Cérès (astéroïde)

Cérès (astéroïde)

(1) Cérès

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(1) Cérès
Cérès vue depuis le télescope spatial Hubble (ACS). Les contrastes ont été augmentés afin de révéler les détails de la surface.
Cérès vue depuis le télescope spatial Hubble (ACS). Les contrastes ont été augmentés afin de révéler les détails de la surface.
Caractéristiques orbitales
Époque 26 novembre 2005
(JJ 2453700.5)[1]
Demi-grand axe 414,703838×106 km[2]
(2,765956424 ua)
Aphélie 447,838164×106 km
(2,987 ua)
Périhélie 381,419582×106 km
(2,544 ua)
Excentricité 0,07976017[2]
Période de révolution 1 679,819 j
(4,599 a)
Vitesse orbitale moyenne 17,882 km/s
Inclinaison 10,586712°[2]
Nœud ascendant 80,40696°[2]
Argument du périhélie 73,15073°[2]
Anomalie moyenne 108,509°
Catégorie Ceinture d'astéroïdes
Caractéristiques physiques
Rayon équatorial 487.3 ± 1.8 km[3]
Rayon polaire 454.7 ± 1.6 km[3]
Aplatissement 0.067 ± 0.005[4]
Masse 9,46 ± 0,04×1020 kg[5],[6]
Masse volumique 2 077 ± 36 kg/m3[3]
Gravité équatoriale à la surface 0,27 m/s2[7]
Vitesse de libération 0,51 km/s[7]
Période de rotation 0,3781 j[8]
(9 h 4 min 27 s)
Ascension droite du pôle nord 19 h 24 min
291°[3]
Déclinaison du pôle nord 59°[3]
Inclinaison de l'axe environ 3°[3]
Classification spectrale C[9]
Magnitude absolue 3,36 ± 0,02[10]
Albédo 0,090 ± 0,0033[10]
Température ~167 (moy) - ~239 (max) K[11]
Découverte
Découvreur Giuseppe Piazzi
Date 1er janvier 1801
Désignation(s) A899 OF,
1943 XB

Cérès, également désignée par (1) Cérès, est la plus petite planète naine connue du système solaire et la seule située dans la ceinture d'astéroïdes. Elle fut découverte le 1er janvier 1801 par Giuseppe Piazzi[12] et porte le nom de la déesse romaine Cérès.

Avec un diamètre d'environ 950 km, Cérès est le plus grand et le plus massif objet de la ceinture d'astéroïdes, située entre les orbites des planètes Mars et Jupiter[6]. Elle contribue pour le tiers de la masse totale de la ceinture[6]. Des observations récentes ont révélé qu'elle possède une forme sphérique, à la différence des formes irrégulières des corps plus petits[10]. Sa surface est probablement composée d'un mélange de glace d'eau et de divers hydrates minéraux comme les carbonates ou l'argile[9]. Il semble que Cérès possède un noyau rocheux et un manteau de glace[3]. Elle pourrait héberger un océan d'eau liquide, ce qui en fait une piste possible pour la recherche de vie extraterrestre[13]. Cérès pourrait être entourée d'une atmosphère ténue contenant de la vapeur d'eau[14].

La magnitude apparente de Cérès évolue entre 6,7 et 9,3, trop faible pour être visible à l'œil nu[15]. Le 27 septembre 2007, la sonde spatiale Dawn de la NASA a été lancée afin de l'explorer (ainsi que l'astéroïde Vesta) ; elle arrivera à destination en 2015[16].

Sommaire

Cérès dans l'histoire de l'astronomie

Découverte

Couverture du livre de Piazzi « Della scoperta del nuovo pianeta Cerere Ferdinandea » donnant un aperçu de la découverte de Cérès.

L'idée selon laquelle une planète inconnue puisse exister entre les orbites de Mars et Jupiter fut proposée pour la première fois par Johann Elert Bode en 1768[12]. Ses suggestions étaient basées sur la loi de Titius-Bode, une théorie désormais obsolète proposée par Johann Daniel Titius en 1766[17],[12]. Selon cette loi, le demi-grand axe de cette planète aurait été d'environ 2,8 ua[17]. La découverte d'Uranus par William Herschel en 1781[12] accrut la confiance dans la loi de Titius-Bode et, en 1800, vingt-quatre astronomes expérimentés combinèrent leurs efforts et entreprirent une recherche méthodique de la planète proposée[12],[17]. Le groupe était dirigé par Franz Xaver von Zach. Bien qu'ils ne découvrissent pas Cérès, ils trouvèrent néanmoins plusieurs autres astéroïdes[17].

Cérès fut observé pour la première fois le 1er janvier 1801 par Giuseppe Piazzi, alors directeur de l'observatoire de Palerme en Sicile. Cérès fut découvert par accident. Piazzi cherchait à observer une étoile listée par Francis Wollaston sous le nom de Mayer 87 et qu'il ne trouvait pas à la position indiquée dans le catalogue zodiacal de Mayer (il s'avéra par la suite qu'il s'agissait en fait de Lacaille 87)[12]. À la place, il observa un objet se déplaçant sur la voûte céleste, qu'il prit d'abord pour une comète[18].

Piazzi observa Cérès 24 fois, la dernière fois le 11 février. Le 24 janvier 1801, Piazzi annonça sa découverte par des lettres à plusieurs collègues italiens, parmi lesquels Barnaba Oriani à Milan. Il la décrivit comme une comète, mais remarqua que « puisque son mouvement est lent et uniforme, il m'a semblé à plusieurs reprises qu'il pourrait s'agir de quelque chose de mieux qu'une comète[12]. » En avril, Piazzi envoya ses observations complètes à Oriani, Bode et Lalande à Paris. Elles furent publiées dans l'édition de septembre 1801 du Monatliche Correspondenz[18].

Peu après sa découverte, Cérès s'approcha trop près du Soleil et ne put être observé à nouveau ; les autres astronomes ne purent confirmer les observations de Piazzi avant la fin de l'année. Cependant, après une telle durée, il était difficile de prédire la position exacte de Cérès. Afin de retrouver l'astéroïde, Carl Friedrich Gauss développa une méthode de réduction d'orbite basée sur trois observations[18]. En l'espace de quelques semaines, il prédit celle de Cérès et communiqua ses résultats à Franz Xaver von Zach, éditeur du Monatliche Correspondenz. Le 31 décembre 1801, von Zach et Heinrich Olbers confirmèrent que Cérès avait été retrouvé près de la position prévue, validant ainsi la méthode[18].

Dénomination

À l'origine, Piazzi suggéra d'appeler cet objet « Cérès Ferdinandéa » (en italien : Cerere Ferdinandea), d'après la déesse romaine Cérès et le roi Ferdinand III de Sicile[12],[18]. Cérès était la déesse protectrice de la Sicile et Ferdinand III (qui devint Ferdinand Ier des Deux-Siciles en 1816) était son mécène, alors réfugié à Palerme car le royaume de Naples (dont il était également roi) avait été conquis par les armées françaises en 1798. Par la suite, pour des considérations diplomatiques, seule la première partie du nom fut conservée. Cérès fut également appelé Héra en Allemagne pendant une brève période[19]. En Grèce, elle est appelée Δήμητρα (Déméter), d'après le nom de la déesse grecque équivalente à Cérès.

La désignation des astéroïdes (population dont Cérès faisait partie avant d'être reclassifié comme planète naine) implique de donner aux corps dont l'orbite est connue avec certitude un numéro définitif. À Cérès, en tant que premier membre découvert de la ceinture d'astéroïdes, fut rétrospectivement attribué le numéro 1[20]. Sa désignation scientifique officielle complète est donc (1) Cérès[21], ou éventuellement 1 Cérès. Les premiers astéroïdes découverts possèdent un Symbole astronomique et celui de Cérès est une faucille (Sickle variant symbol of Ceres), similaire au symbole de Vénus (Astronomical symbol of Venus)[18],[22].

L'élément chimique cérium (numéro atomique 58) fut découvert en 1803 par Berzelius et Klaproth, travaillant indépendamment. Berzélius lui le nomma d'après l'astéroïde[23]. Le palladium fut également nommé d'après Cérès à l'origine, mais son découvreur changea son nom après que le Cérium eut son nom définitif[24]; le palladium fait référence à un autre astéroïde, Pallas[25].

Statut

Photomontage illustrant les tailles respectives de la Terre (planète, à droite), de la Lune (gros satellite naturel, en haut à gauche) et de Cérès (astéroïde et planète naine, en bas à gauche).

La classification de Cérès a changé plus d'une fois et a été le sujet de controverses. Johann Elert Bode pensait que Cérès était la « planète manquante » dont il avait postulé l'existence entre Mars et Jupiter, à une distance de 2,8 UA du Soleil[12]. Il lui fut attribué un symbole planétaire et Cérès demeura listé comme planète dans les livres et tables d'astronomie (avec Pallas, Junon et Vesta) pendant un demi-siècle jusqu'à ce que d'autres astéroïdes soient découverts[12],[18].

Au fur et à mesure que de nombreux autres objets furent découverts dans la région, les astronomes réalisèrent que Cérès n'était que le premier d'une classe de corps similaires[12]. Ils se révélèrent très petits, ne présentant aucun disque observable, et William Herschel inventa en 1802 le terme d'« astéroïde » (c'est-à-dire « ressemblant à une étoile ») afin de les désigner[26], écrivant qu'« ils ressemblent tellement à de petites étoiles qu'il est difficile de faire la différence, même avec de très bons télescopes »[27]. Cérès étant le premier astéroïde découvert, il fut désigné par (1) Cérès dans le système moderne de numérotation des astéroïdes dans les années 1850[26].

En 2006, le débat concernant le statut de Pluton et la définition du terme planète a conduit à reconsidérer le statut de Cérès[28],[29]. L'une des propositions de définitions présentées devant l'Union astronomique internationale pour la définition d'une planète (un corps en équilibre hydrostatique en orbite autour d'une étoile et n'étant ni une étoile, ni un satellite d'une planète)[30] aurait fait de Cérès la cinquième planète à partir du Soleil[31]. Cette définition ne fut pas adoptée. La définition finale fut annoncée le 24 août 2006, ajoutant qu'une planète devait avoir « nettoyé son voisinage ». Cérès fut alors catégorisé comme planète naine[32].

Caractéristiques physiques

Origine et évolution

Les observations suggèrent que Cérès est issue d'une protoplanète, un embryon planétaire qui s'est formé il y 4,57 milliards d'années dans la ceinture d'astéroïdes[33]. Tandis que la majorité des protoplanètes furent éjectées du système solaire par Jupiter ou rentrèrent en collision entre eux en formant les planètes telluriques[33], Cérès a survécu relativement intact[10]. Dans la ceinture d'astéroïdes, Pallas et Vesta pourraient également être d'anciennes protoplanètes[16] mais ne possèdent pas une forme sphérique — dans le cas de Vesta, cette difformité pourrait être uniquement due à un impact catastrophique après sa solidification[34].

Peu après sa formation, Cérès s'est différencié entre un noyau rocheux et un manteau de glace, en raison de l'échauffement provoqué par l'accrétion et peut-être par la désintégration de radioisotopes disparus depuis lors, comme 26Al[10],[35]. Ce processus provoqua un volcanisme d'eau et une tectonique, qui firent disparaître de nombreuses caractéristiques géologiques. Cependant, Cérès se refroidit par la suite en raison de l'épuisement rapide des sources de chaleur[35]. La glace de la surface s'est graduellement sublimée, laissant derrière elle divers minéraux hydratés : argile et carbonates. Cérès est désormais un corps géologiquement mort dont la surface n'est plus sculptée que par des impacts[10].

L'existence de quantités significatives de glace d'eau dans Cérès[3] a soulevé la possibilité d'une couche d'eau liquide (éventuellement déjà solidifiée)[35]. Cette couche hypothétique, parfois appelée un océan[9], est - ou était - probablement située entre le noyau et le manteau de glace comme sur Europe[35]. L'existence d'un océan est plus probable si de l'ammoniac ou d'autres substances dissoutes (comme des sels) agissant comme antigel, sont présentes dans l'eau. L'existence possible d'eau liquide dans Cérès en fait une cible potentielle des recherches de vie extraterrestre[13].

Orbite

Diagramme illustrant les orbites de Cérès (en bleu) et de plusieurs planètes (en blanc et gris). Les segments d'orbite de couleur foncée sont situés en dessous du plan de l'écliptique. Les deux diagrammes du haut sont des vues polaires, celui du bas est une vue en perspective.

Cérès est située sur une orbite héliocentrique entre Mars et Jupiter, au sein de la ceinture d'astéroïdes principale. Sa période est de 4,6 ans. Son orbite est modérément inclinée (10,6° par rapport au plan de l'écliptique, à comparer à 7 ° pour Mercure et 17 ° pour Pluton) et faiblement excentrique (0,08, celle de Mars vaut 0,09)[1]. Les observations effectuées par Hubble en 2003-2004 permirent de déterminer que le pôle Nord de Cérès pointe (à 5 ° près) dans la direction d'ascension droite 19h 41m et de déclinaison +59 °, dans la constellation du Dragon ; l'inclinaison de l'axe de Cérès est très faible (environ 4 ± 5 °)[3],[10].

La distance moyenne au soleil est de 2,983 unité astronomique.

Par le passé, Cérès était considéré comme membre d'une famille d'astéroïdes[36], un regroupement d'astéroïdes qui partagent des éléments orbitaux similaires et peuvent avoir une origine commune (par exemple, suite à une collision). Cérès possède cependant des propriétés spectrales distinctes des autres membres de cette famille et ce regroupement est désormais appelé famille Gefion, d'après son membre possédant le numéro le plus petit, (1272) Gefion. Cérès est simplement un intrus dans cette famille, partageant des éléments orbitaux mais pas une origine commune[37].

Masse et dimensions

Photomontage permettant de comparer les tailles respectives de Cérès (à gauche) et de la Lune (à droite).

Avec 950 km de diamètre, Cérès est de loin le plus grand objet de la ceinture d'astéroïdes (le plus grand membre de la ceinture après Cérès est Vesta et mesure un peu moins de 600 km dans sa plus grande dimension)[9]. Il ne s'agit pas en revanche du plus grand objet du système solaire en dehors des planètes et de leurs satellites : la ceinture de Kuiper contient plusieurs objets plus grands, comme Pluton, Quaoar ou Orcus. Le plus grand objet est l'objet épars Éris[38].

La masse de Cérès a été déterminée en analysant son influence sur de petits astéroïdes[6]. Cette valeur diffère cependant suivant les auteurs[39]. La valeur la plus souvent citée est d'environ 9,5×1020 kg[6]. La masse de Cérès forme donc le tiers de la masse totale estimée de tous les astéroïdes du système solaire (3,0 ± 0,2×1021 kg)[5].

Cérès a une taille et une masse suffisantes pour être proche de l'équilibre hydrostatique et est donc de forme quasi-sphérique[3]. Les autres grands astéroïdes tels que Pallas[40], Junon[41] et Vesta[34] sont nettement plus irréguliers.

La pesanteur à la surface de Cérès est estimée à 3% de celle de la terre, soit un accélération de la gravité de 30 cm / s−2 (un corps qui chute à la surface de Cérès accélère de 30 cm chaque seconde)[42].

Géologie

Photographies de Cérès prises par le télescope spatial Hubble en 2005 avec une résolution d'environ 30 km. La nature du point brillant est incertaine. La première image (en haut à gauche) est séparée de 2 h 20 min de la dernière (en bas à droite) ; Cérès a ainsi effectué un quart de révolution au cours des quatre images.

La composition de la surface de Cérès est largement similaire, mais pas identique, à celle des astéroïdes de type C[9]. Le spectre infrarouge de Cérès fait apparaître des matériaux hydratés qui indiquent la présence de quantités significatives d'eau à l'intérieur de l'objet. Parmi les autres possibles constituants de la surface, il y aurait de l'argile riche en fer (cronstedtite) et des composés carbonatés (dolomite et sidérite), minéraux courants dans les météorites chondrites carbonées[9]. Les caractéristiques spectrales des carbonates et de l'argile sont généralement absentes du spectre des autres astéroïdes de type C[9]. Cérès est parfois classifié comme un astéroïde de type G[43].

La surface de Cérès est relativement chaude. La température diurne maximale fut estimée à 235 K (environ -38 °C) le 5 mai 1991[11]. En tenant compte de la distance de Cérès au Soleil lors de cette mesure, il fut possible d'estimer que la température maximale est d'environ 239 K au périhélie. Quelques indices laissent à penser que Cérès possède une atmosphère ténue et du givre[14]. Des observations dans l'ultraviolet effectuées par le télescope IUE ont détecté de la vapeur d'eau près du pôle nord[14].

Diagramme illustrant la structure géologique de Cérès.

Il existe divers points singuliers de nature incertaine à la surface de Cérès. Les photographies ultraviolettes en haute résolution prises par le télescope spatial Hubble en 1995 montrèrent un point sombre sur sa surface, qui fut surnommé « Piazzi » en l'honneur du découvreur de Cérès[43] et dont on pensait qu'il s'agissait d'un cratère. Des images ultérieures, prises en plus haute résolution par le télescope Keck par optique adaptative sur une rotation complète, ne montrèrent aucun signe de « Piazzi »[44]. Cependant, deux zones sombres semblaient se déplacer avec la rotation de la planète naine, l'une d'entre elle possédant une région centrale brillante. Les scientifiques ont émis l'hypothèse qu'il s'agit également de cratères. Les images les plus récentes, prises par Hubble en lumière visible en 2003 et 2004, mettent en évidence onze points singuliers de nature inconnue à la surface de Cérès[10],[45]. L'une de ces zones correspond à « Piazzi »[10]. Les zones de faible albedo observées par Keck n'ont pas pu être identifiées sur ces images[44].

Peter Thomas de l'Université Cornell a émis l'hypothèse selon laquelle l'intérieur de Cérès est différencié[3]. Son aplatissement semble trop faible pour un corps indifférencié, ce qui indique qu'il est constitué d'un noyau rocheux entouré d'un manteau glacé[3]. Ce manteau, d'une épaisseur de 60 à 120 km, pourrait contenir 200 000 000 km3 d'eau (16 à 26 % de la masse de Cérès), soit plus que la totalité de l'eau douce sur Terre[46].

Observation

Lorsque Cérès est en opposition à proximité de son périhélie, il peut atteindre une magnitude apparente de +6,7[15]. On considère généralement que cette valeur est trop faible pour que l'objet soit visible à l'œil nu, mais il est néanmoins possible pour une personne dotée d'une excellente vue et dans des conditions d'observation exceptionnelles de percevoir la planète naine. Les seuls astéroïdes pouvant atteindre une telle magnitude sont Vesta et, pendant de rares oppositions à leur périhélie, Pallas et Iris[47]. Au maximum de sa luminosité, Cérès n'est pas l'astéroïde le plus brillant ; Vesta peut atteindre la magnitude +5,4, la dernière fois en mai et juin 2007[48]. Aux conjonctions, Cérès atteint la magnitude de +9,3, ce qui correspond aux objets les moins lumineux qui puissent être visibles à l'aide de jumelles 10×50. La planète naine peut donc être vue aux jumelles dès qu'elle est au-dessus de l'horizon par une nuit noire. Pallas et Iris sont invisibles aux jumelles par de petites élongations[15].

Le tableau suivant résume les phases d'observabilité de Cérès entre 2006 et 2017.

Début rétrogradation Opposition Fin rétrogradation Conjonction
Date Distance
(UA)		 Magnitude
26 juin 2006 12 août 2006 1,983 7,6 27 novembre 2006 22 mars 2007
20 septembre 2007 9 novembre 2007 1,837 7,2 1erjanvier 2008 28 juin 2008
17 janvier 2009 24 février 2009 1,585 6,9 16 avril 2009 31 octobre 2009
28 avril 2010 18 juin 2010 1,820 7,0 9 août 2010 30 janvier 2011
31 juillet 2011 16 septembre 2011 1,992 7,7 12 novembre 2011 26 avril 2012
30 octobre 2012 17 décembre 2012 1,688 6,7 4 février 2013 17 août 2013
1er mars 2014 15 avril 2014 1,633 7,0 7 juin 2014 10 décembre 2014
6 juin 2015 25 juillet 2015 1,943 7,5 16 septembre 2015 3 mars 2016
1er septembre 2016 20 octobre 2016 1,908 7,4 15 décembre 2016 5 juin 2017

Les évènements suivants figurent parmi les principales observations de Cérès :

Exploration

Vue d'artiste de la mission spatiale Dawn destinée à visiter Vesta (à gauche) et Cérès (à droite).

À ce jour, Cérès n'a jamais été visité par une sonde spatiale. Cependant, Cérès constitue l'un des deux objectifs de la sonde Dawn (avec Vesta) ; lancée en septembre 2007, elle doit atteindre la planète naine en 2015[16].

Selon la définition de la mission Dawn, la sonde doit s'insérer en orbite autour de Cérès à une altitude de 5 900 km. Après cinq mois d'études, la sonde réduira sa distance orbitale à 1 300 km, puis à 700 km pendant encore cinq mois[51]. Parmi les instruments, la sonde compte une caméra, un spectromètre infrarouge et dans le visible, ainsi qu'un détecteur de rayons gamma et de neutrons. Ils serviront à examiner la forme de Cérès et l'abondance de ses éléments[16].

Des signaux radios de sondes en orbite autour de Mars ou sur sa surface ont été utilisés pour estimer la masse de Cérès à partir de perturbations du mouvement de Mars[5].

Annexes

Articles connexes

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Liens externes

Source

  • (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu d’une traduction de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « (1) Ceres ».

Références

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  32. ↑ R. Binzel et al., « IAU 2006 General Assembly: Result of the IAU resolution votes », 24 août 2006, Union astronomique internationale. Consulté le 11 novembre 2007
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