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Modéliser un astéroïde en
pâte à modeler
Déroulement détaillé
Au cours de ce TP, nous allons reproduire à l'échelle l'astéroïde
Eros en 3D à partir d'images prises par la sonde spatiale NEAR sous
différentes orientations. A l'aide d'un montage vidéo montrant
l'astéroïde en rotation, on déterminera son axe de rotation,
que l'on matérialisera à l'aide d'une pique de bois.
1- A l'aide des images fournies
et des indications données sur les dimensions réelles
de chaque vue, déterminez la dimension de l'astéroïde
Eros dans les trois dimensions.
Pour déterminer les dimensions d'Eros, on utilise
la dimension du gros cratère, visible au centre de la plus grande
face (diamètre = 6 km). On trouve que l'astéroïde
Eros a une dimension de 33 x 8 x 8 km.
2- En utilisant la pâte à modeler, fabriquez un modèle
3D de l'astéroïde à l'échelle 1/300000e. Essayez
de reproduire la forme de l'astéroïde au mieux, en indiquant
les principaux cratères.
L'astéroïde de pâte à modeler (au
1/300000e) aura une taille de 10 x 2,5 x 2,5 cm.
3- Que pensez-vous de la forme de cet astéroïde ?
Les figures 4 et 5 représentent
deux autres astéroïdes, Kleopatra et Mathilde. Imaginez
un scénario expliquant leur forme. Que savez-vous de la forme
des autres corps du Système Solaire ?
La forme de l'astéroïde est très irrégulière.
C'est également le cas des deux autres astéroïdes présentés
(Kleopatra et Mathilde). La forme d'os de Kleopatra pourrait être
expliquée par la rencontre à faible vitesse de deux corps
plus petits, qui se seraient ensuite "collés" l'un à l'autre.
Dans le cas de l'astéroïde Mathilde, sa structure la plus
curieuse est un cratère géant (au centre de l'image), résultat
d'une collision. Si l'objet qui a percuté Mathilde avait été
un peu plus gros, l'astéroïde aurait été complètement
détruit. Ces trois astéroïdes illustrent l'importance
des collisions au sein de la Ceinture d'astéroïdes.
Dans le Système Solaire, les planètes et les plus
gros astéroïdes et satellites ont une forme à peu
près sphériques, alors que les objets les plus petits
(astéroïdes, comètes et satellites) ont des formes
plus ou moins irrégulières.
4- Comment se sont formés les cratères ? Y a-t-il
des cratères plus anciens que d'autres? Quels renseignements nous
apportent-ils ? Connaissez-vous dautres objets du Système Solaire
dont la surface présente des cratères ? Y a-t-il des
cratères sur la Terre ?
Les cratères que l'on voit sur Eros sont le résultat
d'impacts météoritiques ou, pour les plus gros, de collisions
avec d'autres astéroïdes. En regardant attentivement les images,
on constate une superposition des cratères, indiquant qu'ils n'ont
pas tous le même âge. Compter le nombre de cratères
sur la surface d'Eros, comme sur toutes les autres surfaces planétaires,
nous permet de la dater.
La plupart des objets du Système Solaire présentent
des cratères, et presque tous sont d'origine météoritique
(le résultat de l'impact d'une météorite). Sur
Terre, on connaît quelques 150 cratères météoritiques.
C'est peu comparé à la Lune ou à Mercure dont la
surface est, à certains endroits, complètement saturée
de cratères. Ce très petit nombre de cratères s'explique
par la jeunesse de la croûte terrestre, renouvelée en permanence
grâce à la tectonique des plaques.
5- Calculez le volume d'Eros.
A partir des valeurs obtenues au 1-, on trouve que
le volume est égal à 33x8x8 km = 2112 km3.
La valeur obtenue grâce aux mesures de la sonde NEAR donne une valeur
de 2477 km3.
6- La figure 6 est un montage vidéo
illustrant la rotation de l'astéroïde Eros. A l'aide de
ce montage, matérialisez l'axe de rotation de l'astéroïde.
Pourquoi les astéroïdes tournent-ils sur eux-mêmes ?
Quelles informations nous apportent leur vitesse de rotation ?
(Eros fait un tour sur lui-même en 5h 16min).
La rotation des astéroïdes sur eux-mêmes
nous renseignent sur leur histoire collisionnelle. En particulier, si
l'on mesure la vitesse de rotation de beaucoup d'astéroïde
permet de connaître l'évolution collisionnelle globale de
la population des astéroïdes.
7- Fabriquez un cube de pâte à modeler. Formez un deuxième
cube de la même taille en juxtaposant des petites billes de pâte
à modeler. Pesez les deux cubes. Que constatez-vous ?
On constate que le cube "plein" est plus lourd (une dizaine
de grammes pour un cube de 5 cm de cté).
8- Comment expliquez que, à taille égale, certains
astéroïdes soient légers alors que d'autres, composés
des mêmes matériaux, soient plus lourds ?
Comme les deux cubes que l'on vient de fabriquer, certains
astéroïdes sont "faits d'un bloc", alors que d'autres sont
un agrégat de roches. Cet agrégat de roches tient ensemble
par gravité.
Bibliographie, sources
Site web de la mission NEAR : http://near.jhuapl.edu
A propos des cratères d'impacts et de météorites :
- Les météorites, Muséum d'Histoire Naturelle /
Bordas - 1996
- Collisions dans le Système Solaire, par P. Bendjoya, Ed. Belin
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