Non, ce n'est pas le casse-tête de l'univers n ° 3; c'est plutôt un résultat intrigant de travaux récents sur les formes et la composition étranges des petits astéroïdes.
Les images renvoyées par les missions spatiales suggèrent que les petits astéroïdes ne sont pas des morceaux de roche vierges, mais plutôt recouverts de gravats dont la taille varie de rochers d'un mètre à de la poussière de farine. En effet, certains astéroïdes semblent avoir jusqu'à 50% d'espace vide, ce qui suggère qu'il pourrait s'agir de collections de décombres sans noyau solide.
Mais comment ces astéroïdes se forment-ils et évoluent-ils? Et si jamais nous devions en détourner un, pour éviter le sort des dinosaures, comment le faire sans le casser et en augmentant le danger?
Johannes Diderik van der Waals (1837-1923), avec un peu d'aide de Daniel Scheeres, Michael Swift et ses collègues, à la rescousse.
Les astéroïdes ont tendance à tourner rapidement sur leurs axes - et la gravité à la surface de petits corps peut être un millième, voire un millionième de celle sur Terre. En conséquence, les scientifiques se demandent comment les gravats s'accrochent à la surface. "Les quelques images que nous avons de surfaces d'astéroïdes sont un défi à comprendre en utilisant la géophysique traditionnelle", a expliqué Scheeres de l'Université du Colorado.
Pour aller au fond de ce mystère, l'équipe - Daniel Scheeres, collègues de l'Université du Colorado et Michael Swift de l'Université de Nottingham - a fait une étude approfondie des forces pertinentes impliquées dans la liaison des décombres à un astéroïde. La formation de petits corps dans l'espace implique la gravité et la cohésion - cette dernière étant l'attraction entre les molécules à la surface des matériaux. Bien que la gravité soit bien connue, la nature des forces de cohésion à l'œuvre dans les décombres et leurs forces relatives sont beaucoup moins connues.
L'équipe a supposé que les forces de cohésion entre les grains sont similaires à celles trouvées dans les «poudres cohésives» - qui incluent la farine de pain - parce que ces poudres ressemblent à ce qui a été vu sur les surfaces d'astéroïdes. Pour évaluer l'importance de ces forces, l'équipe a considéré leur force par rapport aux forces gravitationnelles présentes sur un petit astéroïde dont la gravité à la surface est d'environ un millionième de celle sur Terre. L'équipe a découvert que la gravité est une force de liaison inefficace pour les roches observées sur les petits astéroïdes. L'attraction électrostatique était également négligeable, sauf là où une partie de l'astéroïde éclairée par le soleil entre en contact avec une partie sombre.
Retour rapide au milieu du 19e siècle, à une époque où l'existence de molécules était controversée, et les forces intermoléculaires de la pure science-fiction (sauf, bien sûr, qu'il n'y avait rien de tel à l'époque). La thèse de doctorat de Van der Waals a fourni une explication puissante de la transition entre les phases gazeuses et liquides, en termes de forces faibles entre les molécules constitutives, qu'il a supposées avoir une taille finie (plus d'un demi-siècle devait s'écouler avant que ces forces soient comprises , quantitativement, en termes de mécanique quantique et de théorie atomique).
Les forces de Van der Waals - de faibles attractions électrostatiques entre des atomes ou des molécules adjacentes qui résultent des fluctuations de la position de leurs électrons - semblent faire l'affaire pour les particules de moins d'un mètre environ. La taille de la force de van der Waals est proportionnelle à la surface de contact d'une particule - contrairement à la gravité, qui est proportionnelle à la masse (et donc au volume) de la particule. En conséquence, la force relative de van der Waals par rapport à la gravité augmente à mesure que la particule diminue.
Cela pourrait expliquer, par exemple, les observations récentes de Scheeres et de ses collègues selon lesquelles les petits astéroïdes sont recouverts de poussière fine - un matériau qui, selon certains scientifiques, serait chassé par le rayonnement solaire. La recherche peut également avoir des implications sur la façon dont les astéroïdes répondent à «l'effet YORP» - l'augmentation de la vitesse angulaire des petits astéroïdes par l'absorption du rayonnement solaire. Au fur et à mesure que les corps tournent plus vite, ces travaux récents suggèrent qu'ils expulseraient des roches plus grosses tout en conservant de plus petites. Si un tel astéroïde était une collection de gravats, le résultat pourrait être un agrégat de particules plus petites maintenues ensemble par les forces de van der Waals.
L'expert en astéroïdes Keith Holsapple de l'Université de Washington est impressionné par le fait que non seulement l'équipe de Scheeres a estimé les forces en jeu sur un astéroïde, mais aussi de voir comment celles-ci varient en fonction de l'astéroïde et de la taille des particules. "Il s'agit d'un document très important qui aborde un problème clé dans la mécanique des petits corps du système solaire et la mécanique des particules à faible gravité", a-t-il déclaré.
Scheeres a noté que tester cette théorie nécessite une mission spatiale pour déterminer les propriétés mécaniques et de résistance de la surface d'un astéroïde. "Nous développons actuellement une telle proposition", a-t-il déclaré.
Source: Physics World. «Mise à l'échelle des forces sur les surfaces d'astéroïdes: le rôle de la cohésion» est une préimpression de Scheeres et al. (arXiv: 1002.2478), soumis pour publication dans Icarus.
