Une récente étude de la NASA, menée par une équipe dirigée par Jacob Kegerreis, révèle comment Mars a acquis ses lunes. Grâce à des simulations avancées, les chercheurs proposent que la destruction d’un astéroïde par la gravité de Mars ait entraîné des collisions générant les lunes Phobos et Deimos, défiant nos idées établies.
La NASA a utilisé des simulations de superordinateurs pour parvenir à une révélation inattendue, éventuellement « perturbante », concernant un mystère martien ancien : comment Mars a obtenu ses lunes ? Selon les découvertes, le premier pas aurait impliqué la destruction d’un astéroïde.
Mars et son pouvoir destructeur
L’équipe de recherche, dirigée par Jacob Kegerreis, chercheur au Centre de recherche Ames de la NASA en Californie, a découvert qu’un astéroïde passant près de Mars aurait pu être perturbé – une façon polie de dire « destruire » – par l’attraction gravitationnelle intense de la planète rouge.
Les simulations de l’équipe montrent que les fragments rocheux résultants se dispersent dans diverses orbites autour de Mars. Plus de la moitié des fragments auraient échappé au système de Mars, mais d’autres seraient restés en orbite.
Tirés par la gravité de Mars et du Soleil, dans les simulations, certains des fragments restants sont placés sur des trajectoires de collision les uns avec les autres, chaque rencontre les « réduisant » davantage et éparpillant encore plus de débris.
De la collision résultent des dizaines ou des centaines de fragments. Certains ont pu échapper à l’attraction de la planète, mais deux de ces morceaux de roche sont restés accrochés à Mars.
Les lunes martiennes, Phobos et Deimos, issus d’une destruction puissante
Après de nombreuses collisions, de plus petits morceaux et des débris de l’ancien astéroïde auraient pu se déposer dans un disque autour de la planète. Avec le temps, il est probable qu’une partie de ce matériel se soit agrégré, formant possiblement les deux petites lunes de Mars, Phobos et Deimos.
Pour évaluer si cette chaîne d’événements était réaliste, l’équipe de recherche a exploré des centaines de simulations différentes d’approches rapprochées, variant la taille, la rotation, la vitesse et la distance de l’astéroïde lors de sa plus proche approche de la planète.
L’équipe a utilisé son code informatique de haute performance et open source, nommé SWIFT, et les systèmes informatiques avancés de l’Université de Durham au Royaume-Unis, pour étudier en détail à la fois la perturbation initiale et, en utilisant un autre code, les orbites subséquentes des débris.
Dans un article publié le 20 novembre dans la revue Icarus, les chercheurs indiquent que dans de nombreux scénarios, des fragments d’astéroïdes suffisants survivent et entrent en collision en orbite, fournissant ainsi la matière première pour former les lunes.
Il est excitant d’explorer une nouvelle option pour la formation de Phobos et Deimos – les seules lunes de notre système solaire qui orbitent une planète rocheuse au-delà de la Terre. De plus, ce nouveau modèle fait des prédictions différentes concernant les propriétés des lunes qui peuvent être testées par rapport aux idées standards pour cet événement clé de l’histoire de Mars.
Explique le chercheur Jacob Kegerreis.
Deux roches, selon des origines ambiguës, de Mars
Deux hypothèses principales existent concernant la formation des lunes martiennes.
La première suggère que deux astéroïdes passent auraient été capturés par la gravité de Mars, ce qui pourrait expliquer l’apparence « astéroïdale » des lunes. L’autre indique qu’un impact géant sur la planète a libéré suffisamment de matériel – un mélange de Mars et de débris de l’objet impacteur – pour former un disque et, finalement, les lunes. Les scientifiques pensent qu’un processus similaire a formé la Lune de la Terre.
La seconde hypothèse explique mieux les trajectoires que les lunes empruntent actuellement – sur des orbites presque circulaires qui s’alignent étroitement avec l’équateur de Mars. Toutefois, un impact géant expulse du matériel vers un disque qui, en grande partie, reste proche de la planète. Les lunes de Mars, en particulier Deimos, se trouvent assez éloignées de la planète et se seraient probablement également formées là-bas.
Notre idée permet une distribution plus efficace du matériel qui forme les lunes dans les régions extérieures du disque. Cela signifie qu’un astéroïde « parent » beaucoup plus petit peut néanmoins fournir suffisamment de matériaux pour envoyer les éléments constitutifs des lunes au bon endroit.
A déclaré Jack Lissauer, chercheur à Ames et co-auteur de l’article scientifique.
Tester différentes idées sur la formation des lunes de Mars est l’objectif principal de la mission à venir d’envoi d’échantillons MMX (Martian Moons eXploration) dirigée par la JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency).
MMX : Mission pour explorer Mars et observer les deux lunes de la planète rouge : Phobos et Deimos. Le vaisseau spatial explorera les deux lunes et collectera un échantillon de Phobos à ramener sur Terre.
Le vaisseau spatial relèvera les deux lunes afin de déterminer leur origine et collectera des échantillons de Phobos pour les ramener sur Terre pour étude. Un instrument de la NASA à bord, appelé MEGANE (Mars-moon Exploration with GAmma rays and Neutrons), identifiera les éléments chimiques dont Phobos est composé et aidera à sélectionner les sites de collecte d’échantillons.
Certains des échantillons seront recueillis par un échantillonneur pneumatique également fourni par la NASA comme contribution à la démonstration technologique. Comprendre de quoi sont faites les lunes pourrait fournir des indices pour déterminer si elles ont eu pour origine un astéroïde ou un événement d’impact.
Avant que les scientifiques ne parviennent à analyser un échantillon de Phobos, Kegerreis et son équipe continueront à partir de là où ils se sont arrêtés, démontrant la formation d’un disque contenant suffisamment de matière pour former Phobos et Deimos.
Nous espérons développer ce projet de preuve de concept pour simuler et étudier plus en détail l’ensemble de la chronologie de formation. Cela nous permettra d’examiner la structure propre du disque et de faire des prédictions plus détaillées sur ce que la mission MMX pourrait découvrir.
Déclare Vincent Eke, professeur au sein de l’Institut de cosmologie computationnelle de l’Université de Durham et co-auteur de l’article scientifique.
Pour Kegerreis, ce travail est passionnant car il élargit également notre compréhension de la façon dont les lunes peuvent naître – même si cela devait se découvrir que celles de Mars se sont formées par une autre alternative.
Les simulations offrent une exploration fascinante, dit-il, des résultats possibles des rencontres entre des objets tels que des astéroïdes et des planètes. Ces événements étaient courants au début du système solaire et les simulations peuvent aider les chercheurs à reconstituer l’histoire de l’évolution de notre quartier cosmique.