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Les astéroïdes
Histoire des découvertes

Aperçu
C'est à Kepler que remonte la remarque qu'il existait un hiatus dans le groupement des planètes, une lacune entre Mars et Jupiter. Il y supposa une hypothétique planète, mais cette idée fut rapidement oubliée. Du moins jusqu'en 1782, quand Titius, donna dans sa traduction en allemand de la Contemplation de la Nature de Charles Bonnet, une série particulière de nombres, pour montrer que les distances des planètes au Soleil sont soumises à une loi, dont l'invention a été à tort attribuée à Bode. Cette série, aujourd'hui appelée loi de Titius-Bode,  est représentée par la progression géométrique de 0, 1, 2, 4, 8, etc., chacun de ces termes étant, à partir de zéro, multiplié par 3, et le produit augmenté de 4. On obtient alors la série de nombres : 4, 7, 10, 16, 28, 52, 100, etc., qui représente assez bien les distances moyennes (en dixièmes d'unité astronomique (UA)) qui séparent les différentes planètes principales au Soleil. La Terre correspondait ainsi à 10 (ou 1 UA), Mars à 16 (1,6 UA), Jupiter à 52 (5,2 UA), etc. Restait le nombre 28, qui suggérait qu'une planète eut pu circuler à la distance de 2,8 UA.

Persuadés par ce seul argument de l'existence d'une planète intermédiaire entre mars et Jupiter, vingt-quatre astronomes s'associèrent en Allemagne sous la présidence de Schroeter pour se mettre à sa recherche. Lalande s'intéressa lui-même vivement à cette association. Mais cela n'amena aucun résultat. La planète supposé, dont le baron de Zach avait vainement essayé de calculer les éléments, se présenta un jour (ou plutôt la nuit du 1er janvier 1801) d'elle-même au bout de la lunette de Piazzi, qui ne la cherchait pas, et qui la baptisa Cérès. Beaucoup d'autres corps seront ensuite découverts, dans les années, les décennies suivantes, et encore jusqu'à nos jours où les découvertes sont devenues quotidiennes, sur des orbites proches de celle-là.

C'est ainsi que débute donc la découverte de la grande ceinture d'astéroïdes que l'on trouve entre Mars et Jupiter. Il n'y avait donc pas là une planète, mais une poignée de planètes naines, et une foule immense de petits corps rocheux aux contours irréguliers. Les astronomes croiront dans un premier temps qu'il s'agit de fragments d'une ancienne planète qui se serait désintégrée. Aujourd'hui, c'est plutôt l'option inverse qui est adoptée : les astéroïdes se comprennent plutôt comme les briques qui auraient pu servir à former une planète, si les perturbations engendrées par Jupiter et que subissent leurs orbites ne les avaient pas empêché de s'agglomérer au moment de la formation du Système solaire. 

Dates clés :
1782 - Titius énonce la loi qui suggère l'existence d'une planète entre Mars et Jupiter.

1801 - Piazzi découvre Cérès, premier astéroïde connu, circulant entre Mars et Jupiter.

c.1850 - Prise de conscience de l'existence d'une "ceinture d'astéroïdes". Kirkwood propose d'y voir les fragments d'une ancienne planète.

1918 - Hirayama montre que les astéroïdes se regroupent en familles.

1991 - Gaspra est le premier astéroïde survolé et photographié par une sonde spatiale (Galileo).

 

Jalons
Cérès, le premier astéroïde, et aussi le premier objet connu dont l'orbite est comprise entre celles de Mars et de Jupiter a été découvert le 1er janvier 1801, c.-à-d. le premier jour du XIXe siècle, par l'astronome Giuseppe Piazzi, à Palerme, d'une manière toute fortuite : en construisant le catalogue d'étoiles qui porte son nom, cet astronome voulait observer une étoile placée dans sa collection, par Wollaston, sous le nom 87 Mayer, bien que cette étoile ne figure pas dans le catalogue de Mayer. Par suite d'une faute de copie ou de calcul, faute fui a eu les conséquences les plus heureuses, Wollaston l'avait changée de zone, et Piazzi ne la trouvant pas à la place assignée, observa soigneusement toutes les petites étoiles de la région indiquée. Le 1er janvier 1801, il en nota une de couleur rougeâtre, de septième grandeur, qui lui parut avoir changé de place le lendemain et les jours suivants; jusqu'au 23 janvier. Elle avait un mouvement diurne et rétrograde de 4' en ascension droite, et de +3,5' en déclinaison. C'était la première des petites planètes dont l'ensemble comble la lacune signalée autrefois par les astronomes Képler et de Zach entre Mars et Jupiter. Le baron de Zach, admettant sans réserve la loi de Bode avait même publié à l'avance dans l'Almanach de Berlin les éléments de la planète supposée. Il aperçut Cérès le 7 décembre 1801, à la place que lui avaient assignée les calculs d'Olbers, Burckhardt et Gauss, basés sur les observations de Piazzi, communiquées à Bode et à Oriani dès le 24 janvier; mais il n'avait pas été possible à ces astronomes d'observer Cérès, qui se tenait au-dessus de l'horizon pendant le jour et se trouvait ainsi perdue dans les rayons du Soleil.
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Le nom de Cérès

Dans un premier temps, Piazzi donna au nouvel astre le nom de Cérès Ferdinandea, du nom de l'ancienne divinité, protectrice de la Sicile, et de celui du roi Ferdinand de Naples et de Sicile, qui était l'employeur de Piazzi. On lui fit vite valoir que la planète portait déjà depuis une quinzaine d'années un nom en Allemagne, où on l'appelait Héra ou Junon, et c'était aussi le choix fait par Laplace. Cela remontait à une proposition faite par le Duc de Gotha, à l'époque où Zach avait entamé les premières recherches d'un objet entre Mars et Jupiter. A la découverte de l'astéroïde, d'autres noms seront encore proposés, comme Cupidon ou Vulcain, avec des justifications mythologiques plus ou moins artificielles. Lalande proposa de l'appeler la planète de Piazzi, ou simplement Piazzi. Mais Piazzi tint ferme, et Bode, d'abord partisan du nom de Junon, fut le premier à se ranger au choix du découvreur. Maskelyne rallia ensuite ce camp. Suivit enfin le ralliement de Zach, ce qui mit fin à la controverse.



Article - Clifford J. Cunningham, The Great asteroid nomenclature controversy of 1801, in Asteroids, Comets, Meteors, 1991.

La lacune ainsi comblée par la découverte de Cérès, personne ne pensa qu'il pouvait exister là d'autres planètes, et si Piazzi l'avait supposé, il aurait peut-être pu découvrir coup sur coup une douzaine des petits corps qui flottent dans cette région. Un astronome de Brême, Olbers, observait la nouvelle planète dans la soirée du 28 mars 1802, lorsqu'il aperçut dans la constellation de la Vierge une étoile de 7e grandeur qui n'était pas marquée sur la carte de Bode, dont il se servait. Le lendemain, il la trouva changée de place et reconnut par là en elle une seconde planète. Mais il fut beaucoup plus difficile de lui donner droit de cité qu'à son aînée, parce que, la lacune étant comblée, on n'en avait plus besoin; et elle était plus gênante qu'agréable. On la regarda donc comme une comète (refuge tout trouvé) jusqu'au jour où son mouvement prouva qu'elle gravitait dans la même région que Cérès. On lui donna le nom de Pallas.

Les découvertes inattendues de Cérès et de Pallas portèrent les astronomes à réviser les catalogues d'étoiles et les cartes célestes afin d'y reconnaître les planètes errantes qui passeraient par le zodiaque. Harding était du nombre de ces réviseurs zélés. Il ne tarda pas à être récompensé de sa peine. Le 1er septembre 1804, à 10 heures du soir, il vit dans la constellation des Poissons une étoile de 8e magnitude qui, le 4 septembre suivant, avait sensiblement changé de place : c'était une nouvelle planète. Elle reçut le nom de Junon, resté disponible depuis la controverse de 1801.

Après ces trois découvertes, Olbers remarquant que les orbites de ces petits astres se croisent dans la constellation de la Vierge, émit l'hypothèse qu'ils pourraient bien n'être autre chose que les fragments d'une grosse planète brisée. La mécanique montre que, dans ce cas, les fragments doivent repasser chaque année, c'est-à-dire à chacune de leurs révolutions, par l'endroit où la catastrophe s'est opérée. Il se mit dès lors à explorer attentivement cette constellation et y trouva, en effet, le 29 mars 1807, une quatrième petite planète, à laquelle il donna le nom de Vesta. Sa distance n'est que de 2,36 UA, et sa révolution n'est que de 1326 jours,. C'est la plus brillante des petites planètes, et on la voit quelquefois à l'oeil nu (quand on sait où elle est) comme une petite étoile de 6e magnitude.

On peut s'étonner qu'après ces brillants débuts on soit resté ensuite pendant trente-huit ans sans découvrir une seule petite planète, car ce n'est qu'en 1845 que la cinquième, Astrée, fut découverte par Hencke, pendant qu'il construisait une carte d'étoiles. La raison principale doit être attribuée précisément au manque de bonnes cartes d'étoiles, car, pour trouver ces petits points mobiles, le premier soin est d'avoir une carte très précise de la région du zodiaque que l'on observe pour reconnaître si l'une des étoiles observées est en mouvement.

Ces petites planètes sont toutes invisibles à l'oeil nu, à l'exception de Vesta et quelquefois de Cérès, que de bonnes vues parviennent quelquefois à distinguer; elles sont de 7e, 8e, 9e, 10e, 11e magnitude, et même encore plus petites, et c'est aussi pour cette raison qu'un si grand intervalle de temps s'est écoulé entre la quatrième et la cinquième découverte. Il est probable que toutes les petites planètes de quelque importance sont connues actuellement, mais qu'il en reste encore un grand nombre, plusieurs centaines peut-être, à découvrir, dont l'éclat moyen ne surpasse pas celui des étoiles de 12e ordre, dont le diamètre n'est que de quelques kilomètres ou dont la distance est considérable. Le diamètre de la plus grosse, celui de Vesta, est évalué à 400 kilomètres.

Hencke trouva successivement la 5e et la 6e en 1845 et 1847; Hind, la 7e et la 8° en 1847; Graham, la 9e en 1848; de Gasparis, la 10, et la 11, en 1849 et 1850, et ensuite sept autres; Hind en découvrit encore huit autres; Goldschmidt, en a découvert quatorze de 1851 à 1861, les premières de sa fenêtre, à l'aide d'une petite lunette qu'il avait achetée d'occasion. A l'Observatoire de Paris, Paul et Prosper Henry en ont découvert quatorze. Les découvreurs les plus féconds out été l'astronome C.-H.-F. Péters, des États-Unis (il en a découvert trente-quatre à lui seul),. et l'astronome Palisa, de l'Observatoire de Vienne, qui en a découvert quarante! Maintenant on ne se contente plus de les chercher indirectement en construisant des cartes; on les cherche exprès. et comment ne pas remarquer que le mouvement astronomique opéré à dater de 1845 dans la découverte des petites planètes, a été fait, non par les observateurs de l'État, mais par de simples amateurs. Hencke était maître de poste à Berlin, Hind était un étudiant attaché à l'Observatoire d'un amateur; Goldschmidt était peintre de paysages, etc. A la même époque, Schwabe, magistrat à Dessau, découvrait la périodicité des taches solaires, et ce n'est qu'avec dédain que les Astronomische Nachrichten publiaient ses observations, encore ne le faisaient-elles que parce que leur éditeur, Schumacher, s'était engagé à publier toutes les observations inédites. (C. F. / G.E.).

A l'exemple des paléontologistes, qui reconstituent, avec des fragments de squelettes, des animaux entiers d'espèces disparues,  Daniel Kirkwood tenta, d'après une communication présentée, dès 1850, à l'Association britannique pour l'avancement, des sciences, de reconstituer avec ces astéroïdes jusqu'alors connus (au nombre de 10), la planète brisée, et il fut conduit à lui assigner un diamètre surpassant de beaucoup celui de Mars. L'hypothèse des débris planétaires pour expliquer l'origine des astéroïdes a eu une grande longévité, même si elle est aujourd'hui abandonnée. D'autres idées de Kirkwood restent en revanche toujours d'actualité. Ainsi l'astronome a-t-il proposé en 1861 que les météorites qui bombardent la Terre soient, comme on le croit toujours, des objets expulsés de la ceinture d'astéroïdes. En 1867, Kirkwood a également remarqué qu'il existe au sein de la grande ceinture des zones pratiquement vides, des orbites possible, mais que les astéroïdes semblent éviter, et que l'on appelle depuis les lacunes de Kirkwood.

L'explication (complexe) de ces lacunes, fournie au XXe siècle, et dont la corroboration repose en grande partie sur des simulations numériques, fait appel à l'action perturbatrice de Jupiter et secondairement des autres planètes importantes. On comprend aussi par cette approche pourquoi ces petits objets n'ont jamais pu se regrouper pour former une planète, et pourquoi encore, certains d'entre eux peuvent être expulsés de leur orbite d'origine et venir circuler sur des orbites très éloignées de celles de la grande ceinture, à l'instar de celles des circastéroïdes, tels Éros, découvert par Witt en 1899, qui s'approchent - parfois dangereusement - de la Terre. Parfois les changements d'orbites des astéroïdes conduisent à des collisions entre eux, et de petits fragments (qui pourront éventuellement devenir des météorites) sont formés. De cela, les astronomes estiment en avoir les indices, depuis 1918, grâce aux travaux d'Hirayama, qui a montré l'existence de familles d'astéroïdes, des objets de même compositions minéralogique, et dont la ressemblance de certains de leurs éléments orbitaux révèle qu'ils circulaient non seulement sur une même orbite, mais appartenaient à un seul et même corps.
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Les planètes intramercurielles

En s'occupant des Tables de Mercure, Le Verrier s'aperçut que l'orbite de cette planète éprouve un déplacement beaucoup plus grand qu'il ne devrait l'être d'après l'action calculée des forces connues (question connue sous le nom de problème de l'avance du périhélie de Mercure). Pour expliquer cette anomalie, il eut recours à une hypothèse, analogue à celle qui lui avait permis de prédire l'existence de Neptune à partir de l'étude des inégalités du mouvement d'Uranus : il supposa qu'il existait entre le Soleil et Mercure, soit un anneau d'astéroïdes, soit une ou plusieurs petites planètes, à découvrir. 

Ces masses troublantes, comme on disait alors, devaient, si elles existaient, se montrer de temps à autre sous forme de points noirs sur le disque lumineux du Soleil. Diverses observations de ce genre furent effectivement  faites vers le milieu et la fin du XVIIIe siècle, (notamment par Messier, qui signala le passage de "globules" devant le disque solaire le 17 juin 1777) sans qu'on eût rien pu en tirer de concluant (les "globules" de Messier, furent par exemple interprétés par Vallot comme de simples grêlons...). 

Le Verrier vint, le 2 janvier 1860, annoncer à l'Académie des sciences que Lescarbault, explorant la surface du Soleil, avait observé, le 26 mars 1859, le passage d'un point noir, parfaitement rond, dont il estimait le diamètre au quart de celui de Mercure. On crut aussitôt à la découverte d'une nouvelle planète, qui reçut le nom de Vulcain. Au rapport de Lescarbault, la planète Vulcain devait se montrer assez fréquemment sur le disque solaire, à la fin du mois de mars et au commencement d'octobre. Mais, malgré, le plus actives recherches, aucun astronome n'a pu la retrouver.

Rien ne dit encore aujourd'hui qu'il n'existe pas des petits corps circulant sur des orbites intramercurielles. De fait, on connaît une famille de fragments de noyaux cométaires (groupe de Kreutz) qui s'écrasent régulièrement sur le Soleil. Mais les inégalités constatés par Le Verrier dans le mouvement de Mercure ne sont plus attribuées désormais à l'action d'un corps perturbateur. L'avance du périhélie de Mercure se comprend désormais, comme l'a montré Einstein, dès 1917, comme un effet gravitationnel inaccessible à la théorie newtonienne de l'attraction universelle sur laquelle se fondaient les calculs classiques, et qui peut seulement être abordé dans le cadre de la théorie de la relativité générale.

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Les études radar, le développement, à partir des années 1980 de l'astronomie infrarouge, et surtout l'exploration spatiale ont encore amélioré la connaissance des astéroïdes. Les premiers a avoir été survolés par une sonde spatiale et à avoir ainsi montré des détails de leur surface ont été Gaspra, approché par la sonde Galileo en 1991, au cours de son voyage en direction de Jupiter, et Ida, frôlé au cours de la même expédition, en 1996. Ida s'est avéré posséder un satellite, Dactyl, caractéristique que l'on sait, depuis, être relativement commune. Ida et Gaspra sont des astéroïdes de la ceinture principale, mais il en est aussi de plus proches, et c'est vers le premier connu de ces circastéroïdes, Éros, qu'a été envoyée la première sonde destinée à se satelliser autour d'un de ces corps. Il s'agissait de la sonde Near, qui a approché Éros le 14 février 2000, et en a transmis pendant plusieurs mois (avant de s'écraser, après ce qui apparaît comme une tentative d'atterrissage un peu improvisée par la Nasa et finalement manquée) des images et des données.
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