Les lacunes de Kirkwood

Zones vides dans la distribution des astéroïdes

Bien que les moyens d'observation fussent limités par rapport à aujourd'hui, l'astronome américain Daniel Kirkwood (1814-1895) a identifié en 1866, les fameuses lacunes sur la distribution des astéroïdes dans la ceinture principale. Ces lacunes portent aujourd'hui son nom.

Kirkwood a calculé les distances à partir du Soleil où les résonances orbitales avec Jupiter étaient les plus fortes. Il a constaté que ces distances correspondaient à des zones vides dans la distribution des astéroïdes.
Les travaux de Daniel Kirkwood sur les lacunes de Kirkwood ont duré environ dix ans. Il a commencé à travailler sur ce sujet en 1866 et a publié ses résultats en 1877.
Aujourd'hui, grâce aux télescopes (Hubble, Gaia, TESS, Pan-STARRS, LSST et Catalina Sky Survey) capables de balayer de grandes régions du ciel en une seule nuit, les astronomes peuvent détecter un grand nombre d'astéroïdes et calculer leurs distances.

Ainsi, les lacunes de Kirkwood sont des zones vides d'astéroïdes, situées à des distances spécifiques du Soleil.

Influence de Jupiter

L'explication physique de ces lacunes réside dans le phénomène de résonance orbitale.
L'une des résonances les plus connues est la résonance 3:1, où un astéroïde orbite trois fois autour du Soleil pendant que Jupiter parcourt une seule orbite.
En d'autres termes, l'influence gravitationnelle de la planète géante perturbe les orbites des astéroïdes. Ces perturbations se traduisent par des lacunes distinctes dans la distribution des astéroïdes.
En conséquence, les astéroïdes en résonance avec Jupiter ont des périodes orbitales spécifiques qui mettent en évidence des lacunes dans certaines régions de l'espace.

Lorsqu'un astéroïde entre en résonance avec Jupiter, les interactions gravitationnelles répétées avec la planète provoquent des perturbations sélectives dans son orbite. Cela peut conduire à des positions spécifiques de l'espace orbital où l'énergie de l'astéroïde est instable, conduisant éventuellement à des collisions avec d'autres corps célestes ou à des éjections de la ceinture d'astéroïdes. Ces évènements empêchent les astéroïdes de rester très longtemps dans ces zones perturbées.

La précision avec laquelle on connaît la lacune de Kirkwood 3:1 dépend de la méthode utilisée pour la mesurer.
Si on se base sur la distribution des demi-grands axes des astéroïdes, on peut estimer la position et la largeur de la lacune avec une précision de l’ordre de 0,01 UA, soit environ 1,5 million de kilomètres.
Si on se base sur les résonances orbitales et séculaires, on peut affiner la précision à l’ordre de 0,001 UA, soit environ 150 000 kilomètres. Ces valeurs sont toutefois approximatives, car les orbites des astéroïdes sont sujettes à des variations chaotiques à long terme.

En plus des lacunes principales, il existe de nombreuses autres lacunes plus petites dans la ceinture principale d'astéroïdes. Ces lacunes sont causées par des résonances orbitales avec Mars et Saturne.