Pluton

Pluton est une planète naine

Découverte en 1930 par l'astronome américain Clyde Tombaugh, Pluton reste assez mal connue à cause de sa distance, plus de 7 milliards de km. D'un diamètre équatorial de 2 306 km ± 10 km, elle ne représente que deux dixièmes de la Terre. Pluton (134340), n'était qu'un point de lumière dans les plus grands télescopes basés au sol avant que le télescope spatial Hubble ne la cartographie (2002-2003). Elle possède une orbite excentrique et très inclinée par rapport au plan de l'écliptique.
Parfois même, Pluton se trouve plus près du Soleil que Neptune. La planète naine est passée au périhélie en 1989, son passage à l'aphélie est prévue pour 2113. Pluton orbite autour du Soleil à une distance variant entre 29 et 49 unités astronomiques et appartient à la ceinture de Kuiper. Pluton est le premier objet transneptunien, au delà de Neptune, à avoir été découvert. Le système solaire, qui comptait neuf planètes depuis 1930, n'en contient plus que huit depuis aout 2006.

Suite à cette modification de la nomenclature, Pluton a été ajoutée à la liste des objets mineurs du système solaire et s'est vu attribuer le numéro 134340 dans le catalogue des objets mineurs.

Image : Photographie composite de Pluton et Charon photographiés le 11 juillet 2015 par la sonde New Horizons. Image crédit: NASA/JHUAPL/SWRI

Pluton a perdu son statut de planète en 2006

Le système solaire a perdu un des membres de la famille des planètes.
« Une planète est un corps céleste qui est en orbite autour du Soleil, qui possède une masse suffisante pour que sa gravité l'emporte sur les forces de cohésion du corps solide et le maintienne en équilibre hydrostatique (forme sphérique), et qui a éliminé tout corps se déplaçant sur une orbite proche ».
Cette définition fut approuvée le 24 aout 2006, lors de la 26ème Assemblée Générale de l'UAI (Union Astronomique Internationale) par un vote à main levée d'environ 400 scientifiques et astronomes après dix jours de discussions.
En complément, l'UAI a créé une nouvelle classe d'objets : les planètes naines.
Les premiers soupçons sur la véritable nature de Pluton sont nés en 1992. Cette année-là, les Américains David Jewitt et Jane Luu observent pour la première fois un objet de la ceinture de Kuiper.
L'existence de tels objets, très peu lumineux et gravitant au-delà de Neptune, a été suggérée par Gérard Peter Kuiper (1905 - 1973) en 1951. Ces objets, d'un diamètre de quelques centaines de kilomètres, seraient des reliquats périphériques de la nébuleuse originelle qui a donné naissance au système solaire. Or, l'avènement de télescopes toujours plus puissants a permis la découverte d'environ soixante-dix objets de ce type. Les plus grands objets transneptuniens (OTN) ont obtenu le statut de planète naine. Les 4 plus grands OTN sont : Éris (≈2300 km), Pluton (≈2300 km), Makemake (≈1600 km) et Haumea (≈1600 km).

Image : Diamètres comparés des grosses planètes naines, par rapport à celui de la Lune et de la Terre.
Terre (≈12756 km), Lune (≈3474 km), Éris (≈2300 km), Pluton (≈2300 km), Makemake (≈1600 km) et Haumea (≈1600 km).

Image : Le système Pluton, avec 3 satellites visibles vus par Hubble, le 15 mai 2005. En juin 2011, un autre satellite a été découvert par Hubble. Le quatrième s'appelle Kerberos. La minuscule lune Kerberos gravite autour de Pluton en 32,1 jours. Le cinquième, Styx, gravite en 20 jours, il mesure entre 10 et 25 km.

Les satellites de Pluton

Charon, découvert par James Christy en 1978, est un gros satellite par rapport à la planète mère (diamètre 1270 km). Charon a une masse une dizaine de fois inférieure à Pluton et le rapport des diamètres est de 1 à 2. Le couple infernal tourne autour de son centre de gravité commun (barycentre), comme deux objets reliés par une barre centrale rigide, tel un haltère (voir la simulation ci-contre). Charon est situé à seulement 19 000 km de la planète naine et se déplace autour de cette planète avec une période de 6,4 jours, égale à la période de rotation de Pluton, ce qui constitue une orbite synchrone.
HydraHydre est le serpent mythologique à neuf têtes qui gardait le royaume de Pluton qui est le nom romain du dieu grec des Enfers, Hadès. En plus de la relation avec Pluton, les noms ont été choisis à cause de leurs initiales "N" et "H", qui sont aussi les premières lettres de New Horizons, la sonde de la NASA lancée en janvier 2006 vers le système de Pluton.  et NixDans la mythologie grecque, Nyx était la déesse de la nuit et la mère de Charon, l'homme qui transportait dans son bateau les âmes à travers la rivière Styx vers le monde souterrain gouverné par Pluton. L'UAI a modifié son nom en "Nix" selon l'orthographe égyptienne du nom de la déesse pour éviter toute confusion avec deux astéroïdes qui portent déjà le nom "Nyx".  sont deux petits satellites découverts en orbite autour de Pluton, grâce au télescope spatial Hubble en mai et juin 2005 par deux astronomes américains Alan Stern et Hal Weaver. Ces deux lunes sont 5000 fois moins lumineuses que Charon. Les deux satellites circulent dans le plan de Charon. Ils ont été catalogués sous les références provisoires S/2005 P2 et S/2005 P3, avant de devenir Hydra et Nix en 2006. Depuis, le télescope spatial Hubble a découvert une quatrième lune gravitant en 32,1 jours, autour de Pluton, provisoirement nommée P4, elle porte depuis 2013 le nom de Kerberos. C'est une très petite lune, avec une taille estimée comprise entre 13 et 34 km. Le satellite naturel a été découvert sur des images d’Hubble prises le 28 juin 2011, puis confirmé les 3 et 18 juillet 2011.
Quant à P5 nommée Styx, les astronomes pensent qu'il a une forme patatoïde de 10 à 25 km de long. Sur le tableau des satellites de Pluton (à droite), Pluton a été ajouté à la liste car elle tourne autour du même centre de masse que Charon.

Image : Simulation des rotations de Charon, Nix, Hydra, Kerberos et Styx autour de la glaciale planète naine Pluton. La force de marée de la plupart des lunes du système solaire intérieur bloque le satellite, une face dirigée vers leur planète central. Cette animation montre que ce n'est pas le cas avec les petites lunes de Pluton, qui se comportent comme des toupies alors que Pluton et Charon sont face à face. Pluton est représentée au centre avec dans l'ordre, des plus petites au plus grandes orbites : Charon, Styx, Nix Kerberos et Hydra. La rotation de deux objets proches comme Pluton et Charon (12 % de la masse de Pluton) se fait autour barycentre ou centre de masse des deux objets Pluton et Charon. Le barycentre se trouve à l'extérieur du corps principal, c'est-à-dire Pluton. Crédits: NASA/JHUAPL/SwRI/M. Showalter

L'orbite de Pluton

L'orbite de Pluton est inclinée par rapport au plan de l'écliptique d'environ 17,1° et son excentricité est importante, environ 0,24. Ce qui veur dire que l'orbite de Pluton varie de 49,31 ua à 29,66 ua.
Les orbites des planètes classiques sont elles quasi-circulaires et sur l'écliptique sauf Mercure qui a une orbite inclinée de 7° et une excentricité de 0,2.
Le périhélie de Pluton est donc situé à plus de 8,0 ua du plan de l'écliptique (1,2 milliards de km). A cette position de son orbite, Pluton se trouve plus proche du Soleil que Neptune. Pluton met 248 ans à parcourir son orbite, elle passe devant des régions très riches en étoiles, ce qui complique un peu plus son repérage.

Par chance, il existe dans la Voie lactée un certain nombre de nébuleuses sombres, des régions où la concentration de poussières interstellaires masque les étoiles qui sont derrière. Il faut donc attendre patiemment que la planète naine apparaisse devant une nébuleuse sombre.

Image : on pourrait imaginer que Pluton et Neptune entrent un jour en collision. La vue des orbites de Pluton et de Neptune donne l’impression qu’elles se coupent, mais l’orbite de Pluton est si inclinée qu’à aucun endroit les deux orbites ne sont proches l’une de l’autre. Il n'y a donc aucune chance que Pluton disparaisse dans le feu de Neptune.

Exploration de Pluton

Pluton est un objectif lointain pour l'exploration spatiale. De plus sa très faible masse explique en partie, le peu de données disponibles sur cet objet mystérieux. La sonde New Horizons, lancée le 19 janvier 2006, sera la première sonde spatiale à visiter Pluton. New Horizons a bénéficié de l'assistance gravitationnelle de Jupiter, sa vitesse de 19 km/s, est la plus rapide de toutes les sondes jamais lancées par l'homme. Elle arrivera au plus près de la planète naine à l'été 2015, après un voyage de 6,4 milliards de kilomètres. Les observations débuteront environ cinq mois avant le plus proche passage et devraient continuer environ un mois après. L'engin spatial emporte à son bord des instruments d'imagerie, spectrométrie et autres appareils de mesure, afin de déterminer les caractéristiques géologiques et morphologiques de Pluton et de sa lune Charon, mais aussi cartographier les éléments composant leur surface et étudier l'atmosphère de Pluton. La mission prévoit également un survol des objets de la ceinture de Kuiper jusqu'en 2025. La vue d'Hubble (2002-2003) sur la photo ci-contre n'est pas assez nette pour distinguer des cratères ou des montagnes éventuelles sur la surface de Pluton, mais cette image révèle un monde complexe. Les scientifiques pensent que la couleur globale de sa surface blanche, orange et noir comme du charbon est le résultat du rayonnement électromagnétique ultraviolet du Soleil lointain. Pluton reçoit mille fois moins de lumière que la Terre.
Ce rayonnement qui casse le méthane présent sur la surface de Pluton, montre un résidu riche en carbone. Les images de Hubble soulignent que Pluton n'est pas simplement une boule de glace et de roches mais un monde dynamique qui subit des changements atmosphériques spectaculaires.

Les images de Hubble soulignent que Pluton n'est pas simplement une boule de glace et de roches mais un monde dynamique qui subit des changements atmosphériques spectaculaires.

Image : Sur l'image (2002-2003) du télescope spatial Hubble, on peut imaginer que Pluton n'est pas simplement une boule de glace et de roches. Elle nous montre comment était notre environnement il y a 4 milliards d'années car sur Pluton il n'y a aucune érosion.
Le pôle nord est plus lumineux que l'hémisphère sud plus foncé et plus rouge. A certains endroits elle est noire comme du charbon (silicates), à d'autres, elle est blanche comme la neige.

Les surprenantes montagnes de Pluton

Les dernières nouvelles de Pluton nous parviennent de la sonde New Horizons qui a survolé Pluton en juillet 2015 et les premières images nous révèle une surprise.
Dans la région proche de l'équateur de Pluton, une chaine de montagnes jeunes hautes de 3 500 mètres, s'élèvent au-dessus de la surface glacée.
Ces montagnes ont probablement été formées il y a pas plus de 100 millions d'années, elles sont très jeunes par rapport à l'âge de 4,56 milliards d'années du système solaire. De plus, il est possible qu'elles soient encore en train d'évoluer, d'après l'équipe de Jeff Moore du Ames Research Center de la NASA à Moffett Field, en Californie.
Cette région qui couvre moins d'un pour cent de la surface de Pluton, peut encore être géologiquement active aujourd'hui. Moore et ses collègues fondent l'estimation du jeune âge par l'absence de cratère dans cette vue.
Comme le reste de Pluton, cette région aurait vraisemblablement été matraqué par les débris spatiaux durant les milliards d'années passées et serait remplie de cratères. Il semble qu'une activité récente ait effacé ces cicatrices.
« Ceci est l'une des surfaces les plus jeunes que nous avons vue dans le système solaire », explique Moore.

Contrairement aux lunes glacées des planètes géantes, Pluton ne peut pas être chauffé par des interactions gravitationnelles avec un corps planétaire beaucoup plus grand. Un autre processus a du générer ce paysage montagneux.  
« Cela peut nous amener à repenser l'activité géologique sur de nombreux autres mondes glacés » explique le chef d'équipe adjoint GGI John Spencer du Southwest Research Institute à Boulder, Colorado.
Les montagnes sont probablement composées d'eau et de glace, la "roche-mère" de Pluton. Bien que le méthane et la glace d'azote couvrent une grande partie de la surface de Pluton, ces matériaux ne sont pas assez forts pour construire des montagnes, il est plus vraisemblable qu'un matériau plus rigide, comme la glace d'eau ait créé les pics.
« Aux températures de Pluton (la température moyenne au sol est évaluée à −223 °C), la glace d'eau se comporte comme une roche dure » a déclaré Bill McKinnon, de l'Université de Washington, St. Louis. L'image a été prise environ 1,5 heure avant que New Horizons soit au plus proche de Pluton, l'engin était 77 000 km de la surface de la planète naine.

Image : Les surprenantes montagnes de Pluton. Contrairement aux lunes glacées des planètes géantes, Pluton ne peut pas être chauffé par des interactions gravitationnelles avec un corps planétaire beaucoup plus grand. Un autre processus a du générer ce paysage montagneux. Les scientifiques soupçonnent une activité géologique, ce qui serait très étonnant.