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Pluton, le dieu des Enfers Aux confins du système solaire (II) 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 (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. Recevant si peu d'énergie, Pluton doit être plongé dans un profond isolement.
Sa forte inclinaison orbitale suggère qu'il gravite dans cette zone par accident. Il est également gravitationnellement lié à Neptune par un effet de résonance, Pluton accomplissant 2 révolutions lorsque Neptune en accomplit 3. Jusqu'à la découverte des KBO en 1992, les planétologues pensaient que Pluton était un ancien satellite de Neptune, éjecté de son orbite suite à une collision catastrophique. Mais l'hypothèse selon laquelle il s'agirait d'un ancien astéroïde éjecté de sa trajectoire n'était pas écartée. En effet, grâce à des études photométriques et spectrales, sa surface présente une coloration rougeâtre tout à fait éloquente. La découverte de milliers de KBO et autres objets du disque présentant les mêmes caractéristiques orbitales et la même composition superficielle que Pluton puis de Sedna et d'autres astres ont conduit les planétologues à reviser leur définition d'une planète. Aujourd'hui nous sommes à peu près sûr que Pluton comme tous les petits astres de son espèce présentant les mêmes caractéristiques appartiennent à la grande population des Objets de la Ceinture de Kuiper, les KBO. Pourquoi s'est-il affranchi de leur compagnie pour se rapprocher du Soleil, nul le sait, bien que l'effet d'une perturbation gravitationnelle soit l'explication la plus probable. L'atmosphère et la surface de Pluton
La grande inconnue concerne l'atmosphère de Pluton. A plus de 5 milliards de kilomètres du Soleil, tout le gaz contenu dans l'atmosphère de Pluton se condense et tombe en neige sur le sol. Dans ces conditions il est impossible de déceler quoi ce soit dans son atmosphère. Il faut absolument observer Pluton lorsqu'il est au plus près de la Terre, dans l'orbite de Neptune ou à peu de distance de lui. Les planétologues peuvent en profiter jusqu'en 2020 environ après quoi Pluton sera vraiment perdu dans les régions reculées et glacées du système solaire. Les études spectrales et de polarisation de la lumière indiquent que son atmosphère est principalement composée d'une faible enveloppe de méthane mélangée à de l'ammoniac, du monoxyde et du dioxyde de carbone, de l'argon, de l'azote et de l'oxygène. De l'acide cyanhydrique (HCN) a également été détecté ainsi que de l'hydrogène libre. La pression atmosphérique est réduite à 10-3 mbars, un million de fois inférieure à celle que nous connaissons à la surface de la Terre. La surface de Pluton est constituée de silicates et présente un albédo de 0.60 suggérant qu’elle est partiellement couverte de glace. Elle est composée à 98% d'azote et contient des traces de méthane et de monoxyde de carbone. Dans ces contrées reculées du système solaire, le méthane est refroidit à -203°C, 70 K, mais subit de forte variations en raison de l'excentricité de l'orbite qui conduit Pluton jusqu'à 49 UA du Soleil, dans l'espace glacial de la ceinture intérieure des KBO. Dans des conditions extrêmes la surface de Pluton peut descendre à -240°C ! L'étude photométrique des occultations[3] de Pluton par Charon a révélé la présence de deux calottes polaires et d'une région centrale plus sombre. La calotte polaire Nord paraît plus importante que celle de l'hémisphère Sud mais cette dernière est plus brillante. Son albédo géométrique varie de 49 à 66%, ce qui le rend beaucoup plus brillant que Charon (36-39%). Les deux calottes polaires seraient constituées d'une épaisse couche de givre qui évoluerait sur la surface de Pluton au rythme des cycles orbitaux et saisonniers. Ce givre de la consistance de la glace serait composé des sous-produits chimiques issus de la précipitation des composés méthano-azotés de l'atmosphère. La surface de Pluton est vraisemblablement couverte d'une couche de brumes. Depuis la Terre il est difficile d'en dire plus. Avec une densité moyenne de 2.05, on en déduit qu'il est constitué à 50 ou 75% de roches mêlées de glace. Selon les modèles calculés au Caltech et au JPL à partir des observations du Télescope Spatial Hubble, son noyau occuperait 75% du volume et serait rocheux. Il serait enveloppé d'un manteau de glace surmonté d'une écorce de méthane glacée de plusieurs centaines de kilomètres d'épaisseur. D'autres modèles considèrent que son écorce est très fine, composée de méthane gelé sur 50 km d'épaisseur. Enfin, on ignore toujours si Pluton dispose ou non d'une magnétosphère. En effet à l'image du satellite Ganymède de Jupiter, il se peut que Pluton ait conservé un champ magnétique en raison des forces de marées engendrées par son satellite Charon. Ce champ magnétique peut également être entretenu par une interaction avec le vent interplanétaire, un peu comme le font les comètes. Quoi qu'il en soit toutes ces données ne sont que des suggestions qui doivent être affinées par les grands télescopes (Hubble, GMT, etc) ou mieux encore par une future mission d'exploration "in situ". Pluton est escorté par au moins 3 satellites, Charon et deux petites lunes découvertes en 2005. Charon, le passeur des Enfers Le 22 juin 1978, l'astronome James Christy de l'US Naval Observatory découvrit une excroissance de l'image de Pluton qui révéla la présence d'un satellite qui gravitait autour de la planète naine. Il sera baptisé Charon. Depuis, le Télescope Spatial Hubble et plusieurs télescopes terrestres dont celui de Gemini North et Subaru nous a transmis d'étonnantes images où Pluton et son satellite sont parfaitement différenciés.
Suite à une occultation d'étoile survenue en 2005, le diamètre de Charon a été réévalué à 603.6 km. Comparativement à Pluton, il paraît énorme. Pour Edward F. Tedesco du JPL on peut pratiquement considérer que le couple Pluton-Charon forme un couple physique. Comparativement au système Terre-Lune, Charon est quatre fois plus rapproché de Pluton que notre Lune l’est de la Terre. En orbite circulaire à une distance d’environ 17 rayons de Pluton, soit 19640 km, Charon est animé d'un mouvement rétrograde perpendiculaire au plan de l'orbite de Pluton (94°). Il tourne autour de Pluton en un peu plus de 6 jours ce qui signifie que les deux astres ont une rotation synchrone. Par ailleurs un phénomène de marée gravitationnelle bloque pour ainsi dire l'orientation des deux astres qui sont toujours tournés l'un vers l'autre. C'est un cas unique dans le système solaire. Sur Pluton il n’est donc pas difficile de trouver Charon dans le ciel : il occupe toujours la même place. En revanche, un observateur situé aux antipodes ne verrait jamais Charon ! Charon est plus pâle que Pluton, avec un albédo moyen de 0.375, une des hémisphères étant rougeâtre. Sa densité est voisine de 1.7 indiquant qu'il contient peu de roches. Sa surface ne semble pas contenir de méthane ni d'ammoniac mais serait constituée d’eau glacée sale, assez semblable aux moraines de nos glaciers. Légèrement plus chaud que Pluton, dans un lointain passé il semblerait que Charon ait perdu son atmosphère de méthane au profit de Pluton. Ce phénomène expliquerait la différence de composition entre les deux astres.
Malgré les performances du Télescope Spatial Hubble et même après traitement d’image (déconvolution), le diamètre apparent de Pluton n'étant que de 0.1", c’est à peine si nous pouvons y déceler quelques taches. Pour avoir de meilleures images, il faudra attendre la mise en route des télescopes interférométriques ou VLTI pour enfin considérer ce couple oublié comme autre chose qu'un "objet" astronomique. Deux nouveaux satellites, Nix et Hydra Pluton n'a pas seulement un satellite mais 3 satellites ! La nouvelle fut annoncée le 31 octobre 2005 par les astronomes américains du Space Telescope Science Institute (STScI). Nous devons cette découverte à la collaboration de six astronomes : Max Mutchler du STScI, Marc W. Buie de l'Observatoire Lowell de Flagstaff, William J. Merline, John R. Spencer, Eliot Y. Young et Leslie A. Young du Southwest Research Institute (SwRI) Les deux nouvelles lunes baptisée Nix (S/2005 P2) et Hydra (S/2005 P1) furent découvertes sur les images prises par le Télescope Spatial Hubble le 15 mai 2005. Pour confirmer l'observation, une nouvelle image de Pluton fut enregistrée trois jours plus tard et confirma la présence des deux astres. Ces deux nouveaux satellites mesurent entre 64 et 200 km de diamètre et orbitent à environ 43500 km de Pluton, soit 2 à 3 fois plus loin que Charon, mais dans le même plan que lui. Ils sont environ 5000 fois plus faibles que Pluton avec une magnitude voisine de +23. Les trois lunes ayant des paramètres orbitaux similaires, on pense que ce système ne serait pas formé par capture mais suite à la collision entre deux astres de la taille de Pluton à une époque qui remonte à plus de 4 milliards d'années. Selon les dernières hypothèses, le système de Pluton aurait donc très bien pu se former comme l'a été le système Terre-Lune (collision de deux astres puis éjection et mise en orbite des débris qui par coalescence auraient formé les lunes).
Suite à cette découverte, les astronomes pensent que les impacteurs proviendraient de la Ceinture de Kuiper (les KBO) situés au-delà de Neptune et obéiraient à une dynamique beaucoup plus complexe que prévue. Il n'est pas impossible que les astronomes découvrent d'autres lunes autour de Pluton sur des orbites plus rapprochées. Toutefois, selon Andrew Steffl du SwRI, il est peu probable qu'il existe d'autre lunes mesurant plus de 15 km de diamètre dans le système de Pluton. La recherche continue. Cette découverte est intéressante car elle révèle pour la première fois que des KBO (même si Pluton fut éjecté de leur club, il en est originaire) peuvent être escortés par plusieurs satellites. On pourrait donc envisager que certains astéroïdes soient également escortés de plusieurs lunes. Tout dépend de leur masse et des effets de marées qu'ils subissent. Objectif Pluton Et si nous allions cartographier Pluton se demanda un jour de 1992 l'astronome Alan Stern aujourd'hui au SwRI. Malgré le faible budget accordé à l'exploration spatiale par le Congrès américain, une mission de la NASA devait envoyer deux petites sondes vers Pluton en 1999. Il s'agissait de deux vaisseaux "hauts de gamme", ultra-légers, bourrés d'électronique de pointe et moins chers que les célèbres Pioneer et autres Voyager. Mais les censeurs du Congrès en ont jugé autrement et rejetèrent le projet en 1995.
Mais les scientifiques n'abandonnèrent pas un tel défi. Fin 2000, le projet Pluto-Kuiper Express fut réexaminé par les scientifiques de la NASA. Malheureusement le projet était passé de 0.654 à 1.5 milliards de dollars et fut finalement abandonné. Mais la NASA allait lui donner un second souffle en 2002 grâce au programme "New Frontiers" et une allocation budgétaire de 650 millions de dollars : une nouvelle mission New Horizons décolla de KSC le 19 janvier 2006, arrivée prévue en 2015. Cette décision survint après que la NASA ait annulé d'autres projets du même ordre qui alarmèrent la communauté scientifique. Contrainte de réagir, les scientifiques prièrent la NASA de définir clairement quelles étaient dorénavant ses priorités. Dans une lettre adressée le 27 novembre 2000 à la NASA, Michael Drake de l'Université d'Arizona, représentant le sous-comité chargé de conseiller la NASA en matière d'exploration du système solaire écrivait, "la mission vers Pluton [doit] logiquement passer en priorité". Ce projet est-il viable ? Pour Alan Stern promoteur du projet initial "Pluto FlyBy", ce programme est loin d'être désespérant. Dans les conditions actuelles des configurations planétaires, la mission "New Horizon" atteindra Pluton au terme d'un voyage de 9 ans, en tenant compte du fait que la planète naine se trouve à l'heure actuelle juste à hauteur de l'écliptique, le voyage s'effectuant en ligne droite, sans détour. En temps normal, avec une grande sonde de la classe Voyager, le voyage aurait duré 20 ans. Pour Andrew Cheng, chef de projet de la mission "New Horizons", ce projet offre également l'avantage d'envoyer rapidement la sonde sur sa trajectoire grâce à un tir ballistique et d'être meilleur marché que la solution basée sur une propulsion électrique et nucléaire envisagées par la NASA. Si nous n'arrivons pas près de Pluton vers 2015, nous perdons non seulement son atmosphère mais aussi une grande partie de ce que la géologie pourrait nous apprendre. En effet, après cette date l'ombre de Charon cachera temporairement la surface de Pluton, empêchant toute cartographie. La sonde New Horizon devrait s'approcher jusqu'à 11000 km de Pluton. Cette mission sera également intéressante car elle devrait non seulement nous permettre de visiter Pluton et Charon mais elle devrait également passer au large de la Ceinture de Kuiper vers 2026.
Il faut aussi savoir que la prochaine fenêtre ne se présentera pas avant l'an... 2237, époque à laquelle les gaz congelés sur la surface de Pluton se seront à nouveaux sublimés dans son atmosphère... Si on se rappelle que la NASA abandonna les programmes "Grand Tour" et "Mark 2" pour causes de restrictions budgétaires, ce projet d'exploration apparaît comme une réelle opportunité de nous dévoiler le dernier objet mystérieux du système solaire. La réponse de la NASA est encourageante. La planète X existe-t-elle ? Dès l'annonce de la découverte de Pluton, Ernest Brown déjà connu pour ses calculs des perturbations lunaires, doutait que cette astre puisse être responsable des perturbations d'Uranus et de Neptune. Nous savons aujourd'hui que Pluton a une masse 500 fois inférieure à celle de la Terre. Quand on sait que Lowell changea plusieurs fois la position supposée de sa planète, oscillant entre la Balance, les Gémeaux et le Taureau, il y a tout lieu de croire que Lowell avait prédit par hasard que Pluton se situerait dans les Gémeaux... Aussi de nombreux astronomes se remirent à rechercher la "vraie" planète de Lowell. Tombaugh participa à ce travail, examinant 70% de la voûte céleste, ce qui représentait quelque 90000 degrés carrés, jusqu'à la magnitude 17.5. Les régions éloignées de la Voie lactée ne contenaient que 40 à 60000 étoiles par plaque, mais celles du Sagittaire en revanche, situées en plein coeur de la Voie Lactée, en contenait plus d'un million. Dans cette région, l'analyse d'une surface de 3 mm sur 20 mm prenait 10 minutes. A cette vitesse il lui fallait deux heures de concentration pour venir à bout d'un degré carré. Son travail fut donc proportionnel au nombre d'étoiles figurant sur chacune de ces plaques. Pour éviter des "trous" dans la couverture du ciel, il consacra 30% de son temps à rephotographier les anciennes zones, les faisant déborder d'une certaine quantité d'une plaque à l'autre. En 14 ans, Tombaugh consacra ainsi 7000 heures à observer consciencieusement chacune des 90 millions d'étoiles du ciel comprises entre 60° de déclinaison Nord et 50° Sud ! Il passa également au crible la région au-delà de Canopus et l'amas globulaire Omega Centauri. Mais au lieu de découvrir cette planète X, Tombaugh découvrit une comète, un nouvel amas globulaire, plusieurs amas d'étoiles, marqua 1807 étoiles variables, 3969 astéroïdes et dénombra 29548 galaxies ! Sur 90 millions d'étoiles analysées sur 362 plaques, il n'y avait pas une seule planète ! Il en suspecta des centaines autour de la magnitude 17 mais il s'agissait toujours d'artefacts ou de défauts de mise au point sur le plan-film. Slipher finit pas abandonner la partie au bout de 13 ans de recherches. Mais Clyde Tombaugh[4] persista. En 1939 et 1940 il rephotographia environ un tiers de l'écliptique, des constellations du Poisson jusqu'au Taureau, y compris le Cancer où se trouvait à l'époque Pluton, ainsi que la Balance, de façon à être certain d'avoir "attrapé" la plus pâle des planètes avant de plonger dans les champs riches et brillants de la Voie Lactée. Tombaugh fut en mesure d'analyser des étoiles jusqu'à la magnitude 18.6. Une nouvelle fois il découvrit près de 1000 pseudo-planètes qui n'étaient que des défauts de mise au point. Sachant que la planète X serait très pâle, son éclat chutant d'un facteur quatre chaque fois que sa distance à la Terre doublait, malgré cette limitation, Tombaugh était convaincu, à juste titre, de pouvoir "détecter une planète de la taille et de la brillance de Neptune à sept fois la distance de Neptune au Soleil, soit environ 200 U.A.". Non pas qu'il ne puisse exister de planètes géantes dans cette région, mais les simulations informatiques modélisant la formation du système solaire, indiquent en général que les planètes massives se trouvent à une distance intermédiaire du Soleil. Cette distance se situe dans la région de Jupiter-Saturne. Le modèle est identique en ce qui concerne les systèmes satellitaires. Tombaugh reconnaît que la tâche la plus difficile fut d'examiner la région située vers 18h d'ascension droite, dans la partie sud du Sagittaire, située en plein coeur de la Voie Lactée. Mais en vain. Il alla jusqu'à explorer le ciel 20° au sud de l'écliptique, sans plus de succès. Après avoir consacré plus de 50 ans de sa vie à rechercher la planète X, il reste persuadé que cette planète se cache quelque part dans ces régions sud, "s'approchant probablement de la région de son noeud ascendant". Il reste une infime possibilité que cette planète existe : "La chasse devrait se poursuivre maintenant dans les régions Sud du Verseau ou même de la Baleine. Fort heureusement, ces régions ne sont pas riches en étoiles et je pense qu'une telle recherche pourrait être mise sur pied". En 2004, de l'avis général des astronomes, mis à part la mythique planète Némésis qui pourrait encore expliquer les infimes perturbations orbitales et les arrivées périodiques des comètes issues du Nuage de Oort, avec Pluton nous pensions avoir découvert la dernière planète (naine) du système solaire. Bien que cette conclusion ne transpirait pas d'une totale certitude mathématique, il y avait peu d'espoir de trouver un nouvel astre de cette taille dans le système solaire. Et pourtant nous nous trompions. Bien sûr nous n’avons pas découvert une grosse planète, elle est même toute petite, mais elle demeure plus grosse que tous les astéroïdes connus. Vous l'avez reconnue, il s'agit de la planète naine Eris alias 2003 UB313 (ex Xéna), sans oublier Sedna.Pour plus d'information Jet Propulsion Laboratory (JPL) Futures: 50 years in space, David A. Hardy La planète naine Eris, 2003 UB313
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