études de population de l'AEN et des hypothèses traditionnelles sur le sens de rotation des AEN provenant de diverses voies d'évacuation de la ceinture principale. Enfin, nous constatons que chaque apparition supplémentaire avec des observations de télémétrie radar diminue les incertitudes sur l'estimation du taux de dérive de Yarkovsky d'un facteur d'environ deux, soulignant l'importance critique de l'astrométrie radar dans la prédiction de trajectoire de l'AEN et les problèmes d'atténuation des risques.


Et la conséquence est la suivante : lorsque vous ajoutez le TYORP en simulant la dynamique de rotation de votre astéroïde, vous obtenez des équilibres, c'est-à-dire des états de rotation, qui resteraient constants par rapport au temps. En d'autres termes, dans certaines circonstances, l'état de rotation quitte les cycles YORP, pour rester bloqué dans un état donné. Ces états auraient un axe de rotation principal, qui serait soit parallèle à l'orbite, soit orthogonal. Dans ce dernier cas, la rotation peut être soit prograde, soit rétrograde.

Cette étude suggère que les auteurs ont prédit un état de rotation. Il serait bon de pouvoir tester cette prédiction, c'est-à-dire d'observer cet état de rotation parmi les astéroïdes.
L'étude ne mentionne aucune preuve observable de cette théorie. Comme les auteurs le disent honnêtement, ce n'est qu'un premier aperçu de la théorie compliquée de l'effet YORP. Des caractéristiques supplémentaires doivent être envisagées, et le mécanisme de piégeage dans ces équilibres n'est pas encore étudié ou pas encore.

Quoi qu'il en soit, il s'agit d'une étude originale, une nouvelle étape vers la pleine compréhension de l'effet YORP.


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Quel est le plus gros objet sur lequel l'effet Yarkovsky a été observé ? - Astronomie

La réflexion anisotrope et la réémission thermique de la lumière solaire à la surface d'un astéroïde agissent comme un moteur de propulsion. La force de propulsion nette (effet Yarkovsky) modifie la dynamique orbitale du corps à un rythme qui dépend de ses propriétés physiques pour les corps de forme irrégulière, la propulsion provoque un couple net (l'effet Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack ou YORP) qui peut changer la période de rotation de l'objet et la direction de son axe de rotation. L'effet Yarkovsky a été observé directement, et il existe également des preuves indirectes de son rôle dans l'évolution orbitale des astéroïdes sur de longs intervalles de temps. Jusqu'à présent, cependant, il n'existe que des preuves indirectes de l'effet YORP par le regroupement des directions des axes de rotation dans les familles d'astéroïdes. Nous rapportons ici un changement dans le taux de rotation de l'astéroïde 1862 Apollo, qui s'explique le mieux par le mécanisme YORP. Le changement est assez important et clairement visible dans les courbes de lumière photométriques, représentant un cycle de rotation supplémentaire en seulement 40 ans, même si la taille d'Apollo dépasse largement le kilomètre. Cela confirme la prédiction selon laquelle l'effet YORP joue un rôle important dans l'évolution dynamique des astéroïdes.


Contenu

Bennu a été découvert le 11 septembre 1999 lors d'un relevé d'astéroïdes géocroiseurs par le Lincoln Near-Earth Asteroid Research (LINEAR). [3] L'astéroïde a reçu la désignation provisoire 1999 RQ36 et classé comme un astéroïde géocroiseur. Bennu a été largement observé par l'Observatoire d'Arecibo et le Goldstone Deep Space Network en utilisant l'imagerie radar alors que Bennu s'approchait de près de la Terre le 23 septembre 1999. [26] [13]

Nommer Modifier

Le nom Bennu a été sélectionné parmi plus de huit mille candidatures d'étudiants de dizaines de pays à travers le monde qui ont inscrit un "Nommez cet astéroïde !" concours organisé par l'Université de l'Arizona, The Planetary Society et le projet LINEAR en 2012. [1] [9] L'étudiant de troisième année Michael Puzio de Caroline du Nord a proposé le nom en référence à l'oiseau mythologique égyptien Bennu. Pour Puzio, le vaisseau spatial OSIRIS-REx avec son bras TAGSAM étendu ressemblait à la divinité égyptienne, qui est généralement représentée comme un héron. [1]

Ses caractéristiques porteront le nom d'oiseaux et de créatures ressemblant à des oiseaux dans la mythologie. [27]

Bennu a une forme à peu près sphéroïdale, ressemblant à une toupie. L'axe de rotation de Bennu est incliné de 178 degrés par rapport à son orbite, le sens de rotation autour de son axe est rétrograde par rapport à son orbite. [7] Alors que les premières observations radar au sol indiquaient que Bennu avait une forme assez lisse avec un rocher proéminent de 10 à 20 m à sa surface, [12] les données à haute résolution obtenues par OSIRIS-REx ont révélé que la surface est beaucoup plus rugueuse avec plus de plus de 200 blocs de plus de 10 m en surface, dont le plus gros mesure 58 m de diamètre. [7] Les rochers contiennent des veines de minéraux carbonatés à albédo élevé qui se seraient formés avant la formation de l'astéroïde en raison de canaux d'eau chaude sur le corps parent beaucoup plus grand. [28] [29] Les veines vont de 3 à 15 centimètres de large et peuvent mesurer plus d'un mètre de long, beaucoup plus grandes que les veines carbonatées observées dans les météorites. [29]

Il y a une crête bien définie le long de l'équateur de Bennu. La présence de cette crête suggère que des particules de régolithe à grain fin se sont accumulées dans cette zone, peut-être en raison de sa faible gravité et de sa rotation rapide. [12] Les observations du vaisseau spatial OSIRIS-REx ont montré que Bennu tourne plus vite avec le temps. [30] Ce changement dans la rotation de Bennu est causé par l'effet Yarkovsky-O'Keefe-Radzievskii-Paddack, ou l'effet YORP. [30] En raison de l'émission inégale de rayonnement thermique de sa surface lorsque Bennu tourne à la lumière du soleil, la période de rotation de Bennu diminue d'environ une seconde tous les 100 ans. [30]

Les observations de cette planète mineure par le télescope spatial Spitzer en 2007 ont donné un diamètre effectif de 484 ± 10 m , ce qui est conforme à d'autres études. Il a un faible albédo géométrique visible de 0,046 ± 0,005 . L'inertie thermique a été mesurée et variait d'environ 19 % au cours de chaque période de rotation. C'est sur la base de cette observation que les scientifiques ont estimé (à tort) une taille de grain de régolithe modérée, allant de plusieurs millimètres à un centimètre, uniformément répartie. Aucune émission provenant d'un coma de poussière potentiel n'a été détectée autour de Bennu, ce qui met une limite de 10 6 g de poussière dans un rayon de 4750 km. [31]

Des observations astrométriques entre 1999 et 2013 ont démontré que 101955 Bennu est influencé par l'effet Yarkovsky, provoquant une dérive du demi-grand axe de son orbite de 284 ± 1,5 mètre/an en moyenne. L'analyse des effets gravitationnels et thermiques a donné une densité apparente de = 1190 ± 13 kg/m 3 , qui n'est que légèrement plus dense que l'eau. Par conséquent, la macroporosité prédite est de 40 ± 10 %, ce qui suggère que l'intérieur a une structure de tas de moellons ou même creux. [32] La masse estimée est (7,329 ± 0,009) × 10 10 kg . [7]

Photométrie et spectroscopie Modifier

Les observations photométriques de Bennu en 2005 ont donné une période de rotation synodique de 4,2905 ± 0,0065 h . Il a une classification de type B, qui est une sous-catégorie des astéroïdes carbonés. Les observations polarimétriques montrent que Bennu appartient à la rare sous-classe F des astéroïdes carbonés, qui est généralement associée à des caractéristiques cométaires. [8] Les mesures sur une gamme d'angles de phase ont montré une pente de fonction de phase de 0,040 magnitude par degré, ce qui est similaire à d'autres astéroïdes proches de la Terre avec un faible albédo. [33]

Avant OSIRIS-REx, la spectroscopie indiquait une correspondance avec les météorites à chondrite carbonée CI et/ou CM, [34] [35] [36] incluant la magnétite minérale à chondrite carbonée. [37] [38] [39] La magnétite, un produit d'eau spectralement proéminent [40] [41] [42] [43] [44] mais détruit par la chaleur, [44] est un proxy important des astronomes [45] [46 ] [47] y compris le personnel d'OSIRIS-REx. [48]

Eau Modifier

Prédit à l'avance, [49] Dante Lauretta (Université de l'Arizona) a alors déclaré que Bennu est riche en eau - déjà détectable alors que OSIRIS-REx était encore techniquement en approche. [50] [51]

Des relevés spectroscopiques préliminaires de la surface de l'astéroïde par OSIRIS-REx ont confirmé la magnétite et la liaison météorite-astéroïde, [52] [53] [54] dominée par les phyllosilicates. [55] [56] [57] Les phyllosilicates, entre autres, retiennent l'eau. [58] [59] [60] Les spectres d'eau de Bennu étaient détectables à l'approche, [53] [61] examinés par des scientifiques extérieurs, [62] [40] puis confirmés depuis l'orbite. [37] [63] [64] [65]

Les observations OSIRIS-REx ont abouti à une estimation conservatrice (autoproclamée) d'environ 7 x 10 8 kg d'eau sous une seule forme, en négligeant les formes supplémentaires. Il s'agit d'une teneur en eau de

1 % en poids, et potentiellement beaucoup plus. Cela suggère à son tour des poches d'eau transitoires sous le régolithe de Bennu. L'eau de surface peut être perdue à partir des échantillons collectés. Cependant, si la capsule de retour d'échantillon maintient des températures basses, les fragments les plus gros (à l'échelle centimétrique) peuvent contenir des quantités mesurables d'eau adsorbée et une certaine fraction des composés d'ammonium de Bennu. [65]

Activité Modifier

Bennu est un astéroïde actif, [66] [67] [68] [69] émettant sporadiquement des panaches de particules [70] [71] et des roches aussi grandes que 10 cm (3,9 in), [72] [73] (pas de poussière , défini comme des dizaines de micromètres). [74] [75] Les scientifiques émettent l'hypothèse que les rejets peuvent être causés par la fracturation thermique, le rejet volatil par déshydratation de phyllosilicates, les poches d'eau souterraine, [65] et/ou les impacts de météorites. [73]

Avant l'arrivée d'OSIRIS-REx, Bennu avait affiché une polarisation cohérente avec la comète Hale-Bopp et 3200 Phaethon, une comète rocheuse. [8] Bennu, Phaethon et les comètes Manx inactives [76] sont des exemples d'astéroïdes actifs. [77] [78] [68] Les astéroïdes de type B affichant une couleur bleue en particulier, peuvent être des comètes dormantes. [79] [80] [81] [82] [65] Si l'UAI déclare que Bennu est un objet à double statut, sa désignation de comète serait P/ 1999 RQ36 (LINÉAIRE). [83]

Fonctionnalités de surface Modifier

Toutes les caractéristiques géologiques de Bennu portent le nom de diverses espèces d'oiseaux et de figures ressemblant à des oiseaux dans la mythologie. [85] Les premières caractéristiques à être nommées étaient les quatre derniers sites d'échantillonnage candidats OSIRIS-REx, qui ont reçu des noms non officiels par l'équipe en août 2019. [86] Le 6 mars 2020, l'IAU a annoncé les premiers noms officiels de 12 surfaces Bennu. caractéristiques, y compris regiones (grandes régions géographiques), cratères, dorsa (crêtes), fossae (rainures ou tranchées) et saxa (rochers et rochers). [87]

Exemples de sites candidats Modifier

Quatre derniers sites d'échantillonnage candidats OSIRIS-REx [88]
Nom Emplacement La description
Rossignol 56°N 43°E Matériau abondant à grain fin avec une grande variation de couleur. Site primaire de prélèvement d'échantillons. [89]
Martin-pêcheur 11°N 56°E Un cratère relativement nouveau avec la signature d'eau la plus élevée des quatre sites.
Balbuzard 11°N 80°E Situé sur une parcelle à faible albédo avec une grande variété de roches. Site de collecte d'échantillons de sauvegarde. [89]
Bécasseau 47°S 322°E Situé entre deux jeunes cratères, situés en terrain accidenté. Les minéraux varient en luminosité avec des notes de minéraux hydratés.

Le 12 décembre 2019, après un an de cartographie de la surface de Bennu, un site cible a été annoncé. Nommée Nightingale, la zone est proche du pôle nord de Bennu et se trouve à l'intérieur d'un petit cratère dans un plus grand cratère. Osprey a été sélectionné comme site d'échantillonnage de sauvegarde. [89]

Fonctionnalités nommées par l'IAU Modifier

Liste des caractéristiques de surface Bennu officielles nommées par l'IAU [90]
Nom Nommé après Emplacement
Aellopus Saxum Aello, l'une des sœurs harpie mi-oiseau mi-femme de la mythologie grecque 25,44°N 335,67°E
Aetos Saxum Aetos, compagnon de jeu d'enfance du dieu Zeus qui a été transformé en aigle de la mythologie grecque 3.46°N 150.36°E
Amihan Saxoum Amihan, divinité oiseau de la mythologie philippine 17,96°S 256,51°E
Benben Saxoum Benben, monticule primordial égyptien antique qui a surgi des eaux primordiales Nu 45,86°S 127,59°E
Boobrie Saxum Boobrie, entité métamorphe de la mythologie écossaise qui prend souvent la forme d'un oiseau d'eau géant 48.08°N 214.28°E
Camulatz Saxum Camulatz, l'un des quatre oiseaux du mythe de la création K'iche dans la mythologie maya 10,26°S 259,65°E
Celaeno Saxum Celaeno, l'une des sœurs harpie mi-oiseau mi-femme de la mythologie grecque 18.42°N 335.23°E
Ciinkwia Saxum Ciinkwia, des êtres du tonnerre de la mythologie algonquienne qui ressemblent à des aigles géants 4.97°S 249.47°E
Dodo Saxoum Dodo, un personnage d'oiseau dodo de Les aventures d'Alice au Pays des Merveilles 32.68°S 64.42°E
Gamayun Saxoum Gamajun, oiseau prophétique de la mythologie slave 9,86°N 105,45°E
Gargouille Saxum Gargouille, monstre ressemblant à un dragon avec des ailes 4.59°N 92.48°E
Gullinkambi Saxum Gullinkambi, coq de la mythologie nordique qui vit à Valhalla 18,53°N 17,96°E
Huginn Saxum Huginn, l'un des deux corbeaux qui accompagnent le dieu Odin dans la mythologie nordique 29.77°S 43.25°E
Kongamato Saxum Kongamato, créature volante géante de la mythologie Kaonde 5,03°N 66,31°E
Muninn Saxum Muninn, l'un des deux corbeaux qui accompagnent le dieu Odin dans la mythologie nordique 29.34°S 48.68°E
Ocypète Saxum Ocypete, l'une des sœurs harpie mi-oiseau mi-femme de la mythologie grecque 25.09°N 328.25°E
Odette Saxum Odette, princesse qui se transforme en cygne blanc au lac des cygnes 44,86°S 291,08°E
Odile Saxoum Odile, le cygne noir du lac des cygnes 42,74°S 294,08°E
Pouakai Saxum Poukai, oiseau monstrueux de la mythologie maorie 40,45°S 166,75°E
Roc Saxum Roc, oiseau de proie géant de la mythologie arabe 23.46°S 25.36°E
Simurgh Saxum Simurgh, oiseau bienveillant qui possède toutes les connaissances de la mythologie iranienne 25.32°S 4.05°E
Strix Saxum Strix, oiseau de mauvais augure de la mythologie romaine 13,4°N 88,26°E
Thorondor Saxum Thorondor, le roi des aigles de la Terre du Milieu de Tolkien 47,94°S 45,1°E
Région de Tlanuwa Tlanuwa, oiseaux géants de la mythologie Cherokee 37,86°S 261,7°E

Le matériau carboné qui compose Bennu provient à l'origine de l'éclatement d'un corps parent beaucoup plus grand - un planétoïde ou une proto-planète. Mais comme presque toutes les autres matières du système solaire, les origines de ses minéraux et de ses atomes se trouvent dans des étoiles mourantes telles que les géantes rouges et les supernovae. [91] Selon la théorie de l'accrétion, ce matériau s'est réuni il y a 4,5 milliards d'années lors de la formation du système solaire.

La minéralogie de base et la nature chimique de Bennu auraient été établies au cours des 10 premiers millions d'années de la formation du système solaire, où la matière carbonée a subi un réchauffement géologique et une transformation chimique à l'intérieur d'un planétoïde beaucoup plus grand ou d'une proto-planète capable de produire la pression requise, chaleur et hydratation (si nécessaire) en minéraux plus complexes. [12] Bennu a probablement commencé dans la ceinture d'astéroïdes intérieure en tant que fragment d'un corps plus grand d'un diamètre de 100 km. Les simulations suggèrent qu'il y a 70 % de chances qu'il provienne de la famille Polana et 30 % de chances qu'il provienne de la famille Eulalia. [92] Les impacteurs sur les rochers de Bennu indiquent que Bennu est en orbite proche de la Terre (séparée de la ceinture d'astéroïdes principale) depuis 1 à 2,5 millions d'années. [93]

Par la suite, l'orbite a dérivé en raison de l'effet Yarkovsky et des résonances de mouvement moyen avec les planètes géantes, telles que Jupiter et Saturne. Diverses interactions avec les planètes combinées à l'effet Yarkovsky ont modifié l'astéroïde, modifiant éventuellement sa rotation, sa forme et ses caractéristiques de surface. [94]

Cellino et al. ont suggéré une origine cométaire possible pour Bennu, basée sur des similitudes de ses propriétés spectroscopiques avec des comètes connues. La fraction estimée de comètes dans la population d'objets proches de la Terre est de 8 % ± 5 %. [8] Cela inclut la comète rocheuse 3200 Phaethon, découverte à l'origine comme, et toujours numérotée comme un astéroïde. [95] [96]

Bennu orbite actuellement autour du Soleil avec une période de 1,1955 ans. La Terre se rapproche à environ 480 000 km (0,0032 au) de son orbite entre le 23 et le 25 septembre. Le 22 septembre 1999, Bennu a dépassé 0,0147 au de la Terre, et six ans plus tard, le 20 septembre 2005, il a dépassé 0,033 au de la Terre. Les prochaines approches rapprochées de moins de 0,09 au seront le 30 septembre 2054 puis le 23 septembre 2060, ce qui perturbera légèrement l'orbite. Entre l'approche rapprochée de 1999 et celle de 2060, la Terre complète 61 orbites et Bennu 51. Une approche encore plus rapprochée aura lieu le 23 septembre 2135 entre 0,0008 et 0,0036 au (voir ci-dessous). [1] Au cours des 75 années entre les approches 2060 et 2135, Bennu effectue 64 orbites, ce qui signifie que sa période sera passée à environ 1,17 an.

Bennu approche moins de 0,05 UA
Incertitude de position et divergence croissante [1]
Date JPL SBDB
nominal géocentrique
distance (AU)
incertitude
Région
(3-sigma)
2054-09-30 0,0392991 UA (5,87906 millions de km) ±46 km
2060-09-23 0,005008 UA (749,2 mille km) ±42 km
2080-09-22 0,0155615 UA (2,32797 millions de km) ±21 mille km
2135-09-25 0,0019912 AU (297,88 mille km) ±210 mille km
2196-09-24 0,03 UA (4,5 millions de km) (Horizons) [97]
2,2 UA (330 millions de km) (NEODyS) [98]
±370 millions de km [97]

Impact possible de la Terre Modifier

En moyenne, on peut s'attendre à ce qu'un astéroïde d'un diamètre de 500 m (1 600 pi 0,31 mi) ait un impact sur la Terre tous les 130 000 ans environ. [99] Une étude dynamique réalisée en 2010 par Andrea Milani et ses collaborateurs a prédit une série de huit impacts potentiels de la Terre par Bennu entre 2169 et 2199. La probabilité cumulative d'impact dépend des propriétés physiques de Bennu qui étaient mal connues à l'époque, mais a été trouvée ne pas dépasser 0,071% pour les huit rencontres. [100] Les auteurs ont reconnu qu'une évaluation précise de la probabilité d'impact de la Terre de 101955 Bennu nécessiterait un modèle de forme détaillé et des observations supplémentaires (soit depuis le sol, soit depuis un vaisseau spatial visitant l'objet) pour déterminer l'ampleur et la direction de l'effet Yarkovsky. .

La publication du modèle de forme et de l'astrométrie basée sur les observations radar obtenues en 1999, 2005 et 2011 [26] a permis une meilleure estimation de l'accélération Yarkovsky et une évaluation révisée de la probabilité d'impact. La meilleure estimation actuelle (à partir de 2014) [mise à jour] de la probabilité d'impact est une probabilité cumulée de 0,037% dans l'intervalle de 2175 à 2196. [101] Cela correspond à un score cumulé sur l'échelle de Palerme de −1,71. Si un impact devait se produire, l'énergie cinétique attendue associée à la collision serait de 1 200 mégatonnes en équivalent TNT (à titre de comparaison, l'équivalent TNT de Little Boy était d'environ 0,015 mégatonne). [11]

2060 approche rapprochée Modifier

Bennu passera à 0,005 au (750 000 km 460 000 mi) de la Terre le 23 septembre 2060, [1] tandis que la distance orbitale moyenne de la Lune (Distance lunaire, LD) est de 384 402 km (238 856 mi) aujourd'hui et sera de 384 404 km dans 50 ans. Il sera trop sombre pour être vu avec des jumelles ordinaires. [102] L'approche rapprochée de 2060 provoque une divergence dans l'approche rapprochée de 2135. Le 25 septembre 2135, la distance d'approche nominale est de 0,002 au (300 000 km 190 000 mi) de la Terre, mais Bennu pourrait passer aussi près que 0,0007 au (100 000 km 65 000 km). [1] Il n'y a aucune chance d'impact avec la Terre en 2135. [103] [11] L'approche 2135 créera de nombreuses lignes de variations et Bennu pourrait passer à travers un trou de serrure gravitationnel lors du passage en 2135, ce qui pourrait créer un scénario d'impact à l'avenir. rencontrer. Les trous de serrure font tous moins de 55 km de large. [101]

Le 25 septembre 2175, il y a 1 chance sur 24 000 d'un impact terrestre, [11] mais la trajectoire nominale a l'astéroïde à plus de 1 UA de la Terre à cette date. [104] L'impacteur virtuel le plus menaçant est le 24 septembre 2196 lorsqu'il y a 1 chance sur 11 000 d'un impact terrestre, [11] mais l'astéroïde devrait toujours se trouver à plusieurs millions de kilomètres de la Terre. [97] Il y a une chance cumulée de 1 sur 2 700 d'un impact sur la Terre entre 2175 et 2199. [11]

À long terme Modifier

Lauretta et al. ont rapporté en 2015 leurs résultats d'une simulation informatique, concluant qu'il est plus probable que 101955 Bennu soit détruit par une autre cause :

L'orbite de Bennu est intrinsèquement dynamiquement instable, comme le sont celles de tous les objets géocroiseurs.Afin de glaner des informations probabilistes sur l'évolution future et le destin probable de Bennu au-delà de quelques centaines d'années, nous avons suivi 1 000 "Bennus" virtuels pendant un intervalle de 300 Myr avec les perturbations gravitationnelles des planètes Mercure-Neptune incluses. Nos résultats. indiquent que Bennu a 48% de chance de tomber dans le Soleil. Il y a une probabilité de 10% que Bennu soit éjecté du système solaire interne, très probablement après une rencontre rapprochée avec Jupiter. La probabilité d'impact la plus élevée pour une planète est avec Vénus (26 %), suivie de la Terre (10 %) et de Mercure (3 %). Les chances que Bennu heurte Mars ne sont que de 0,8% et il y a 0,2% de chances que Bennu finisse par entrer en collision avec Jupiter. [94]

Astéroïdes de magnitude absolue inférieure à 21 passant à moins d'une distance lunaire de la Terre
Astéroïde Date Distance d'approche nominale (LD) Min. distance (LD) Max. distance (LD) Magnitude absolue (H) Taille (mètres)
(152680) 1998 KJ 9 1914-12-31 0.606 0.604 0.608 19.4 279–900
(458732) 2011 DM 5 1918-09-17 0.911 0.909 0.913 17.9 556–1795
(163132) 2002 UC 11 1925-08-30 0.903 0.901 0.905 18.5 443–477
2017 VW 13 2001-11-08 0.454 0.318 3.436 20.7 153–494
(153814) 2001 WN 5 2028-06-26 0.647 0.647 0.647 18.2 921–943
99942 Apophis 2029-04-13 0.0981 (GEO est 0,109) 0.0963 0.1000 19.7 310–340
2005 WY 55 2065-05-28 0.865 0.856 0.874 20.7 153–494
101955 Bennu 2135-09-25 0.780 0.308 1.406 20.19 472–512
(153201) 2000 WO 107 2140-12-01 0.634 0.631 0.637 19.3 427–593

Pluie de météores Modifier

En tant qu'astéroïde actif avec une petite distance minimale d'intersection de l'orbite de la Terre, Bennu peut être le corps parent d'une faible pluie de météores. Les particules de Bennu irradieraient vers le 25 septembre depuis la constellation australe du Sculpteur. [105] Les météores devraient être proches de la limite à l'œil nu et ne produire qu'un taux horaire Zenith inférieur à 1. [105]

La mission OSIRIS-REx du programme New Frontiers de la NASA a été lancée vers 101955 Bennu le 8 septembre 2016. Le 3 décembre 2018, la sonde est arrivée sur l'astéroïde Bennu après un voyage de deux ans. [18] Une semaine plus tard, lors de la réunion d'automne de l'American Geophysical Union, les enquêteurs ont annoncé qu'OSIRIS-REx avait découvert des preuves spectroscopiques de minéraux hydratés à la surface de l'astéroïde, ce qui implique que de l'eau liquide était présente dans le corps parent de Bennu avant qu'il ne se sépare. [106] [7]

Le 20 octobre 2020, OSIRIS-REx est descendu sur l'astéroïde et l'a "collé" [21] tout en collectant avec succès un échantillon. [107] OSIRIS-REx devrait renvoyer des échantillons sur Terre en 2023 [108] via une capsule parachutée, finalement, du vaisseau spatial à la surface de la Terre dans l'Utah le 24 septembre. [21] Le 7 avril 2021, OSIRIS-REx a terminé son dernier survol de l'astéroïde et a commencé à s'en éloigner lentement. [109] Le 10 mai 2021, le départ s'est achevé avec OSIRIS-REx tout en parvenant à contenir l'échantillon d'astéroïde. [25]

Sélection Modifier

L'astéroïde Bennu a été sélectionné parmi plus d'un demi-million d'astéroïdes connus par le comité de sélection OSIRIS-REx. La principale contrainte de sélection était la proximité de la Terre, car la proximité implique une faible impulsion (Δv) requise pour atteindre un objet depuis l'orbite terrestre. [110] Les critères stipulaient un astéroïde sur une orbite avec une faible excentricité, une faible inclinaison et un rayon orbital de 0,8 à 1,6 au. [111] De plus, l'astéroïde candidat à une mission de retour d'échantillon doit avoir un régolithe lâche à sa surface, ce qui implique un diamètre supérieur à 200 mètres. Les astéroïdes plus petits que cela tournent généralement trop vite pour retenir la poussière ou les petites particules. Enfin, le désir de trouver un astéroïde avec du carbone vierge du système solaire primitif, comprenant peut-être des molécules volatiles et des composés organiques, a encore réduit la liste.

Avec les critères ci-dessus appliqués, cinq astéroïdes sont restés candidats pour la mission OSIRIS-REx, et Bennu a été choisi, en partie pour son orbite potentiellement dangereuse. [111]

Une compilation d'images radar de l'astéroïde Bennu (à gauche) et un modèle de forme 3D correspondant. (droite)

Cette photo, prise par la sonde spatiale OSIRIS-REx le 2 novembre 2018, faisait partie d'une séquence d'images collectées pour montrer l'astéroïde 101955 Bennu en rotation. Bennu mesure environ 200 pixels de large dans cette photo.

Animation d'OSIRIS-REx prélevant un échantillon de la surface de Bennu.

Modèle de forme 3D de Bennu réalisé à partir d'images OSIRIS-REx.

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      ·Prédiction d'obs·Informations orbitales·MOID·Éléments appropriés·Infos obs·Fermer·Informations physiques·NEOCC
    • ·Découverte·éphémérides·Diagramme d'orbite·Éléments orbitaux·Paramètres physiques

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    Un examen de la thermophysique et des effets Yarkovsky et YORP des astéroïdestwo ☆,☆☆

    La thermophysique des astéroïdes est devenue une frontière importante pour la recherche sur les astéroïdes ces dernières années. Dans cet article, nous avons présenté les modèles thermophysiques couramment utilisés dans ce domaine, en utilisant ces modèles thermophysiques et en combinant avec les données observées par les télescopes IR spatiaux ou au sol, certains paramètres thermophysiques des astéroïdes, tels que l'inertie thermique, l'albédo, le diamètre effectif, la rugosité de surface et la température de surface, etc., peuvent être dérivés. Nous avons également évoqué le modèle de forme et l'observation IR des astéroïdes, ainsi que les paramètres thermophysiques obtenus pour une partie des astéroïdes. Ces paramètres thermophysiques peuvent également être appliqués à l'étude de l'effet Yarkovsky des astéroïdes, de l'effet YORP, etc., et peuvent même fournir les informations pertinentes pour l'atterrissage de l'engin spatial sur la surface de l'astéroïde et la mission de retour d'un engin spatial après l'échantillonnage de l'astéroïde.


    Quel est le plus gros objet sur lequel l'effet Yarkovsky a été observé ? - Astronomie

    L'effet Yarkovsky est un processus thermique agissant sur les orbites de petits corps célestes, ce qui peut entraîner une expansion ou une contraction lente de ces orbites avec le temps. L'effet est subtil (da/dt

    10^-4 au/My pour un objet de 1 km de diamètre) et est donc généralement difficile à mesurer. Nous avons analysé l'astrométrie optique et radar pour 600 astéroïdes géocroiseurs (AEN) dans le but de détecter et de quantifier l'effet Yarkovsky. Nous présentons 247 NEA avec des taux de dérive mesurés, qui est le plus grand ensemble publié de détections Yarkovsky. Cette grande taille d'échantillon permet d'examiner l'effet Yarkovsky d'une manière statistique. En particulier, nous décrivons deux tests indépendants basés sur la population qui vérifient la mesure de la dérive orbitale de Yarkovsky. Premièrement, nous fournissons une confirmation observationnelle de la dépendance théorique de 1/D de l'effet Yarkovsky, où D est le diamètre. Deuxièmement, nous constatons que le rapport observé entre les taux de dérive négatifs et positifs dans notre échantillon est de 2,34, ce qui, compte tenu du biais et de l'incertitude d'échantillonnage, implique un rapport réel de 2,7 $^<+0,3>_<-0,7>$. Ce rapport a une probabilité extrêmement faible de se produire en raison du hasard ou du bruit statistique. Le rapport observé des rotateurs rétrogrades aux progrades est deux fois inférieur au rapport attendu des prédictions numériques des études de population de l'AEN et des hypothèses traditionnelles sur le sens de rotation des AEN provenant de diverses voies d'évacuation de la ceinture principale. Nous examinons également l'efficacité avec laquelle l'énergie solaire est convertie en énergie orbitale et trouvons une efficacité médiane dans notre échantillon de 12%. Nous interprétons cette efficacité en termes de spin NEA et de propriétés thermiques.