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Pluton, le dieu des Enfers

Introduction (I)

Malgré la découverte de Neptune, au début du XXeme siècle les astronomes Percival Lowell et William Pickering notèrent que de petites perturbations restaient inexpliquées dans le mouvement d'Uranus, perturbations qui déviaient également Neptune. Sans se concerter, tous deux suggérèrent l'existence d'une autre planète, au-delà de Neptune. Lowell prédit que la "planète X" comme ils la dénommèrent devait avoir un diamètre apparent d’environ 1” et devait être sept fois plus massive que la Terre. Une nouvelle fois, à partir de 1915 les astronomes calculèrent la position de cette nouvelle planète et se mirent à sa recherche. Toutefois, malgré l'utilisation de la photographie à longues poses, cet astre était tellement discret qu'il demeura invisible des années durant.

A consulter : La mission New Horizons, JHU/APL

en route vers Pluton et la Ceinture de Kuiper

New Horizons Real-Time Simulation, D.Muller

Pluton et Charon photographiés par la caméra haute résolution LORRI (LOng Range Reconnaissance Imager) de la sonde spatiale New Horizons et colorisée grâce aux données de l'imager multispectral Ralph. L'image de gauche est un compositage de deux photographies prises le 11 juillet 2015 à 4 millions de kilomètres de distance. A droite, une photographie prise le 14 juillet 2015 à 450000 km de distance montrant une formation en forme de coeur sur l'hémisphère situé par 133° de longitude. La résolution est de 2.2 km. Pour tous les astronomes, c'est une révélation au point qu'on peut dire sans exagérer qu'on découvre un nouveau monde; un adorable coeur. Bienvenue Pluton ! Documents JHUAPL.

C'est alors qu'au début de 1929, un jeune astronome amateur âgé d'à peine 23 ans du nom de Clyde W.Tombaugh fut engagé comme observateur à l'observatoire Lowell de Flagstaff. Sa tâche consistait à rechercher la "planète Lowell" avec une chambre photographique installée sur un télescope de 32 cm d'ouverture (aujourd'hui dénommé Télescope Pluton).

Les astronomes ayant été déçus par plus de 15 années de vaines recherches, Vesto Slipher lui avait dit qu'il devrait dépouiller lui-même les photographies. Equipé d'un microscope comparateur, en l'espace de quelques mois Tombaugh accumula plus de 100 plaques photographiques, quelque chose comme 40 millions d'étoiles à analyser au total !

Clyde Tombaugh en conférence à Kansas City en 1988.

Le 18 février 1930 Tombaugh était en train d'analyser deux plaques photographiques de la région δ Geminorum quand soudainement il observa dans son comparateur une faible étoile clignoter au rythme du déplacement de l'obturateur. Il venait de découvrir la "planète X" !

Après analyses tout concordait : la distance plus grande que celle de Neptune et son mouvement rétrograde par rapport à la Terre. Prudent, Tombaugh refit une série de clichés le lendemain soir. Il avisa Slipher de sa découverte qui voulu immédiatement observer la planète à travers la lunette Clarck de 61 cm d'ouverture.

La grande lunette Clarck de 61 cm de l'Observatoire Lowell.

Bientôt on se rendit compte que la "planète X" était un petit objet de 15eme magnitude. Slipher et son collègue Carl Lampland croyaient qu'il s'agissait du satellite d'une planète plus brillante. Ils se remirent en quête de la planète et du même coup Tombaugh n'eut plus accès au télescope ni au comparateur d'images. Mais aucune observation ne venait valider leur hypothèse.

Le 13 mars 1930 Slipher confirma officiellement la découverte de la "planète X" à l'observatoire Lowell, sans pour autant créditer sa découverte à Clyde Tombaugh. L'astre perdu parmi les étoiles brillantes se trouvait à 5° de la position prédite, l'erreur provenant principalement du nombre de termes utilisés dans les équations.

Son nom fut tiré au sort au cours d'un concours que remporta Venetia Burney, une enfant anglaise âgée de 11 ans qui recevra 5£ en récompense (l'équivalent de 280£ ou  406 € actualisés) de la part de la Royal Astronomical Society.

Pluton fait référence au passeur des Enfers de la mythologie grecque, qui, comme par un heureux hasard commence également par les initiales de Percival Lowell[1].

Pour l'anecdote, en 1930 Walt Disney avait baptisé le compagnon canin de Mickey Mouse, Rover. Mais inspiré par l'actualité astronomique, en 1931 il l'appela Pluto.

Données orbitales

Pluton se situe à une distance moyenne de 5.9 milliards de kilomètres du Soleil, ce qui représente 39.48 UA. Il est 8 fois plus éloigné que Jupiter et 4 fois plus loin que Saturne. Pluton gravite sur une orbite elliptique dont l'excentricité atteint 0.248, proche de celle de Mercure (0.206). Sa forte inclinaison orbitale suggère qu'il gravite dans cette zone par accident. Il s'agit probablement d'un corps de la Ceinture de Kuiper, un KBO qui a quitté son orbite suite à une perturbation.

Cette orbite très allongée le conduit à l'aphélie à 7.37 milliards de kilomètres du Soleil (49 UA) tandis qu'au périphélie il se rapproche à 4.43 milliards de kilomètres du soleil (29 UA).

Entre le 21 janvier 1979 et le 11 février 1999, soit durant 20 ans Pluton fut plus près du Soleil que Neptune, passant au périhélie le 5 septembre 1989 à une distance de 4.43 milliards de kilomètres du Soleil (29 UA).

Illustration de la surface de Pluton avec Charon se profilant devant la Voie Lactée. Document Don Davis.

Aujourd'hui Pluton a retrouvé sa position initiale et ne retraversera plus l'orbite de Neptune avant le 5 avril 2231. Retrouvant sa place après une si longue absence, on peut dire que Pluton a littéralement perdu son titre de planète à part entière...

Pendant que Pluton traverse l'orbite de Neptune, les deux astres peuvent-ils entrer en collision ? Le plan de l'orbite de Pluton est incliné de 17°10' sur l'écliptique, une valeur qui lui confert un statut à part. Mais le risque de collision avec Neptune est pour ainsi dire nul car les orbites des deux planètes sont en résonance; à l'image des pôles positifs de deux aimants, elles ne peuvent pas vraiment se rapprocher tout près l'une de l'autre.

Lorsque Pluton approche du périhélie et traverse l'orbite de Neptune, il est aussi le plus éloigné de l'écliptique en raison de sa forte inclinaison orbitale. Dans ces conditions les deux astres ne se rapprochent jamais à moins de 18 UA l'une de l'autre, ce qui représente une distance de 2.7 milliards de km. Mais d'un autre côté, rien n'empêche Pluton de quitter son orbite du fait de son mouvement chaotique.

Pluton est également gravitationnellement lié à Neptune par un effet de résonance, Pluton accomplissant deux révolutions lorsque Neptune en accomplit trois.

Une autre particularité de Pluton qui le rapproche cette fois d'Uranus est son axe de rotation qui est incliné de 122.5°. Cela signifie que Pluton présente ses pôles dans le plan orbital. Ce phénomène explique aujourd'hui pourquoi lors de sa découverte, nous observions une région du pôle Sud relativement brillante depuis la Terre. A mesure qu'il évolua sur son orbite, son aspect s'est assombrit et depuis 1973 il nous présente sa région équatoriale.

Pluton boucle son année (révolution) en 247 ans et 336 jours à une vitesse de 4.74 km/s, toujours plus lente à mesure que l'on s'éloigne du Soleil. Comme toutes les planètes supérieures, elle présente parfois un mouvement rétrograde comme ce sera le cas fin 2015 (cf. cette carte du ciel préparée par Sky & Telescope). Enfin, sur Pluton une journée dure 153.28 heures ou 6.39 jours, soit près d'une semaine terrestre !

A voir : Pluton occultant l'étoile UCA 2 25370733 en 2008

Images amateurs

Déplacement de Pluton parmi les étoiles. A gauche, photographié dans le Verseau entre le 6 et le 7 juin 1999 par Kazuyuki Tanaka  avec un  télescope de 125 mm f/3.8 et CCD Meade Pictor 416 XT. A droite, photographié dans la nébuleuse obscure Barnard 92 du Sagittaire le 6 et 7 juillet 2010 par John Chumack et Paolo Candy avec un télescope Newtonien de 400 mm. Temps d'intégration total de 60 minutes (5x12 min) sur CCD QHY8.

Aux confins du système solaire

Avec un diamètre de 0.08" et une magnitude inférieure à 14, il faut un télescope d'au moins 200 mm de diamètre pour l'observer tel un petit point brillant que l'on confond avec une étoile pâle. En fait, c'est surtout par voie photographique qu'on peut le détecter.

Son disque est difficilement résolvable depuis le sol en raison de la turbulence de l'atmosphère. Seules les optiques adaptatives installées sur les télescopes professionnels (HST, VLT et Subaru de 8.20 m) parviennent aujourd'hui à discerner son disque qui demeure flou.

Pour comprendre la difficulté que présente l'observation d'un si petit objet, si nous comparons Pluton au système Terre-Lune, le diamètre de Pluton équivaut aux 2/3 de celui de la Lune mais il se situe 1200 fois plus loin. Observer des détails sur sa surface revient à lire la marque d'une balle de golf à 53 km de distance ! Aujourd'hui seule la caméra pour objet faible (FOC puis ACS) fixée sur le Télescope Spatial Hubble nous laisse entrevoir quelques ombres et des zones brillantes sur sa surface. Vu de si loin Pluton présente la surface la plus contrastée de toutes les planètes ou planètes naines, à l'exception de la Terre.

La détermination de ses paramètres physiques[2] a longtemps été un problème pour les astronomes. Sa taille comme sa densité ont varié du simple au double.

Aux dernières mesures, selon la NASA, le diamètre de Pluton est de 2370 km. Elle est donc plus petite que la Lune (3476 km de diamètre) pour une masse équivalente au cinquième de celle de la Lune ou 1.29 x 1022 kg - 7 fois la masse de Charon -. Sa taille est donc de beaucoup inférieure à celle de Mercure et même inférieure aux satellites galiléens.

En fait Pluton est seulement moitié plus gros que son principal satellite Charon et présente une masse 2000 fois inférieure à celle de la Terre !

Pluton présente une densité de 2.03 donc assez légère. On y reviendra. Sa force de gravité est de 0.58 g pour une vitesse de libération à l'équateur réduite à 1.22 km/s (contre 11.2 km/s sur Terre et 2.4 km/s sur la Lune). Pas étonnant dans ces conditions que plus d'un astronome se sont demandés s'il s'agissait bien d'une planète, une question à laquelle l'UAI a finalement répondu par la négative en 2006, l'année où la sonde spatiale New Horizons s'envola vers ce qui convient dorénavant d'appeler la planète naine Pluton au grand désarroi de Clyde Tombaugh et de nombreux astronomes.

A voir : Pluto Flyover, Mark Garlick

Pluton entre imagination et réalité (dessins présentés sur le blog, 2015)

Illustrations artistiques du couple Pluton-Charon vu du sol. Documents T.Lombry et Don Davis.

Vu de Pluton, le Soleil est 1500 fois plus pâle que sur Terre et présente une magnitude visuelle de -19 (contre -26.8 sur Terre). Il reste toutefois plus lumineux que la Lune vue de la Terre (Mv. -12.7), la lumière ambiante ressemblant à celle d'un coucher de soleil terrestre. Sa surface reçoit 0.008 Watts/cm², portant sa surface à une température maximale de -203°C, 37°C plus chaude qu'un objet plongé dans l'ombre. C'est pire que le climat Antarctique en hiver ! Recevant si peu d'énergie (mais qui n'est pas négligeable pour autant), Pluton doit être plongé dans un profond isolement.

Prochain chapitre

La mission New Horizons

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[1] On découvrit par la suite que Pluton avait déjà été photographiée par deux fois en 1915 à l'observatoire Lowell, mais alors personne ne l'avait remarquée.

[2] Cf. Icarus, 198, 1994 qui a consacré 10 articles à Pluton et à son satellite Charon.


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