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Troyen (astronomie)

En astronomie, un troyen est un astéroïde dont l'orbite héliocentrique est en résonance de moyen mouvement 1:1 avec celle de la planète Jupiter, et qui est situé près de l'un des deux points stables de Lagrange (L4 ou L5) du couple Soleil-Jupiter, c'est-à-dire qui se trouve à 60° en avance ou en retard sur l'orbite de celle-ci[1]. La sonde Lucy a décollé le 16 à 9 h 34 UTC de Cap Canaveral pour en faire l'étude[2].

Les troyens sont les points L4 et L5 (en rouge), sur l'orbite d'un objet secondaire (en bleu), autour d'un objet primaire (en jaune).
Vue polaire de troyens dans le Système solaire (jusqu’à l’orbite de Jupiter).

Par extension, on appelle aussi troyen un objet dont l'orbite héliocentrique est en résonance de moyen mouvement 1:1 avec celle de n'importe quelle planète du Système solaire, et qui est situé près de l'un des deux points stables de Lagrange (L4 ou L5) du couple Soleil-planète.

Par extension encore, on appelle troyen un astéroïde ou un satellite naturel qui partage la même orbite qu'une planète ou un autre satellite plus massif, mais qui n'entre pas en collision avec cette planète ou ce satellite en raison de sa position près de l'un des deux points stables de Lagrange (L4 ou L5).

Au , le Centre des planètes mineures recense 11 596 troyens, dont 11 552 troyens de Jupiter (7508 en L4 et 4044 en L5), 32 troyens de Neptune (28 en L4 et 4 en L5), 9 troyens de Mars (8 en L5 et 1 en L4), 1 troyen d'Uranus (en L4) et 1 troyen de la Terre (en L4)[3]. Par ailleurs, un deuxième troyen de la Terre (aussi en L4) a été confirmé, Vénus aurait 1 troyen (en L4) et les deux plus gros astéroïdes de la ceinture principale, (1) Cérès et (4) Vesta, pourraient aussi avoir des troyens sur leur orbite. Uranus aurait aussi au moins un deuxième troyen en L4.

Autour des planètes, deux des satellites naturels de Saturne ont leurs propres troyens, qui sont par conséquent eux-mêmes satellites de Saturne. Les deux troyens de Téthys sont Télesto et Calypso, ceux de Dioné sont Hélène et Pollux. Le système Terre-Lune a pour sa part des nuages de poussières à ses points L4 et L5 : les nuages de Kordylewski.

Terminologie
Johann Palisa.

Les troyens doivent leur nom à la convention de nommage en vertu de laquelle les troyens de Jupiter sont nommés d'après des héros de la guerre de Troie[4]. Johann Palisa est à l'origine de cette convention : c'est sur la proposition de l'astronome autrichien que, le , Max Wolf et August Kopff décident de nommer 1906 TG, 1906 VY et 1907 XM, les trois premiers troyens de Jupiter à avoir été caractérisés comme tels, d'après Achille, Patrocle et Hector[5].

Localisés à proximité d'un point de Lagrange, L4 ou L5, les troyens sont aussi connus comme objets de Lagrange (en anglais : Lagrange object[6]) ou objets lagrangiens (lagrangian object[7]), bien que ces noms soient plus rares, en particulier en français.

Histoire
Max Wolf, découvreur de (588) Achille, premier objet à avoir été caractérisé comme un troyen.
Carl V. L. Charlier.

L'existence des troyens a été prédite par Joseph-Louis Lagrange dans son Essai sur le problème des trois corps[8], qui lui valut le prix de l'Académie royale des sciences de Paris en .

(588) Achille, un troyen de Jupiter[9] - [10] découvert par l'astronome allemand Max Wolf[9] - [10] le [9] - [10], est le premier objet à avoir été caractérisé comme un troyen[11] : quelques semaines après sa découverte, l'astronome suédois Carl V. L. Charlier met en évidence[11] qu'il est en orbite autour du point de Lagrange L4 du couple Soleil-Jupiter[12].

(12126) 1999 RM11, un troyen de Jupiter[13] - [14] découvert par le LINEAR[13] le [13] - [14], est considéré comme le premier troyen à avoir été observé[11] : le [11], l'astronome américain Gareth V. Williams[11] l'a identifié[11] à A904 RD[13] - [14], prédécouvert par l'astronome américain Edward E. Barnard[13] - [14] le [13] - [14].

Troyens dans le Système solaire

Troyens des planètes

Potentiellement, les points de Lagrange L4 et L5 de chacune des planètes du Système solaire pourraient contenir des astéroïdes. Concrètement, aucun n'a été détecté pour Mercure, sans doute en raison de l'instabilité de ses points de Lagrange, perturbés par la proximité de la masse solaire. Aucun n'a non plus été observé pour Saturne, probablement à cause de la proximité de Jupiter.

Au , le Centre des planètes mineures recense 11 980 troyens, dont le détail est donné dans le tableau ci-dessous[15] :

Nombre de troyens connus par planète du Système solaire au (données MPC[15] sauf indication contraire)
PlanèteEn L4 %En L5 %Total %
Vénus[16]1100,0 %00,0 %10,008 %
Terre[17] - [18]2100,0 %00,0 %20,017 %
Mars111,1 %888,9 %90,075 %
Jupiter7 85165,8 %4 08534,2 %11 93699,62 %
Uranus1100,0 %00,0 %10,008 %
Neptune2887,5 %412,5 %320,27 %

Troyens de Vénus

Un astéroïde troyen de Vénus est connu : 2013 ND15, situé au point de Lagrange L4 du système Soleil-Vénus[16].

Troyens de la Terre


Le projet Wide-Field Infrared Survey Explorer de la NASA a découvert en le premier troyen de la Terre, 2010 TK7, situé sur le point L4[19]. Sa trajectoire particulière[20] a rendu son observation difficile, qui a été ensuite confirmée par l'Observatoire Canada-France-Hawaï[21] - [22].

Fin , il est montré que l'astéroïde (614689) 2020 XL5, découvert en , est également troyen de la Terre, ce qui en fait le deuxième objet connu de ce genre. Comme 2010 TK7, il est situé autour de L4[23] - [24].

Troyens de Mars

Neuf astéroïdes troyens de Mars sont connus : un situé au point de Lagrange L4 du système Soleil-Mars et huit situés au point L5[25]. Sept de ces huit astéroïdes appartiennent à la famille d'Eurêka.

Troyens de Jupiter

Au , 7311 astéroïdes troyens de Jupiter sont connus : 4 727 en L4 et 2 584 en L5. Jupiter, la planète la plus massive du Système solaire, est ainsi aussi celle qui possède, de loin, le plus grand nombre d'astéroïdes troyens connus (il est probable que Neptune en possède encore plus mais que la plupart nous soient encore inconnus). Les troyens de Jupiter sont d'ailleurs les premiers astéroïdes troyens à avoir été découverts. Lorsqu'il n'y a aucune ambiguïté, on parle d'ailleurs simplement d'astéroïde troyen sans mentionner le nom de Jupiter pour désigner ceux de cette planète.

Troyens de Saturne

Aucun astéroïde troyen de Saturne n'est connu à ce jour (). Cette situation est probablement due à la proximité de Jupiter.

Troyens d'Uranus

Un astéroïde troyen d'Uranus est connu : 2011 QF99, situé au point de Lagrange L4 du système Soleil-Uranus[26]. 2014 YX49 serait aussi un troyen d'Uranus.

Troyens de Neptune

Au , 28 astéroïdes troyens de Neptune sont connus : 24 situés au point L4 du système Soleil-Neptune et 4 au point L5[27]. La population des troyens de Neptune est vraisemblablement bien plus grande que celle de Jupiter, mais la majeure partie en est encore inconnue.

Troyens de satellites naturels de Saturne

Deux des satellites naturels de Saturne ont leurs propres troyens, qui sont par conséquent eux-mêmes satellites de Saturne. Les deux troyens de Téthys sont Télesto et Calypso, là où ceux de Dioné sont Hélène et Pollux.

Troyens du système Terre-Lune

Le système Terre-Lune a pour sa part des nuages de poussières à ses points L4 et L5 : les nuages de Kordylewski.

Troyens de planètes mineures

Des astéroïdes de la ceinture d'astéroïdes sont susceptibles de coorbiter avec (1) Cérès. Parmi les troyens potentiels de la planète naine, figurent notamment (65313) 2002 JB80[28] et (129109) 2004 XF32[29], au voisinage du point L5 du couple Soleil-Cérès, ainsi que (81522) 2000 HW7[30] et (185105) 2006 SV23[31], au voisinage du point L4 du couple Soleil-Cérès[32].

D'autres astéroïdes de la ceinture principale sont susceptibles de coorbiter avec (4) Vesta. Parmi les troyens potentiels du petit corps, figure notamment (156810) 2003 BP49[33], au voisinage du point L5 du couple Soleil-Vesta[32].

Troyens extrasolaires

De la même façon qu'il en existe dans le Système solaire, il est très probable qu'il existe des troyens dans d'autres systèmes planétaires : on parle alors de troyens extrasolaires, aussi nommés « exo(-)troyens »[34] (sur le modèle d'« exoplanète »).

En 2007, Eric B. Ford et Matthew J. Holman examinent dans un article[35] la sensibilité de l'observation de la variation du moment du transit de planètes extrasolaires pour détecter des compagnons troyens à ces objets. Ils démontrent ainsi que cette méthode permet de détecter des troyens de masse terrestre avec les observatoires au sol actuels. Début , Michael Hippke publie un article[34] concernant sa tentative de détection de tels troyens extrasolaires, dans laquelle il détermine que l'aire moyenne des troyens en transit par planète correspond à un corps de rayon inférieur à 460 kilomètres (limite à 2 sigma).

Références
  1. Entrée « troyen », dans Richard Taillet, Loïc Villain et Pascal Febvre, Dictionnaire de physique, Bruxelles, De Boeck Université, [1re éd.], XI-672 p., 24 cm (ISBN 978-2-8041-5688-6, OCLC 756958447, BNF 41256105), p. 507 (en ligne sur books.google.fr).
  2. https://www.nasa.gov/content/goddard/lucy-the-first-mission-to-jupiter-s-trojans
  3. (en) « Trojan minor planets » [« Planètes mineures troyennes »], sur minorplanetcenter.net, Centre des planètes mineures, (consulté le ).
  4. (en) « Naming of astronomical objects » [« Nommage des objets astronomiques »], sur iau.org, Union astronomique internationale (consulté le ).
  5. (de) Max Wolf et August Kopff, « Benennung von kleinen Planeten » [« Désignation de planètes mineures »], Astronomische Nachrichten, vol. 175, no 11,‎ , p. 191-192 (DOI 10.1002/asna.19071751112, Bibcode 1907AN....175..191W, lire en ligne [[GIF]], consulté le ).
  6. (en) Kimmo A. Innanen, « The prediction and discovery of a martian trojan asteroid » [« La prédiction et la découverte d'un astéroïde troyen martien »], Journal of the Royal Astronomical Society of Canada (en) / Journal de la Société royale d'astronomie du Canada, vol. 85,‎ , p. 151-157 (Bibcode 1991JRASC..85..151I, lire en ligne [[GIF]], consulté le ).
  7. (en) Francisco Valdes et Robert A. Freitas Jr, « A search for objects near the Earth-Moon lagrangian points » [« Une recherche d'objets proches des points de Lagrange (du couple) Terre-Lune »], Icarus, vol. 53,‎ mars, p. 453-457 (DOI 10.1016/0019-1035(83)90209-9, Bibcode 1983Icar...53..453V, résumé, lire en ligne, consulté le ).
  8. Joseph-Louis Lagrange, « Essai sur le problème des trois corps », dans Joseph-Alfred Serret (éd.), Œuvres de Lagrange, t. VI : Mémoires extraits des Recueils de l'Académie des sciences de Paris et de la classe des sciences mathématiques et physiques de l'Institut de France, Paris, Gauthier-Villars, , 820 p., 28 cm (BNF 30719104), p. 229-331 (lire en ligne, consulté le ). Pour la première publication de l’Essai :
    Joseph-Louis Lagrange, « Essai d'une nouvelle méthode pour résoudre le problème des trois corps », Recueil des pièces qui ont remporté les prix de l'Académie royale de sciences, depuis leur fondation en 1720, Paris, Panckoucke, t. IX qui contient les pièces de 1764, 1765, 1766, 1770 et 1772,‎ (ISSN 2017-5221, BNF 32849650, lire en ligne, consulté le ).
  9. (en) « (588) Achilles = A906 TG », sur minorplanetcenter.net, Centre des planètes mineures (consulté le ).
  10. (en) « 588 Achilles (1906 TG) », sur ssd.jpl.nasa.gov, Jet Propulsion Laboratory (consulté le ).
  11. (en) Brian G. Marsden (CfA), « The earliest observation of a trojan » [« La première observation d'un troyen »], sur minorplanetcenter.net, Centre des planètes mineures, (consulté le ).
  12. (de) Carl V. L. Charlier, « Über den Planeten 1906 TG » [« Sur la planète 1906 TG »], Astronomische Nachrichten, vol. 171, no 14,‎ , p. 213-216 (DOI 10.1002/asna.19061711403, Bibcode 1906AN....171..213C, lire en ligne [[GIF]], consulté le ).
  13. (en) « (12126) = A904 RD = 1975 RX1 = 1978 VH6 = 1985 JP1 = 1987 SK15 = 1988 RU8 = 1996 HJ22 = 1999 RM11 », sur minorplanetcenter.net, Centre des planètes mineures (consulté le )
  14. (en) « 12126 (1999 RM11) », sur ssd.jpl.nasa.gov, Jet Propulsion Laboratory (consulté le ).
  15. (en) Centre des planètes mineures, « Trojan Minor Planets », sur minorplanetcenter.net, (consulté le ).
  16. (en) Carlos de la Fuente Marcos et Raúl de la Fuente Marcos, « Asteroid 2013 ND15: Trojan companion to Venus, PHA to the Earth », Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 439, no 3,‎ , p. 2970-2977 (DOI 10.1093/mnras/stu152).
  17. [Hecht 2021] (en) Jeff Hecht, « Second Earth Trojan Asteroid Discovered » [« Second astéroïde troyen de la Terre découvert »], Sky & Telescope,‎ (lire en ligne)
  18. [Santana-Ros 2022] (en) T. Santana-Ros et al., « Orbital stability analysis and photometric characterization of the second Earth Trojan asteroid 2020 XL5 », Nature Communications, vol. 13,‎ (DOI 10.1038/s41467-022-27988-4, présentation en ligne, lire en ligne Accès libre).
  19. (en) Earth's Trojan asteroid, Martin Connors, Paul Wiegert et Christian Veillet, Nature, no 475:481–483 du 28 juillet 2011.
  20. Vidéo de la trajectoire de 2010 TK7 sur le site de la NASA.
  21. En bref : premier astéroïde troyen pour la Terre, Futura.
  22. (en) NASA's WISE Finds Earth's First ‘Trojan’ Asteroid, DailyScience.com.
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  24. (en) T. Santana-Ros et al., « Orbital stability analysis and photometric characterization of the second Earth Trojan asteroid 2020 XL5 », Nature Communications, vol. 13,‎ (DOI 10.1038/s41467-022-27988-4, présentation en ligne).
  25. (en) « List Of Martian Trojans », Minor Planet Center, (consulté le ).
  26. (en) « List Of Uranus Trojans », Minor Planet Center, (consulté le ).
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  31. (en) « (185105) = 2006 SV23 », sur minorplanetcenter.net, Centre des planètes mineures (consulté le ).
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  34. Michael Hippke, « A statistical search for a population of exo-Trojans in the Kepler dataset » [« Recherche statistique d'une population d'exo-troyens dans les données de Kepler »], Draft version,‎ (lire en ligne [PDF]).
  35. (en) Eric B. Ford et Matthew J. Holman, « Using Transit Timing Observations to Search for Trojans of Transiting Extrasolar Planets » [« Utiliser les observations du moment du transit pour rechercher des troyens de planètes extrasolaires en transit »], iopscience.iop.org,‎ (lire en ligne).

Voir aussi

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Liens externes
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