À la chasse aux astéroïdes

Introduction

Les astéroïdes, ou planètes mineures, sont des objets poussiéreux, rocheux et métalliques qui gravitent autour du Soleil et qui sont trop petits pour être considérés comme des planètes. Des dizaines de milliers d'astéroïdes ont été découverts jusqu'à présent et plus de 12000 ont reçu un nom officiel.

Le plus grand, Cérès, a un diamètre de 1000 km alors que les plus petits sont de la taille d'un caillou. Seuls 15 astéroïdes de plus de 240 km de diamètre ont été détectés, et si on fusionnait tous les astéroïdes connus, on obtiendrait un objet plus petit que la Lune (dont le diamètre est de 3500 km).

La plupart des astéroïdes se trouvent dans la Ceinture d'astéroïdes, entre les orbites de Mars et de Jupiter, mais d'autres ont des orbites qui les rapprochent considérablement de la Terre : ceux-ci sont appelés géocroiseurs (Near-Earth Objects, NEOs). S'ils se trouvent sur une trajectoire de collision avec la Terre, ils sont appelés météoroïdes. Quand un météoroïde entre dans l'atmosphère à haute vélocité, la friction provoque sa combustion et produit une traînée de lumière appelée météore. Si le météoroïde ne se désintègre pas complètement, ce qui reste heurte la surface de la Terre et devient une météorite.

Bien qu'un bon nombre d'astéroïdes heurtent la Terre chaque jour, ils sont trop petits pour causer des dégâts. Pourtant, il y en a eu de plus gros par le passé : le cratère Barringer en Arizona (Etats-Unis) d'un diamètre de 1,186 km a été formé il y a environ 50000 ans par un météore d'un diamètre estimé de 40 m. Ce genre de catastrophes se produisent environ tous les 1000 ans, mais la plupart des cratères ne sont pas visibles à cause de l'érosion ou de la végétation ou parce qu'ils se trouvent au fond des océans.

Bien qu’il soit très peu probable qu’un gros astéroïde géocroiseur heurte la Terre de notre vivant, des astronomes travaillent dur pour trouver et traquer le plus grand nombre de géocroiseurs possible^w1. Détecté suffisamment tôt, un gros géocroiseur menaçant la Terre pourrait être « chassé » de sa trajectoire pour éviter qu’il ne s’écrase sur la Terre.

Comment les détecter ? Alors que la position des étoiles reste la même d’une nuit à l’autre, la Lune, les planètes et les astéroïdes vagabondent lentement au milieu des étoiles. Contrairement à la plupart des planètes, les astéroïdes ne sont pas assez lumineux pour être vus à l’œil nu. Il faut utiliser des jumelles ou un télescope pour pouvoir les observer.

L’activité suivante, conçue par le National Schools’ Observatory^w2 de Grande-Bretagne (NSO, voir encadré), permettra aux élèves de 7 à 19 ans de traquer des astéroïdes au moyen d’images générées par le télescope entièrement robotisé le plus grand du monde, le Télescope Liverpool, installé sur l’Ile de La Palma aux Canaries en Espagne (8 m de hauteur, 25 tonnes, équipé de miroirs de 2 m de diamètre). En utilisant les mêmes techniques que les astronomes professionnels, les élèves apprennent rapidement à déceler des astéroïdes réels à partir d’observations réelles. Il est possible que les plus jeunes aient besoin d’une brève introduction de la part de leurs professeurs qui pourront utiliser le matériel de support disponible en ligne^w3. Les élèves plus âgés peuvent aller plus loin et calculer la vitesse des astéroïdes détectés (voir l’exercice avancé ci-dessous) et faire un compte-rendu de leurs résultats. L’atelier combine technologie de l’information, physique et maths dans une activité amusante de découverte.

Surveillance d’astéroïdes

Préparation

Tout le matériel nécessaire est disponible gratuitement sur Internet^w3 sans inscription. Chaque élève (ou binôme) devra avoir accès à un ordinateur équipé de Microsoft Windows^®. Une connexion Internet n’est pas requise si les fichiers sont téléchargés d’avance.

1. Téléchargez et installer le logiciel spécialisé LTImage. Cet outil de traitement d’images a été développé par le NSO et adapté pour un usage scolaire simplifié. LTImage fonctionne avec tous les types d’images au format FITS, c’est-à-dire avec des images obtenues par la plupart des télescopes du monde. Un guide vidéo d’utilisation du logiciel est disponible en ligne.
2. Téléchargez les notes du professeur, la présentation d’introduction PowerPoint^®, et une série de notes de l’étudiant (disponibles pour les tranches d’âge 7-11 ans et 11-16 ans, les élèves plus âgés n’auront probablement pas besoin de notes).
3. Expliquez l’activité à l’aide de la présentation PowerPoint.
4. Distribuez un exemplaire des notes de l’étudiant à chaque élève.

Pour une explication pas à pas de l’utilisation du logiciel LTImage, voir les notes du professeur.

Observation

Pour détecter le mouvement des astéroïdes, on a besoin d’images du ciel prises à des moments différents de la nuit pour que la position des astéroïdes ait changé dans l’intervalle. Pour s’assurer que le mouvement observé est authentique, on utilisera un ensemble de quatre images prises à un intervalle de 30 minutes.

Vous trouverez les images dans la section « Data files » de l’activité « Hunting for Asteroids » ^w3.

Les fichiers ah_demo-1.fits à ah_demo-4.fits sont des simulations qui peuvent être utilisées pour s’entraîner. Les fichiers ahunt-10-1-1.fits à ahunt-10-1-4.fits proviennent d’observations réelles du géocroiseur 2001 GQ2, réalisées juste avant minuit le 5 avril 2009.

1. Enregistrez les 8 images sur votre ordinateur. Pour votre premier essai, utilisez la série de démonstration dont les images (ah-demo-1, ah-demo-2 etc.) contiennent des astéroïdes simulés à détecter.

Détection d’astéroïdes

2. Lancez LTImage et chargez la première image.

Il se peut que vous soyez déçu(e) par la probable obscurité de l’image. Ne vous inquiétez pas, c’est normal et corrigible : la caméra du Télescope Liverpool a été conçue pour compter le nombre de photons incidents et non pas pour prendre de belles photos. Il est possible que certains détails de l’image soient trop sombres –par rapport aux étoiles qui les entourent– pour être vus. L’échelle de l’image doit être ajustée à l’aide des deux barres de défilement pour faire apparaître les détails des objets les moins lumineux.

3. Chargez et ajustez l’échelle des trois autres images.

4. Pour la recherche d’astéroïdes, on utilise la technique dite du blinking (scintillement). Pour faire scintiller l’image, il faut regarder la fenêtre de visualisation principale de LTImage et faire défiler les 4 prises successivement. Par exemple, regardez la première image pendant une demie seconde, puis la deuxième, la troisième et, enfin, la quatrième. Revenez ensuite sur la première et répétez l’opération.

Contrairement aux étoiles qui restent fixes, les astéroïdes se déplacent. C’est tout ce qu’il y a à faire : obtenir plusieurs images, les faire scintiller, et si quelque chose bouge (en ligne droite), c’est un astéroïde.

Sur la série d’images de démonstration, vous devriez pouvoir repérer deux astéroïdes (l’un étant plus difficile à identifier que l’autre). Continuez à faire scintiller les images jusqu’à ce que vous en soyez certain(e). Il peut être utile de faire varier le temps de visualisation de chaque image. Remarquez que les étoiles peuvent donner l’impression d’osciller à cause des variations du vent et d’orientation du télescope, mais le mouvement des astéroïdes est plus évident.

5. Quand vous êtes satisfait(e) d’avoir trouvé au moins un objet en mouvement sur les images de démonstration, essayez de découvrir l’astéroïde sur la série des quatre images réelles.

Mesure de la position d’un géocroiseur

6. Après avoir détecté un géocroiseur par blinking, l’étape suivante est de mesurer la position de celui-ci. Pour connaître ses coordonnées en pixel sur chaque image, utilisez l’outil « Image Examine » de LTImage. Reportez-vous à la section « Measuring the position of near-Earth objects (NEOs) » du site web de l’activité « Asteroid Watch »^w3 pour des instructions plus détaillées.
7. Pour obtenir les coordonnées X et Y, positionnez le curseur de la souris juste en-dessous de la mire dans la fenêtre « Examine ».
8. Répétez l’opération pour chaque géocroiseur et pour chaque image. N’oubliez pas de noter tous vos relevés.

Pour de vrai

Maintenant que vous avez compris comment ça marche, vous êtes prêt(e) pour télécharger des observations plus récentes de géocroiseurs réels et sur lesquels les astronomes veulent en savoir un peu plus. Les images correspondent à des zones où des géocroiseurs récemment découverts pourraient se trouver. Ces observations sont utiles pour affiner le calcul de leurs orbites. Puisqu’il s’agit de données de recherche réelle, on ne peut pas savoir avec certitude où se trouvera le géocroiseur sur l’image ou si, tout simplement, il y aura un géocroiseur sur l’image. Mais il devrait y en avoir. Bien entendu, il existe une petite probabilité pour qu’un astéroïde inconnu apparaisse aussi dans le même champ de vision.

9. Téléchargez une série de quatre images dans la section « Download some recent observations to analyse » du site web de l’activité « Asteroid Watch »^w3. N’oubliez pas de noter le code ID du groupe d’images, vous en aurez besoin au moment d’envoyer vos résultats.
10. Ajustez l’échelle et faites scintiller les images. Mesurez la position des géocroiseurs que vous trouvez. Il y en aura au moins un dans la plupart des observations : dans 10% des cas, il n’y en aura aucun et dans 1% des cas, il y en aura deux.

Envoi des résultats

Pour soumettre vos résultats (le relevé des coordonnées X et Y des géocroiseurs récemment identifiés), allez à « Report your results » sur le site web de l’activité « Asteroid Watch ». Les résultats utiles (non spam) seront envoyés au Minor Planet Center^w4 de l’Union astronomique internationale pour l’amélioration du calcul des orbites.

Exercice avancé : calcul de la vitesse d’un astéroïde

Si vous avez le temps et si vous vous sentez à l’aise pour faire un peu de maths avec vos élèves, vous pouvez utiliser la série d’images de démonstration et quelques uns des outils de LTImage pour calculer la distance parcourue et la vitesse de l’astéroïde. Pour les instructions, téléchargez la feuille d’exercices « More able tasks » sur le site web de l’activité « Hunting for Asteroids »^w3.