Un impact cosmique est la collision entre deux ou plusieurs objets célestes provoquant des effets notables. Dans la majorité des cas un petit corps du système solaire, astéroïde ou comète, entre en collision avec une planète, telle que la Terre. La fréquence des impacts cosmiques dans le système solaire a varié en fonction de l'époque : très fréquents durant la formation du système solaire il y a 4,6 milliards d'années, ils se sont progressivement raréfiés au fur et à mesure que le nombre de corps célestes en circulation diminuait. Selon une théorie généralement admise, les impacts cosmiques se sont à nouveau multipliés il y a environ 4 milliards d'années au cours de l'épisode baptisé grand bombardement tardif à la suite d'une modification de l'orbite des planètes externes dont la planète Jupiter. Cette dernière a contribué par la suite à faire chuter la fréquence des impacts en capturant grâce à son champ gravitationnel particulièrement important un grand nombre des petits corps célestes qui subsistaient.
Les impacts cosmiques ont sans doute joué un rôle à la fois important et positif dans la formation de la Terre et indirectement dans l'émergence de l'espèce humaine. Parmi les théories admises par la communauté scientifique, la collision de la Terre et de l'objet céleste qui a donné naissance à la Lune serait à l'origine d'un changement de la composition de la croûte terrestre qui aurait elle-même permis l'apparition de la tectonique des plaques. On attribue également la formation des océans à l'impact de comètes. Enfin certaines extinctions massives d'espèces, dont celle des dinosaures qui a permis l'émergence des mammifères en tant qu'espèces dominantes, ont été attribuées à un impact cosmique.
Les cratères créés par les impacts cosmiques, notamment à la surface de la Terre ou de la Lune, n'ont été reconnus que tardivement, au début des années 1960, car on leur supposait auparavant une origine volcanique. Sur Terre la fréquence des impacts d'objets célestes de petite taille est importante mais les collisions avec des astéroïdes susceptibles de bouleverser la surface de la planète sont rares : environ un objet d'un diamètre de 50 mètres tous les 1 000 ans, un astéroïde de 500 mètres tous les demi-millions d'années. Les trajectoires des astéroïdes géocroiseurs, c'est-à-dire susceptibles de percuter la Terre du fait de leur orbite, sont en cours d'inventaire.
À une échelle géologique les collisions au sein du système solaire entre planètes et d'autres objets célestes massifs sont fréquentes. La plupart des corps du système solaire, lorsqu'ils ont une surface solide, sont recouverts de cratères, résultant de ces collisions. Sur Terre peu de cratères sont visibles parce que les processus géologiques tels que l'érosion, le volcanisme et la tectonique des plaques, ont effacé les traces les plus visibles. Pourtant la Terre comme les autres corps a subi une phase de bombardement intense qui s'est achevée il y 3,9 milliards d'années (le grand bombardement tardif) et qui se poursuit aujourd'hui à un rythme beaucoup plus lent. Les plus petits des objets célestes sont interceptés par l'atmosphère terrestre.
Les impacts cosmiques et la Terre
Caractéristiques des objets entrant en collision avec la Terre
Les impacts provoquant des dégâts significatifs à l'échelle d'une région terrestre ou plus sont produits par des objets célestes d'un diamètre supérieur à 10 m. Les plus gros peuvent dépasser 10 km. Ils sont d'une densité de 0,5 à 1 (comète), 1 à 3 (astéroïde de type chondrite) voire 8 (astéroïde métallique). Ils pénètrent dans l'atmosphère terrestre à une vitesse relative par rapport à la Terre comprise entre 12 km/s et 72 km/s. Ils atteignent alors au maximum 11 km/s, soit qu'ils soient accélérés par la planète, soit qu'ils soient ralentis par son atmosphère. La vitesse maximale de 72 km/s est atteinte par un objet en orbite autour du Soleil lorsqu'il percute la Terre, compte tenu du fait que la Terre circule elle-même à 30 km/s. C'est ainsi la vitesse d'impact d'une comète venue des confins du Système solaire et circulant sur une orbite rétrograde (dans le sens contraire de celui de la Terre) : si v est la vitesse orbitale de la comète (avec pour limite supérieure la vitesse de libération solaire, soit 42 km/s), la vitesse à l'impact (en km/s) est égale à v + 30 + 11[source insuffisante].
Parmi les objets géocroiseurs, les astéroïdes sont beaucoup plus nombreux que les comètes. Ces dernières ne représenteraient qu'environ 1 % du total toutefois on estime que cette proportion est beaucoup plus forte parmi les impacteurs les plus grands. Les astéroïdes proviennent de la ceinture des astéroïdes. La majorité des objets de la ceinture ne sont pas considérés comme dangereux, car leur orbite est confinée entre Mars et Jupiter. Toutefois ils peuvent éventuellement changer d’orbite après avoir frôlé une autre planète et devenir des astéroïdes géocroiseurs. Ceux-ci ont une durée de vie de quelques millions d’années et finissent soit par terminer leur course dans le Soleil, soit par être éjectés du système solaire, soit, plus rarement, par entrer en collision avec la Terre. On estime que 2 à 10 % des astéroïdes sont de composition métallique (densité = 8) les autres étant formés de roches (densité = 1,5 à 3).
Chaque jour une multitude de petits débris pénètrent dans l'atmosphère et sont détruits par la chaleur générée par leur rentrée dans l'atmosphère (visibles pour certains d'entre eux sous forme d'étoiles filantes). Les objets composés de roches (c'est le cas de la majorité des astéroïdes) de moins de 10 mètres de diamètre sont généralement détruits avant d'atteindre le sol et seuls quelques débris touchent celui-ci. Si on a affaire à un astéroïde métallique, beaucoup plus rare, les débris qui touchent le sol sont de taille beaucoup plus importante.
Il est difficile de déterminer la fréquence des collisions susceptibles de causer des dommages significatifs sur Terre car ils sont très rares à l'échelle d'une vie humaine. Au cours du millénaire écoulé, il n'y a aucun témoignage direct relatant la mort d'une personne tuée par un tel événement. Pour déterminer la fréquence des collisions, les scientifiques s'appuient donc sur les traces extrêmement bien préservées laissées par les impacts à la surface de la Lune, sur les cratères d'impact identifiés à la surface de la Terre ainsi que sur les collisions documentées au cours des derniers siècles. La taille des impacteurs est déduite de celle des cratères en s'appuyant sur des simulations réalisées en laboratoire.
Il y a une relation inverse entre la taille des corps qui viennent heurter une planète et leur fréquence. L'analyse des cratères d'impact qui constellent la surface de la Lune a permis de déterminer que la fréquence des collisions décroissait comme le cube du diamètre du cratère résultant de l'impact lui-même généralement proportionnel à la taille du corps céleste. Des objets ayant un diamètre entre 5 et 10 mètres entrent en collision avec la Terre en moyenne une fois par an. Tous les mille ans, des astéroïdes d'environ 50 mètres produisent des explosions comparables à celle observée dans la Toungouska en 1908. Le rythme d’impact pour des objets d’au moins 1 km de diamètre est estimé à 2 par million d’années.
La fréquence des impacts terrestres peut être appréciée à travers celle d'un passage à l'intérieur de l'orbite lunaire, c'est-à-dire dans la « proche banlieue » terrestre. L'orbite de la Lune a un demi-grand axe de 384 399 km, tandis que la Terre a un rayon moyen de 6 371 km, soit 60 fois moins. La surface de la cible que représente l'orbite lunaire est donc 60 x 60 = 3 600 fois plus grande que la cible terrestre : si un astéroïde de 300 m de diamètre passe en deçà de l'orbite lunaire tous les 3 ans, on peut s'attendre à un impact tous les 10 000 ans.
Les conséquences d'une collision d'un objet géocroiseur avec la Terre sont proportionnelles à l'énergie libérée durant l'impact. Celle-ci découle directement de l'énergie cinétique de l'impacteur qui se calcule par la formule suivante : si d est sa densité (en kg/m3), v sa vitesse (en m/s) et D son diamètre (en m), l'énergie cinétique est donnée, en joules, par E= d × D3 × v2.