Lorsque l'astronomeastronome allemand Heinrich Olbers a découvert le 29 mars 1807 l'astéroïde VestaVesta, il ne pouvait pas se douter qu'il serait un jour visité par un émissaire de l'Humanité, la sonde Dawnsonde Dawn de la Nasa qui l'a étudié de près, de juillet 2011 à août 2012, avant de partir en direction de la planète naine Cérès. Dawn a révélé une surface fortement cratérisée pour ce corps céleste qui est devenu le plus grand des astéroïdes de la ceinture principale du Système solaire entre Mars et JupiterJupiter. Ce titre était autrefois détenu par CérèsCérès avant qu'on ne le requalifie en planète naine.

Olbers ne pouvait pas savoir non plus qu'avec une taille moyenne d'environ 530 kilomètres, Vesta serait considéré au XX^e siècle comme un représentant fossilefossile des planétésimaux, ces petits corps célestes dont les tailles sont grossièrement comprises entre 10 et 1.000 kilomètres et qui ont été introduits dans les théories cosmogoniques des planètes, d'abord par Chamberlin et Moulton, et surtout par la suite par Viktor Safronov. C'est en entrant en collision sous l'effet de leurs forces d'attraction gravitationnelle que les planétésimaux ont donné naissance aux embryonsembryons de planètes puis aux planètes elles-mêmes. On saisit donc tout l'intérêt de l'étude de Vesta par Dawn pour comprendre plus finement la genèse du Système solaire il y a environ 4,56 milliards d'années.

Des météorites analogues aux basaltes sur Terre

Dawn a confirmé par ses analyses spectrales de la composition minéralogique de la surface de Vesta ce que l'on savait déjà à partir d'instruments similaires équipant les télescopes terrestres depuis des décennies, à savoir la présence de roches ignéesroches ignées témoins d'une activité volcanique et magmatique passée. Mieux, les spectresspectres obtenus sont très semblables à ceux d'un groupe de trois types de météoritesmétéorites achondritesachondrites bien connues sur Terre depuis longtemps et dont la provenance, en raison notamment de la similarité des spectres, était déjà attribuée à Vesta, les météorites HED (pour Howardites-EucritesEucrites-Diogénites).

Les eucrites sont très similaires aux basaltesbasaltes que l'on peut trouver sur Terre, par exemple sous la forme des coulées de lave des volcans hawaïens. Elles sont essentiellement constituées de petits cristaux de pyroxènepyroxène et de plagioclase, ce qui implique un refroidissement rapide alors que les diogénites, également constituées de pyroxène et de plagioclase, avec un peu d'olivineolivine, ont des cristaux de taille nettement supérieure. Ce qui implique un refroidissement bien plus lent et suggère donc que les diogénites proviennent des profondeurs de Vesta et qu'elles ont été excavées par de très violents impacts, ceux-là mêmes qui ont formé les grands cratères à la surface de Vesta. Les howardites sont, elles, des brèches composées de fragments d'eucrites et de diogénites, avec parfois quelques chondreschondres carbonés.

Les météorites HED (howardites-eucrites-diogénites) sont un grand groupe de météorites qui proviendraient de Vesta, une hypothèse qui est cohérente avec les observations actuelles de Dawn. Les eucrites sont des laves cristallisées qui ont la composition du basalte, le type de lave le plus courant sur Terre. Les eucrites QUE 97053 (à gauche) et EET 90020 (à droite), illustrées ici, ont été récupérées en Antarctique. Ces images sont de fines tranches de météorites vues au microscope polarisant. Les barres blanches des images, d'une longueur de 2,5 mm chacune, indiquent l'échelle. Lorsque la lumière polarisée passe à travers de fines tranches de roche, les minéraux ont des couleurs différentes. Des eucrites comme celles-ci représentent une partie de la surface de Vesta. Leurs compositions peuvent être comparées aux observations de divers instruments à bord de Dawn. © Nasa

Les eucrites ont donc été émises par une activité volcanique importante puisqu'une bonne partie de la surface de Vesta en est couverte. Complétées par l'étude du champ de gravitégravité de Vesta par Dawn, toutes ces données indiquent que l'astéroïde est un corps différencié, comme la Terre, possédant un noyau dense de nickelnickel et de ferfer dont le diamètre serait compris entre 214 et 226 kilomètres, un manteaumanteau et une croûtecroûte. On peut donc considérer que Vesta a conservé figé un aperçu de la façon dont les corps planétaires rocheux, y compris la Terre, se refroidissaient, se solidifiaient et se formaient au cours des premières dizaines de millions d'années de l'histoire du Système solaire.

Maintenant, il faut savoir qu'on a de bonnes raisons de penser que bien des planétésimaux au début de l'histoire du Système solaire ont été chauffés fortement et rapidement, au point de développer des volcansvolcans, essentiellement par la désintégration d'un isotopeisotope de l'aluminiumaluminium à courte duréedurée de vie, l'aluminium 26. Il aurait été produit par l'explosion d'une étoileétoile en supernovasupernova, dont l'onde de choc aurait provoqué l'effondrementeffondrement de la nébuleusenébuleuse protosolaire qui allait devenir le jeune SoleilSoleil entouré d'un disque protoplanétairedisque protoplanétaire, dans lequel se retrouvait l'isotope radioactif de l'aluminium. Plus le contenu en ²⁶Al des corps rocheux était important, donc leur taille, plus la production de chaleurchaleur était importante.

Une coupe de l'eucrite Northwest Africa 1836 trouvée au Maroc. © Meteorites Australia, www.meteorites.com.au.

Des poches survivantes d'un océan de magma

Des planétologues cosmochimistes de l'Université Curtin en Australie-Occidentale viennent de faire parler des eucrites trouvées en AntarctiqueAntarctique en les datant plus précisément par spectrométrie de massespectrométrie de masse au moyen des abondances des isotopes ⁴⁰Ar/³⁹Ar, une méthode de datation radiométrique dite Argon-Argon, qui affine la méthode de datation par le potassium-argon. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue Geochimica et Cosmochimica Acta.

Le professeur Fred Jourdan, de l'école des sciences de la Terre et des planètes de l'Université Curtin, explique certains des résultats en ces termes dans un communiqué de l'Université :

« Les données ont révélé que Vesta était volcaniquement active pendant au moins 30 millions d'années après sa formation initiale, qui s'est produite il y a 4.565 millions d'années. Bien que cela puisse sembler court, c'est en fait beaucoup plus long que ce que la plupart des autres modèles numériquesmodèles numériques prédisaient, c'était inattendu pour un si petit astéroïde. »

Pour cette raison, Fred Jourdan ajoute : « Considérant que tous les éléments radioactifs fournissant de la chaleur se seraient complètement désintégrés à ce moment-là, nos recherches suggèrent que des poches de magmamagma devaient avoir survécu sur Vesta, et étaient potentiellement liées à un océan de magma partiel en refroidissement lent situé à l'intérieur de la croûte de l'astéroïde. »

Trudi Kennedy, collègue de Fred Jourdan, ajoute également : « Nos données consolident l'hypothèse selon laquelle les premières coulées de lavelave des éruptions sur Vesta ont été enfouies profondément dans sa croûte par des coulées de lave plus récentes, essentiellement en se superposant les unes sur les autres. Elles ont ensuite été "cuites" par la chaleur du manteau de la protoplanète, modifiant les roches... C'est très excitant pour nous, car nos mesures apportent de nombreuses nouvelles informations sur les 50 premiers millions d'années environ de l'histoire ancienne de Vesta, que tous les futurs modèles devront désormais prendre en compte. Cela laisse également penser maintenant que si le volcanismevolcanisme pouvait durer plus longtemps qu'on ne l'imaginait sur une protoplanète, alors peut-être que le volcanisme sur la Terre primitive elle-même aurait pu être plus énergétique que nous ne le croyons actuellement. »

Le mystère de l'olivine manquante de Vesta

Dans la région occupée par le plus grand cratère de Vesta, Rheasilvia, les scientifiques pensaient trouver des roches riches en olivine provenant du manteau de cet astéroïde. La sonde Dawn n'a malheureusement pas confirmé cette prédiction. On n'en comprend pas bien la raison. Il faut sans aucun doute revoir l'histoire de ce petit corps céleste, probablement plus compliquée que prévu.

Rheasilvia est un immense cratère de près de 500 km de diamètre centré près du pôle sud de l'astéroïde Vesta. Il a été découvert pour la première fois sur des images prises par Hubble en 1997. Il occupe presque 90 % du diamètre moyen de Vesta, dont la forme est proche de celle d'un ellipsoïde oblong mesurant presque 580 km dans sa plus grande longueur et 460 km dans sa plus petite. On s'attendait à ce qu'un tel impact permette d'avoir accès directement aux roches profondes de ce petit corps céleste en les ramenant en surface.

Or, la sonde Dawn, qui a permis de mieux connaître Vesta puisqu'elle est restée quelque temps en orbiteorbite autour de cet astéroïde (avant de partir en direction de la planète naine Cérès, qu'elle atteindra en 2015), était équipée de l'instrument Visible and Infrared Mapping Spectrometer (VIR). Avec lui, il était possible de déterminer la composition minéralogique de la surface de Vesta jusqu'à un certain point. Les chercheurs sont donc partis à la recherche de traces d'olivine.

Une carte en fausses couleurs de la minéralogie de surface de Vesta. L'imposant cratère Rheasilvia occupe une bonne partie de l'hémisphère sud. Les taches rouges, vertes et bleues indiquent des régions dont les roches sont identiques à celles formant respectivement les diogénites, les howardites et les eucrites, des météorites trouvées sur Terre. La sonde Dawn a donc confirmé qu’elles venaient bien de Vesta. Les zones jaunes indiquent les régions où l’on trouve à la fois des diogénites et des howardites. © Nasa

Pour en comprendre la raison, il faut savoir qu'avec sa taille, qui pourrait presque le faire qualifier de planète naine, l'astéroïde pouvait avoir évolué comme d'autres corps du Système solaire, tels que la Terre ou Mars. En effet, on avait de bonnes raisons de penser que des sources de chaleur, que ce soient des éléments radioactifs ou à cause de l'induction, avaient conduit Vesta à se différencier avec la formation d'un noyau métallique, d'une croûte et d'un manteau riche en olivine.

Vesta, un astéroïde partiellement différencié ?

Mais comme les planétologues l'expliquent dans un article de Nature, et à leur grande surprise, aucune trace d'olivine n'a été trouvée en association avec Rheasilvia, alors qu'ils s'attendaient à un forage naturel donnant accès aux roches du manteau de Vesta. Par contre, VIR a révélé la présence d'olivine là où on ne l'avait pas prévue, à savoir dans deux cratères dans l'hémisphère nordhémisphère nord, Arruntia et Bellicia.

Ce résultat énigmatique force les chercheurs à considérer des scénarios d'évolution de Vesta plus compliqués qu'ils l'imaginaient. Peut-être la différenciation de ce corps céleste ne s'est-elle produite que partiellement, avec des poches de roches contenant de l'olivine. Peut-être y a-t-il simplement des couches de matériaux qui se sont déposées sur Rheasilvia à l'occasion d'un événement inconnu, dissimulant les roches riches en olivine que l'on s'attendait à découvrir. Voilà en tout cas un beau sujet d'étude pour une mission future qui irait se poser sur Vesta pour en explorer la géologiegéologie.