C’est une nouvelle étape dans la conquête du cosmos. Pour la première fois, une sonde se prépare à explorer le plus gros des astéroïdes de la Ceinture principale, la région située entre Mars et Jupiter. Le 6 mars prochain, en effet, la mission Dawn de la NASA arrivera à 38 000 km de Cérès, objet sphérique de 950 kilomètres de diamètre. L’engin spatial s’en approchera, jusqu’à 13 500 km, pour une mise en orbite, à la fin avril. Débutera alors une phase d’observation de plusieurs mois, suivie, probablement à partir du début de 2016, d’une autre observation à une altitude de 375 kilomètres. Elle permettra, explique Antonella Barucci, co-investigatrice de l’un des instruments et astrophysicienne au Laboratoire d’études spatiales et d’instrumentation en astrophysique (LESIA) de Paris, «d’établir la composition de la surface de Cérès, sa structure interne, ainsi que l’origine d’un curieux phénomène: l’éjection à partir de sa surface équatoriale de jets de vapeur d’eau»!

Si tout se passe comme prévu – ce qui n’est pas garanti, compte tenu de l’endommagement de deux des «roues de réaction» servant à orienter le vaisseau –, l’aventure de Dawn sera une belle réussite. Partie en 2007, la sonde, qui fait appel pour sa propulsion à la technologie innovante des moteurs ioniques au xénon, n’en est, en effet, pas à son coup d’essai. Entre juillet 2011 et septembre 2014, elle a séjourné un long moment aux alentours de l’astéroïde Vesta, large de 530 km, ce qui en fait le premier engin spatial de l’Histoire à avoir réussi à se mettre successivement en orbite autour de deux astres. Dix autres sondes, dont les Voyager-1 et 2, ont déjà traversé cette région de l’espace où quelque 676 000 astéroïdes ont été repérés – on en trouve 10 000 supplémentaires tous les mois – et ont pu, au passage, prendre des images. Mais aucune ne s’est attardée. Or, l’étude de cette zone pourrait être l’une des clés pour mieux saisir les premières étapes de la formation de notre système solaire, voici 4,5 milliards d’années.

«Migration des planètes géantes»

Il est vrai que, avant d’en arriver là, une meilleure connaissance de l’origine de ces astéroïdes serait nécessaire. Les astrophysiciens ont d’abord vu en eux des débris de planètes, avant de se raviser et d’affirmer qu’ils étaient, en réalité, des restes de leurs matériaux de base: planétésimaux ou protoplanètes. Par la suite, la découverte de leur extraordinaire diversité en termes de composition, de forme, de stade d’évolution et de taille – on n’en dénombre pas moins de vingt-six catégories – n’a fait que complexifier le problème sans le résoudre. Les scientifiques se trouvant incapables d’expliquer comment ces petits corps avaient pu se former dans le disque de gaz et de poussières primitif, là où on les trouve aujourd’hui. Avec l’élaboration, voici une dizaine d’années, d’une théorie de la «migration des planètes géantes», ils ont abandonné l’idée selon laquelle la répartition et la position actuelles de ces différents objets aient quelque chose à voir avec celles qu’elles avaient été au départ. Et donc qu’elles puissent être directement mises à profit pour en déduire les conditions dans lesquelles les premiers planétésimaux sont apparus. En effet, selon la thèse désormais en vigueur, en s’éloignant du Soleil, voici 3,8 milliards d’années, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune auraient profondément modifié la Ceinture principale. L’entraînant plus loin. La vidant des neuf dixièmes de ses planétésimaux. En apportant d’autres. Et en opérant des mélanges.

D’où l’intérêt de la mission Dawn. En observant en détail les deux plus gros représentants de la Ceinture principale, Vesta et Cérès, très dissemblables, et en les comparant, les astrophysiciens sauront mieux caractériser les deux familles d’astéroïdes – dites de type «V» et «C» – auxquelles ils appartiennent. «Mais aussi, précise Benoît Carry, astronome à l’Observatoire de Paris, mieux appréhender la façon dont les planétésimaux évoluent en fonction de leurs compositions, de leurs masses et de leurs environnements pour aboutir, au bout de 4,5 milliards d’années, à des astres d’aspects si différents.»

Premier astéroïde découvert

Dawn permettra aussi bien sûr d’en apprendre un peu plus sur Cérès lui-même, dont on ne sait presque rien malgré le fait qu’il fut le premier astéroïde découvert, en 1801, et que sa masse représente un quart de celle cumulée de tous les objets de la Ceinture principale. Il serait fait d’un quart d’eau se présentant sous forme de matériaux hydratés, au niveau de sa surface. Celle-ci, sombre, cratérisée, riche en minéraux organiques, présente sur les premières images d’étranges «points lumineux» de nature inconnue.

Certains chercheurs affirment aussi que Cérès serait, au moins partiellement, différencié. Son sous-sol pourrait ainsi renfermer un noyau rocheux, entouré d’un manteau et d’une croûte. Sans pour autant que l’on puisse exclure qu’il dissimule des poches de glace, voire un océan liquide. Enfin, des observations réalisées par le télescope spatial Herschel de l’Agence spatial européenne (ESA) ont mis en évidence, en janvier 2014, la présence de deux énormes geysers de vapeurs d’eau jaillissant au niveau de son équateur. Leur origine est controversée. Ils pourraient avoir été produits, explique Dominique Bockelée-Morvan, astronome au LESIA qui a participé à l’étude, «par une collision avec une comète qui aurait mis à nu une zone aqueuse du manteau ou bien dont la glace serait en train de se sublimer. Voire par du «cryovolcanisme», un mécanisme de remontée d’eau depuis le sous-sol dont la source d’énergie resterait à déterminer».

Hauméa, Makémaké, Eris et… Pluton

Grâce à ses deux spectromètres de bord et à sa caméra, la sonde Dawn devrait trancher. Elle précisera la composition de Cérès. «De même qu’elle sera en mesure d’établir la structure interne de cet objet par la mesure précise du champ de gravité qu’elle effectuera», explique Gabriel Tobie, chercheur au Centre National français de la Recherche Scientifique, attaché au Laboratoire de planétologie et de géodynamique à Nantes.

Enfin, l’arrivée de la mission aux alentours de Cérès marque formellement une étape de la conquête spatiale. Depuis 2006 et une décision de l’Union astronomique internationale (UAI), l’astéroïde figure aussi parmi les «planètes naines» de notre système solaire. Rentrent dans cette catégorie tous les objets en orbite autour du Soleil, plus ou moins sphériques, n’étant pas des satellites et n’ayant pas, contrairement à une planète comme la Terre, réussi à faire place nette dans leur voisinage Cérès bien sûr mais également Hauméa, Makémaké, Eris et… Pluton! Hasard de l’actualité: une autre sonde de la NASA, baptisée New horizons, va, dès le mois de juillet, survoler ce dernier objet.