Vesta est le deuxième corps le plus massif de la ceinture d’astéroïdes, surpassé seulement par Cérès, qui est classé comme une planète naine. Astéroïde le plus brillant du ciel, Vesta est occasionnellement visible de la Terre à l’œil nu. C’est le premier des quatre plus grands astéroïdes (Cérès, Vesta, Pallas et Hygiea) à être visité par un vaisseau spatial. La mission Dawn s’est mise en orbite autour de Vesta en 2011, fournissant de nouvelles informations sur ce monde rocheux.
Police céleste
En 1596, alors qu’il déterminait la forme elliptique des orbites planétaires, Johannes Kepler en vint à penser qu’une planète devait exister dans l’intervalle entre Mars et Jupiter. Les calculs mathématiques effectués par Johann Daniel Titius et Johann Elert Bode en 1772 – connus plus tard sous le nom de loi Titius-Bode – semblaient confirmer cette prédiction. En août 1798, un groupe connu sous le nom de Police céleste s’est formé pour rechercher cette planète manquante. Parmi eux se trouvait l’astronome allemand Heinrich Olbers. Olbers a découvert le deuxième astéroïde connu, Pallas. Dans une lettre adressée à un collègue astronome, il a avancé la première théorie sur l’origine des astéroïdes. Il écrit : « Se pourrait-il que Cérès et Pallas ne soient qu’une paire de fragments… d’une planète autrefois plus grande qui occupait à un moment donné la place qui lui revenait entre Mars et Jupiter ? »
Olbers raisonne que les fragments d’une telle planète se croiseraient au point de l’explosion, et à nouveau sur l’orbite directement opposée. Il observe ces deux zones toutes les nuits, et le 29 mars 1807, il découvre Vesta, devenant ainsi la première personne à découvrir deux astéroïdes. Après avoir mesuré plusieurs nuits d’observations, Olbers envoie ses calculs au mathématicien Carl Friedrich Gauss, qui calcule remarquablement l’orbite de Pallas en seulement 10 heures. C’est à lui que revient l’honneur de nommer le nouveau corps. Il choisit le nom de Vesta, déesse du foyer, et sœur de Cérès.
Caractéristiques physiques de Vesta
Vesta est unique parmi les astéroïdes car sa surface présente des taches claires et sombres, un peu comme la lune. Les observations au sol ont déterminé que l’astéroïde possède des régions basaltiques, ce qui signifie que de la lave a jadis coulé sur sa surface. Il a une forme irrégulière, à peu près celle d’un sphéroïde aplati (en termes non techniques, une sphère un peu écrasée).
- Diamètre : 329 miles (530 kilomètres)
- Masse : 5,886 X 1020 lbs. (2,67 x 1020 kilogrammes)
- Température : 85 à 255 K (moins 306 à 0 degrés Fahrenheit / moins 188 à moins 18 degrés Celsius)
- Albédo : 0,4322
- Période de rotation : 5,342 heures
- Période orbitale : 3,63 ans
- Excentricité : 0,0886
- Aphélie : 2,57 UA
- Périhélie : 2,15 UA
- Proche de la Terre : 1.14 UA
Surface, composition et formation
Lorsque Vesta s’est approchée de la Terre en 1996, le télescope spatial Hubble a cartographié sa surface topographique et ses caractéristiques. Cela a révélé un grand cratère au pôle sud qui tranche dans son intérieur. Le cratère a un diamètre moyen de 460 km – rappelez-vous : Vesta lui-même est seulement 530 km de diamètre. Il s’enfonce en moyenne de 13 km dans la croûte, et s’est très probablement formé à la suite d’un impact au début de la vie de l’astéroïde. Le matériau éjecté de cette collision a donné naissance à un certain nombre d’astéroïdes plus petits – Vestoïdes – qui orbitent près de leur parent, ainsi qu’à certaines des météorites qui se sont écrasées sur la Terre.
Contrairement à la plupart des astéroïdes, l’intérieur de Vesta est différencié. Comme les planètes terrestres, l’astéroïde possède une croûte de lave refroidie recouvrant un manteau rocheux et un noyau de fer et de nickel. Cela donne du crédit à l’argument pour nommer Vesta comme une protoplanète, plutôt que comme un astéroïde.
Le noyau de Vesta s’est accrété rapidement au cours des 10 millions d’années qui ont suivi la formation du système solaire. La croûte basaltique de Vesta s’est également formée rapidement, en l’espace de quelques millions d’années. Les éruptions volcaniques à la surface provenaient du manteau et duraient de 8 à 60 heures. Les coulées de lave elles-mêmes allaient de quelques centaines de mètres à plusieurs kilomètres, avec une épaisseur de 5 à 20 mètres. La lave elle-même se refroidissait rapidement, pour être à nouveau ensevelie par d’autres laves jusqu’à ce que la croûte soit complète. La gravité de Dawn a placé son noyau à environ 18 pour cent de la masse de Vesta, ou proportionnellement environ deux tiers aussi massif que le noyau de la Terre.
En fait, s’il n’y avait pas Jupiter, Vesta aurait pu avoir une bonne chance de devenir une planète.
« Dans la ceinture d’astéroïdes, Jupiter a essentiellement remué les choses au point qu’elles n’étaient pas en mesure de s’accréter facilement les unes avec les autres », a déclaré aux journalistes en 2012 le scientifique de Dawn, David O’Brien, du Planetary Science Institute de Tucson, en Arizona.
« Les vitesses dans la ceinture d’astéroïdes étaient vraiment élevées, et plus la vitesse est élevée, plus il est difficile pour les choses de fusionner ensemble sous l’effet de leur propre gravité », a ajouté O’Brien.
En 1960, une boule de feu striant le ciel au-dessus de Millbillillie, en Australie, a annoncé l’arrivée d’un morceau de Vesta sur Terre. Composée presque entièrement de pyroxène, un minéral présent dans les coulées de lave, la météorite porte les mêmes signaux spectraux que Vesta.
La sonde Dawn de la NASA, qui a visité l’astéroïde en 2012, a découvert que le corps rocheux avait une quantité surprenante d’hydrogène à sa surface. Elle a également trouvé des régions brillantes et réfléchissantes qui pourraient être des vestiges de sa naissance.
« Notre analyse révèle que ce matériau brillant provient de Vesta et a subi peu de changements depuis la formation de Vesta il y a plus de 4 milliards d’années », a déclaré Jian-Yang Li, un scientifique participant à Dawn à l’Université du Maryland, College Park, dans un communiqué.
Une montagne massive domine le pôle sud de Vesta. L’énorme montagne atteint plus de 65 000 pieds (20 kilomètres) de hauteur, ce qui la rend presque aussi haute que Olympus Mons, la plus grande montagne (et volcan) du système solaire. Olympus Mons s’élève à environ 15 miles (24 kilomètres) au-dessus de la surface de Mars.
« La montagne polaire sud est plus grande que la grande île d’Hawaï, la plus grande montagne de la Terre, mesurée depuis le fond de l’océan », aurait déclaré Chris Russell, chercheur principal de Dawn, lors d’une conférence astronomique en 2011. « Elle est presque aussi haute que la plus haute montagne du système solaire, le volcan-bouclier Olympus Mons sur Mars. »
De l’eau liquide a autrefois coulé sur l’astéroïde. Les images capturées par la sonde Dawn ont révélé des ravines incurvées et des dépôts en éventail à l’intérieur de huit cratères d’impact différents de Vesta. On pense que ces huit cratères se sont formés au cours des dernières centaines de millions d’années, ce qui est assez récent dans la vie de cet astéroïde vieux de 4,5 milliards d’années.
« Personne ne s’attendait à trouver des preuves d’eau sur Vesta. La surface est très froide et il n’y a pas d’atmosphère, donc toute eau à la surface s’évapore », a déclaré l’auteur principal de l’étude, Jennifer Scully, chercheuse de troisième cycle à UCLA, dans un communiqué de la NASA. « Cependant, Vesta s’avère être un corps planétaire très intéressant et complexe. »
Scully et son équipe pensaient que les caractéristiques ont été créées par des flux de débris, par opposition aux rivières ou ruisseaux d’eau pure, ont sculpté les ravins de Vesta. Ils ont proposé que les météorites bombardant l’astéroïde aient fait fondre les dépôts de glace sous la surface, envoyant de l’eau liquide et de petites particules rocheuses s’écoulant le long des parois du cratère. Une telle activité suggère la présence de glace enfouie sous la surface.
« Si elle était présente aujourd’hui, la glace serait enfouie trop profondément pour être détectée par l’un des instruments de Dawn », a déclaré Scully. « Cependant, les cratères avec des ravines incurvées sont associés à un terrain piqué, ce qui a été suggéré indépendamment comme une preuve de la perte de gaz volatils de Vesta. »
La glace pourrait avoir été responsable de la modification de la surface de Vesta. En 2017, une étude a suggéré que les plaques lisses de terrain sur l’astéroïde possédaient fréquemment de fortes concentrations d’hydrogène, ce qui est souvent observé lorsque le rayonnement solaire décompose les molécules d’eau.
« Nous suggérons que les modifications de la surface par la fonte de la glace enfouie pourraient être responsables du lissage de ces zones », a déclaré à Space.com Essam Heggy, un scientifique planétaire de l’Université de Californie du Sud à Los Angeles. « La glace enfouie pourrait avoir été ramenée à la surface après un impact, ce qui a provoqué la fonte de la glace chauffée et son déplacement à travers les fractures jusqu’à la surface. »
Dawn a également observé des signes de minéraux hydratés (minéraux contenant des molécules d’eau) à la surface de Vesta, ce qui pourrait également faire allusion à la présence de glace enfouie. Les matériaux hydratés étaient associés à des terrains plus anciens, et pourraient avoir été livrés par des impacts de matériaux provenant de plus loin dans le système solaire.
Une carte à basse altitude de Vesta a révélé une géologie riche. Les pentes raides que l’on trouve sur l’astéroïde, combinées à sa forte gravité, ouvrent la voie aux roches qui roulent vers le bas, exposant d’autres matériaux. Dawn a révélé une variété de minéraux, y compris des matériaux brillants et sombres qui pourraient être liés à de la glace potentiellement enfouie.
Vestal visiteurs de la Terre
En fait, la composition unique de Vesta signifie qu’elle est responsable d’un groupe entier de météorites. Les météorites HED – composées de howardites, d’eucrites et de diogénites – racontent l’histoire des débuts de la vie de Vesta. Les eucrites se forment à partir de la lave durcie, tandis que les diogénites proviennent de sous la surface. Les Howardites sont une combinaison des deux, formées lorsqu’un grand impact a mélangé les deux sections ensemble.
Vesta est soupçonnée d’être la source des météorites HED depuis 1970. Le spectromètre de cartographie de Dawn a vérifié cette proposition. L’équipe de Dawn pense que les HED proviennent d’un bassin d’impact nommé Rheasilvia, d’après une ancienne prêtresse vestale romaine. Avec un diamètre de 500 kilomètres, Rheasilvia est presque aussi grand que Vesta lui-même. Il s’est très probablement formé à la suite d’une collision qui a arraché la majeure partie de la croûte de l’hémisphère sud, révélant l’intérieur de l’astéroïde.
« Vesta a probablement frôlé l’éclatement », a déclaré Carol Raymond, chercheur principal de Dawn, notant que le coup a laissé des ensembles concentriques de creux – des lignes de fracture – autour de l’équateur de Vesta.
Les creux parallèles peuvent être un autre signe de l’énorme impact. Raymond a déclaré à la Planetary Society que la présence de ces creux suggère de sérieux dommages à l’intérieur de l’astéroïde.
Si l’orbite de Vesta se situe au-delà de Mars, comment des morceaux ont-ils réussi à arriver sur Terre ? Les fragments de Vesta passent devant Jupiter une fois toutes les trois orbites autour du soleil, permettant à la gravité de la plus grande planète de les affecter. Un tel tiraillement aurait pu déplacer les fragments suffisamment pour provoquer leur éventuel impact sur la Terre.
En conséquence, Vesta est l’un des trois corps dont les scientifiques possèdent des échantillons. Les deux autres sont la lune et Mars.
Exploration de l’astéroïde
En septembre 2007, la NASA a lancé la mission Dawn, qui est unique en ce sens qu’elle a été le premier engin à entrer en orbite autour d’un corps du système solaire, puis à se diriger vers un second. Dawn est entrée en orbite autour de Vesta en juillet 2011. Après avoir étudié l’astéroïde pendant un an, elle a quitté Vesta pour rencontrer Cérès en mars 2015.
La mission Dawn de la NASA a pour but d’étudier les caractéristiques des débuts du système solaire en analysant les deux astéroïdes, qui sont très différents. Cérès est humide, avec des calottes polaires saisonnières, et pourrait avoir une fine atmosphère. Vesta, en revanche, est sec et rocheux. L’étude des signatures spectrales uniques de sa croûte rocheuse élargira nos connaissances sur notre propre planète, ainsi que sur Mars et Mercure.
Vu leur taille, les deux sont en fait considérés comme des protoplanètes, ou petites planètes. L’attraction gravitationnelle de Jupiter a perturbé leur formation. Sans la présence de la géante gazeuse, les deux pourraient bien avoir continué à évoluer vers des planètes de taille normale.
« Nous savons maintenant que Vesta est le seul bloc de construction planétaire intact et stratifié survivant des tout premiers jours du système solaire », a déclaré aux journalistes en 2012 Carol Raymond, chercheur principal adjoint de Dawn, du Jet Propulsion Laboratory de la NASA à Pasadena, en Californie.
L’étude de Vesta par Dawn a permis la création de la meilleure carte à ce jour de l’astéroïde.
En octobre 2010, le télescope spatial Hubble a de nouveau imagé Vesta. Les données obtenues ont révélé que l’astéroïde était incliné d’environ quatre degrés de plus que ce que les scientifiques pensaient initialement. Ces résultats ont aidé la NASA à placer le vaisseau spatial sur l’orbite polaire appropriée autour de l’astéroïde. Dawn a besoin de la lumière du soleil pour effectuer ses missions de cartographie et d’imagerie.
Note de la rédaction : Cet article a été mis à jour le 29 mai 2018 pour préciser que Vesta n’était pas le premier astéroïde à être visité par un engin spatial, mais plutôt le premier des quatre plus grands astéroïdes à être visité.