NEO Surveyor

NEO Surveyor (anciennement , NEOSM, , NEOCam) est une mission spatiale de l'agence spatiale américaine, la NASA, dont l'objectif est d'effectuer un inventaire des objets géocroiseurs, caractérisées par une orbite proche ou coupant celle de la Terre, dont la taille est susceptible de constituer pour la Terre une menace à l'échelle d'une région entière (diamètre de 140 mètres ou plus). La mission, décidée le , doit être lancée vers . Le projet fait partie du programme de défense planétaire de la NASA. Il doit permettre à l'agence spatiale de remplir l'objectif de recensement des objets géocroiseurs d'un diamètre supérieur à 140 mètres (détection de 90% de cette population) défini en 2005 par le Congrès américain. Pour remplir ses objectifs, l'engin spatial de 1,3 tonnes utilise un télescope observant dans l'infrarouge moyen (4-) caractérisé par une ouverture de 50 centimètres et des détecteurs refroidis de manière passive. Pour pouvoir observer une large portion du ciel l'observatoire est placé sur une orbite de halo autour du du système Terre-Soleil et dispose d'un pare-soleil lui permettant de pointer son télescope dans une direction relativement proche du Soleil.

Contexte

Les astéroïdes géocroiseurs

Les objets géocroiseurs sont des comètes ou des astéroïdesPar convention la NASA, qui joue un rôle central dans l'observation de ces objets, ne fait rentrer dans cette catégorie que les corps de plus de un mètre de diamètre dont l'orbite croise celle de la Terre. À ce titre, ils constituent une menace potentielle pour notre planète. L'énergie cinétique d'un objet géocroiseur croît comme le cube de son diamètre (D) et le carré de sa vitesse (v) : elle est égale à 1/2 mv avec m = (π D/6)×d ou d est la densité (en moyenne 2 avec des valeurs pouvant être comprises entre 0,5 et 6 environ). Compte tenu de sa vitesse très élevée (plusieurs dizaines de kilomètres par seconde), un petit astéroïde de dix mètres de diamètre dégage l'énergie de la bombe atomique d'Hiroshima. Les conséquences de la collision d'un objet de ce type avec la Terre dépendent donc de sa taille mais également de sa structure (poreuse ou métallique) et de la région ayant subi l'impact. Les deux tiers de la surface de la Terre sont couvertes par des océans et une grande proportion des terres est faiblement peuplée (Russie, Canada, est de la Chine, Australie). Toutefois un impact dans un océan peut être dévastateur car il déclenche un tsunami pouvant ravager des côtes souvent densément peuplées. Le plus grand objet géocroiseur a de diamètre. La probabilité d'un impact est d'autant plus faible que l'objet géocroiseur est de grande taille donc rare (cf tableau ci-dessous). La probabilité d'impact des objets géocroiseurs les plus grands est extrêmement faible mais ceux-ci peuvent entraîner la disparition de l'humanité. Bien qu'un objet géocroiseur puisse rayer l'humanité de la Terre, la probabilité très faible de leur occurrence aboutit à un nombre de décès ramené à l'année très faible comparé à d'autre causes de mortalité : par an à comparer aux des tremblements de terre, 2 millions de morts dus à la pollution de l'air ou 5 millions de morts liés à la consommation de tabac..

Faire face à la menace d'un impact d'un objet géocroiseur nécessite de connaître celle-ci avec un délai suffisamment important (plusieurs années à l'avance) et de disposer de moyens de le détourner (impacteur...). Pour parer à toute menace de ce type, il faut au préalable avoir recensé tous les objets constituant potentiellement une menace (il y en a plus d'un million d'une taille supérieure à ), connaître leur trajectoire de manière très précise, suivre régulièrement celle-ci (elle change sous l'influence des autres corps célestes), tester les méthodes permettant de les détourner et enfin disposer en permanence des moyens permettant d'agir. Le nombre d'objets géocroiseurs connus avec suffisamment de précision est faible car ce sont des astres de très petite taille et souvent très sombres. Les techniques permettant de détourner un objet géocroiseur sont théoriquement disponibles mais elles doivent être testées car leur efficacité est difficile à évaluer. Tous ces travaux représentent un coût très important pour la société. Compte tenu de la probabilité très faible d'un impact aux conséquences significatives, leur prise en charge par la société relève de décisions prises par la sphère politique.

+Principales caractéristiques, impact potentiel et état des lieux du recensement des objets géocroiseurs (2019).. Diamètre : Entre 3 et 29 mètres Entre 30 et 139 mètres Entre 140 et 1 000 mètres Plus de 1 000 mètresProbabilité impact 1 par an 1 tous les 100 ans 1% tous les 100 ans 0,002 % tous les 100 ans Manifestation Flash lumineux. Explosion aérienne (météorite poreux).Cratère de 1 kilomètre de diamètre (météorite métallique). Cratère de plusieurs kilomètres de diamètre. Cratère de 10 kilomètres de diamètre ou plus.Conséquences humaines Dégâts mineurs à importants.Peut entraîner plusieurs milliers de décès. Peut détruire une ville entière en cas de frappe directe (probabilité faible). Destruction d'un pays entier.Pertes humaines supérieures à toutes les catastrophes naturelles passées. Disparition possible de la civilisation humaine. Nombre environ 1 milliard environ 1 million environ environ Pourcentage détecté ∅ 3 mètres : 0 % ∅ 10 mètres : 0,02 % ∅ 30 mètres : 1,4 % ∅ 100 mètres : 25 % ∅ 140 mètres : 40 % ∅ 500 mètres : 77 % ∅ 1000 mètres : 81 % ∅ > 6,5 km : 100 %

La NASA missionnée pour détecter la menace des géocroiseurs (1998 et 2005)) vignette|Schéma 1 : Orbites des différentes familles d'astéroïdes géocroiseurs c'est à dire constituant une menace pour la Terre : familles Apollon et Aton (en rouge), coupant l'orbite de la Terre (en bleu foncé), et les familles des Amor et Atira (en vert).

En 1998, le Congrès américain demande à l'agence spatiale américaine, la NASA, de détecter 90 % des objets géocroiseurs ayant plus d'un kilomètre de diamètre au cours des dix années suivantes et de déterminer leurs trajectoires et leurs principales caractéristiques. En 2005, le Congrès élargit la mission de la NASA en l'étendant aux objets géocroiseurs de plus de 140 mètres de diamètre. La NASA dispose de 15 ans pour atteindre ce but (date butoir 2020) mais aucune ligne budgétaire n'est allouée à cette tâche par le Congrès.. De 2005 à 2010, la NASA dispose d'une ligne budgétaire annuelle symbolique de 4 millions de dollars américains pour effectuer cet inventaire. Une augmentation rapide du budget consacré aux détections d'astéroïdes intervient à compter du budget 2011 (20 millions de dollars américains) et 2014 (40 millions de dollars américains). Dans les deux cas, il s'agit de préparer une mission avec équipage vers un astéroïde qui débouche en 2014 sur l'Asteroid Retrieval and Utilization.. En 2019, il est manifeste que la NASA ne parvient pas à remplir les objectifs dans le délai fixé par le Congrès en 2005. En effet, si des découvertes sont effectuées régulièrement par des télescopes terrestres du Catalina Sky Survey et Pan-STARRS financés en partie par la NASA, de nombreux objets géocroiseurs, très sombres, ne peuvent être détectés que dans l'infrarouge qui est filtré par l'atmosphère terrestre. Il est donc nécessaire d'utiliser un télescope placé dans l'espace. La NASA dispose à cet effet depuis 2013 d'un télescope spatial infrarouge ayant achevé son programme scientifique (projet NEOWISE) mais celui-ci, non conçu pour remplir cet objectif, réalise un nombre minime de détections d'objets géocroiseurs et arriver en fin de vie à la fin de la décennie 2010.

Historique du projet

Le projet NEOCam (2006-2015)

Dès le milieu des années 2000, un projet de télescope spatial infrarouge conçu pour détecter les objets géocroiseurs est élaboré. NEOCam est développé par une équipe du dirigée par Amy Mainzer responsable scientifique des missions WISE et NEOWISE. Ce télescope spatial effectuant ses observations dans le proche infrarouge doit être placé en orbite autour du pour détecter et caractériser les objets célestes dont les astéroïdes géocroiseurs qui présentent un risque pour la Terre et dont le diamètre est supérieur à . Le projet est proposé sans succès à trois reprises (2006, 2010 et 2015) comme candidat pour le programme de la NASA qui finance des missions spatiales à faible coût. En 2015, le projet passe le premier tour de sélection mais n'est finalement pas retenu notamment du fait de l'absence de maturité de la technique utilisée par les détecteurs infrarouges sélectionnés : ceux ci sont conçus pour se passer d'un système de refroidissement cryogénique qui limiterait la durée de vie de l'observatoire. Des fonds sont toutefois alloués durant un an pour détailler ses spécifications.

Sélection de la mission NEO Surveyor (2019)

L'Académie nationale des sciences américaine publie en un rapport réalisé à la demande de la NASA pour identifier et évaluer les différentes options possibles pour le financement des missions associées à la défense planétaire (la gestion de la menace des objets géocroiseurs) dont fait partie NeoCam. Le rapport souligne que NEOCam est en concurrence au sein du programme avec des projets qui répondent, contrairement à NeoCam, aux objectifs scientifiques, critères principaux de sélection. Il suggère de rattacher le projet NEOCam à un programme de défense planétaire indépendant non soumis au processus de sélection. En Thomas Zurbuchen officialise la sélection de NEO Surveyor qui identifie NEOCam dans ce nouveau cadre. Le passage rapproché en de l'astéroïde 2019 OK, qui a échappé aux méthodes de détection existantes, pourrait avoir contribué à cette décision Evan Gough, This Summer's Asteroid Near-Miss Helped Greenlight NASA's NEOCam Mission to Search the Skies for Killer Spacerocks. Universe Today, 25 septembre 2019. Marcia Smith, NASA Announces New Mission To Search for Asteroids, Space Policy Online. 23 septembre 2019. NASA will develop a $600 million telescope to detect near-Earth objects. Chrissy Sexton, Earth.com, 27 septembre 2019..

NEO Surveyor reprend les caractéristiques de NEOCam avec quelques modifications : son objectif est fortement centré sur la découverte des objets géocroiseurs, et inclut un segment terrestre consacré au traitement des données. L'Université de l'Arizona joue désormais un rôle central dans les aspects techniques du projet. La responsable scientifique du programme NeoCam, Amy Mainzer, qui était rattachée jusque là au Jet Propulsion Laboratory, prend la tête du projet après son transfert à l'Université de l'Arizona.

La mission fait partie du programme de défense planétaire de l'agence spatiale qui comprend également la mission du télescope spatial NEOWISE, programme de relevé des géocroiseurs réutilisant le télescope spatial infrarouge WISE aux capacités limitées par l'épuisement de l'hélium utilisé pour refroidir ses détecteurs ainsi que le projet Double Asteroid Redirection Test (DART), lancé en 2021 et destiné à tester une stratégie de détournement d'un astéroïde circulant sur une trajectoire de collision avec la Terre Lee Billings, Millions of Small Asteroids That Could Threaten Our World Remain Uncatalogued, Scientific American. 1 January 2016. Paul Voosen, Updated: NASA taps missions to tiny metal world and Jupiter Trojans, Science. 4 January 2017..

Objectifs

Les objectifs de la mission NEO Surveyor sont : durant la mission primaire de d'une durée de cinq ans, le télescope spatial doit découvrir 65 % des objets géocroiseurs (NEO acronyme de ) existants d'un diamètre supérieur à 140 mètres. Au bout de dix ans (mission étendue), ce taux doit être porté à 90 %. La mission doit pouvoir durer . déterminer la taille des astéroïdes à partir de la signature infrarouge de l'astéroïde. Cette signature permet de déterminer avec une précision relativement bonne (environ 10%) le diamètre contrairement à la signature dans le visible. ;