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Dimanche 4 Mai 2025 - News # 94243 

Astronautique et astronomie : "Peut-on zigzaguer dans des champs d'astéroïdes ?" - Par Simon Tardivel, ingénieur en mécanique spatiale au Cnes  :

J'ai posé la question à l'excellent Grok :

Quelle est la densité d'un champ d'astéroïdes pour :
- La Ceinture d'astéroïdes,
- La ceinture de kuiper,
- Le nuage de Oort.
Et quelle est la probabilité pour chacun qu'un vaisseau ayant une section efficace de 100 m² percute un astéroïde d'au moins 20 cm lorsqu'il le traverse dans sa partie la plus dense ?

1. Ceinture d'astéroïdes (partie la plus dense, ~2,5 UA)

  • Densité : Pour objets ≥ 1 km, ~1 par 10⁶ km³. Pour ≥ 10 cm, facteur ~10⁹ (en prenant q=3 q = 3 q=3), soit 10⁹ / 10⁶ = 10³ objets par km³ = 1000 objets/km³.
  • Section efficace : ~100 m² = 10⁻¹⁰ km² (vaisseau dominant).
  • Trajet : ~0,5 UA = 75 × 10⁶ km.
  • Probabilité : Volume balayé = trajet × section efficace = 75 × 10⁶ × 10⁻¹⁰ = 7,5 × 10⁻³ km³. Nombre d'objets rencontrés = densité × volume = 1000 × 7,5 × 10⁻³ ≈ 7,5. Probabilité par collision ≈ 7,5 × (10⁻¹⁰ / 1) ≈ 7,5 × 10⁻¹⁰ (1 sur 1,3 milliard).

2. Ceinture de Kuiper (partie la plus dense, ~40 UA)

  • Densité : Pour objets ≥ 1 km, ~1 par 10⁷ km³. Pour ≥ 10 cm, facteur ~10⁹, soit 10⁹ / 10⁷ = 10² objets par km³ = 100 objets/km³.
  • Section efficace : ~10⁻¹⁰ km².
  • Trajet : ~10 UA = 1,5 × 10⁹ km.
  • Probabilité : Volume balayé = 1,5 × 10⁹ × 10⁻¹⁰ = 0,15 km³. Nombre d'objets rencontrés = 100 × 0,15 = 15. Probabilité ≈ 15 × (10⁻¹⁰ / 1) ≈ 1,5 × 10⁻⁹ (1 sur 670 millions).

3. Nuage de Oort (partie la plus dense, ~10 000 UA)

  • Densité : Pour objets ≥ 1 km, ~1 par 10¹⁰ km³. Pour ≥ 10 cm, facteur ~10⁹, soit 10⁹ / 10¹⁰ = 10⁻¹ objets par km³ = 0,1 objet/km³.
  • Section efficace : ~10⁻¹⁰ km².
  • Trajet : ~20 000 UA = 3 × 10¹² km.
  • Probabilité : Volume balayé = 3 × 10¹² × 10⁻¹⁰ = 300 km³. Nombre d'objets rencontrés = 0,1 × 300 = 30. Probabilité ≈ 30 × (10⁻¹⁰ / 1) ≈ 3 × 10⁻⁹ (1 sur 330 millions).

Résumé des probabilités (objets ≥ 10 cm)

  • Ceinture d'astéroïdes : ~7,5 × 10⁻¹⁰ (1 sur 1,3 milliard).
  • Ceinture de Kuiper : ~1,5 × 10⁻⁹ (1 sur 670 millions).
  • Nuage de Oort : ~3 × 10⁻⁹ (1 sur 330 millions).

Comparaison avec objets ≥ 1 km

  • Précédent (≥ 1 km) : Ceinture d'astéroïdes ~10⁻¹¹, Kuiper ~10⁻¹², Oort ~10⁻¹³.
  • Les nouvelles probabilités sont bien plus élevées (10² à 10⁴ fois), car la densité d'objets ≥ 10 cm est beaucoup plus grande, même si leur section efficace est plus faible.

Remarques

  • Les probabilités restent faibles, mais bien plus significatives qu'avec les objets ≥ 1 km, reflétant l'abondance des petits objets.
  • Les estimations de densité pour les objets ≥ 10 cm sont incertaines, surtout pour Kuiper et Oort, car les observations directes sont limitées. J'ai utilisé un facteur conservateur (10⁹).
  • Les collisions avec des objets de 10 cm peuvent causer des dommages sérieux à un vaisseau (perforations, débris), contrairement aux micrométéoroïdes.
  • Si Nuage de Oort : ~10⁻¹³ (1 sur 10 000 milliards).

En complément sur Cnes :

En complément sur astéroïde :

     

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