Les Satellites de Pluton : Des Compagnons Étranges dans l'Ombre de la Planète naine

À découvrir aussi

Poursuivez votre exploration de l'Univers avec ces sujets :

• Amalthée: La Petite Lune Rouge de Jupiter
• L’Astronomie Babylonienne : Les Premières Lois du Temps

De Charon à Styx : Exploration des mondes cachés autour de Pluton

Charon

Charon, découvert en 1978 sur des images agrandies de Pluton par James Walter Christy (né en 1938), en collaboration avec Robert Harrington, est un gros satellite par rapport à Pluton. Le diamètre de Charon mesure 1 212 ± 2 km (rayon moyen de 606,0 ± 1,0 km), soit un peu moins de 3 fois le diamètre de notre Lune. La masse de Charon représente environ un huitième de celle de Pluton (rapport de masse d'environ 0,117), ce qui en fait, toutes proportions gardées, le plus gros satellite naturel connu par rapport à sa planète.

Le couple infernal tourne autour de son centre de gravité commun (barycentre) comme deux objets reliés par une barre centrale rigide, tel un haltère. Charon est situé en moyenne à environ 19 600 km de Pluton et se déplace autour de la planète naine avec une période de 6,387221 jours, égale à la période de rotation de Pluton : les deux corps sont mutuellement synchrones, chacun montrant en permanence la même face à l'autre. Charon contient proportionnellement plus de glace que Pluton : la planète naine est composée d'environ deux tiers de roches en masse, contre environ 60 % pour Charon, qui apparaît donc comme un objet nettement plus riche en eau glacée que son compagnon.

Hydra et Nix

Hydra et Nix sont deux petits satellites découverts en orbite autour de Pluton grâce au télescope spatial Hubble en mai et juin 2005 par une équipe américaine dirigée par Hal Weaver (né en 1953) et Alan Stern (né en 1957). Les deux lunes (P2 et P3) orbitent respectivement à environ 49 300 km et 65 200 km du barycentre du système, beaucoup plus loin que Charon.

Kerberos

Une quatrième lune a été découverte le 28 juin 2011 par une équipe dirigée par Mark Showalter (né en 1957) à l'aide du télescope spatial Hubble ; elle porte depuis 2013 le nom de Kerberos. Avant le survol de New Horizons, l'influence gravitationnelle de Kerberos sur ses voisines Nix et Hydra paraissait disproportionnée par rapport à sa faible luminosité : les astronomes en avaient déduit une taille comprise entre 13 et 34 km et supposé une surface sombre pour expliquer cette discrétion. Les images rapprochées obtenues par la sonde en juillet 2015 ont totalement contredit cette prédiction. Kerberos s'est révélée bien plus petite qu'attendu (environ 19 × 10 × 9 km) et, surtout, beaucoup plus brillante, avec un albédo d'environ 50 %, comparable à celui des autres petites lunes et révélateur d'une surface de glace d'eau relativement pure. Sa forme bilobée, composée de deux masses distinctes d'environ 8 et 5 km de diamètre accolées l'une à l'autre, suggère qu'elle résulte de la fusion de deux corps plus petits.

Styx

Quant à P5, nommée Styx, elle a été découverte le 26 juin 2012 par la même équipe dirigée par Mark Showalter, alors que les astronomes préparaient le survol de la mission New Horizons. C'est la plus petite des quatre petites lunes et la plus proche de Pluton, avec un diamètre équivalent d'environ 10,5 km pour une forme allongée et irrégulière, proche de la forme patatoïde.

N.B. :
La sonde New Horizons, lancée le 19 janvier 2006, fut la première sonde spatiale à visiter Pluton. Placée directement sur une trajectoire d'échappement solaire à une vitesse d'environ 16,26 km/s (58 500 km/h) par rapport à la Terre, elle détient le record de la vitesse de lancement la plus élevée jamais atteinte par un engin spatial lancé depuis la Terre. Elle a ensuite bénéficié, en février 2007, d'une assistance gravitationnelle de Jupiter qui lui a permis de gagner environ 4 km/s supplémentaires et de raccourcir son trajet vers Pluton de plusieurs années.

Tableau : Du géant Charon aux petites lunes de Pluton

Toutes les lunes orbitent dans un plan quasi-coplanaire, ce qui plaide pour une origine commune (collision géante). Les petites lunes de Pluton, Nix, Hydra, Kerberos et Styx, présentent des orbites proches de résonances avec le couple Pluton-Charon, sans pour autant y être parfaitement synchronisées. Leurs périodes orbitales s’organisent autour de 3,3:4:5,1:6,1. Les densités de Kerberos et Styx restent mal contraintes en raison de leur très faible masse, à peine mesurable dynamiquement.

Masses et densités : ce que révèle la dynamique des petites lunes

Des masses affinées par Hubble et New Horizons

Pendant longtemps, les masses des quatre petites lunes de Pluton n'ont pu être estimées qu'indirectement, à partir de leur influence gravitationnelle mutuelle sur des séries d'images du télescope spatial Hubble. En 2023, une nouvelle analyse combinant l'ensemble des observations de Hubble entre 2005 et 2019 avec les images de la sonde New Horizons a permis d'affiner considérablement ces estimations. Elle montre que Nix et Hydra sont en réalité moins massives que ne le suggéraient les précédentes solutions, avec des masses respectives d'environ 2,6 × 10¹⁶ kg et 3,0 × 10¹⁶ kg.

Des densités qui révèlent une composition glacée

Combinées aux volumes déduits des images rapprochées de New Horizons, ces masses donnent des densités proches de 1,0 à 1,2 g/cm³ pour Nix et Hydra, très inférieures à celle de Charon (1,70 g/cm³) et plus encore à celle de Pluton (1,86 g/cm³). Une telle densité, associée à leur surface très brillante et dominée par la glace d'eau, indique que l'intérieur de ces deux lunes est nettement plus riche en glace, avec une porosité interne relativement faible comparée à d'autres petits corps de taille similaire comme Phobos, Deimos ou l'objet de la ceinture de Kuiper Arrokoth. Les masses de Kerberos et Styx, en revanche, restent trop proches du bruit de mesure pour être déterminées avec précision : seules des limites supérieures de densité (respectivement < 2,0 et < 2,1 g/cm³) ont pu être établies.

Un disque de débris glacé confirmé

Ce résultat renforce le scénario d'un disque de débris majoritairement glacé, issu des couches externes des deux corps précurseurs lors de la collision géante à l'origine de Charon, dont l'agglomération aurait ensuite donné naissance aux quatre petites lunes.

Nix et Hydra, des fragments de l'intérieur de Charon ? Les indices du JWST

Des signatures spectrales uniques observées par le JWST

Une piste plus récente, encore préliminaire, vient compléter ce tableau. En juillet 2025, lors d'une conférence scientifique consacrée aux dix ans du survol de Pluton par New Horizons, une équipe du Space Telescope Science Institute a présenté des observations inédites du télescope spatial James Webb portant sur Nix et Hydra. Ces données, obtenues de façon fortuite alors que l'instrument observait principalement Pluton et Charon, suggèrent que les couleurs et le spectre des deux lunes ne correspondent à aucune des grandes familles d'objets transneptuniens classées jusqu'ici : leur surface est dominée par un matériau rougeâtre, probablement carboné, qui semble unique dans la région transneptunienne.

Des fragments de la croûte de Charon ?

Selon les auteurs de cette présentation, cette signature spectrale rapprocherait davantage Nix et Hydra de l'intérieur profond de Charon que des objets typiques de la ceinture de Kuiper environnante, ce qui viendrait appuyer l'hypothèse d'une origine commune par collision géante : les deux lunes pourraient être des fragments de la croûte et du manteau supérieur d'un proto-Charon, arrachés lors de l'impact. Les auteurs avancent même l'idée que la poussière issue des impacts de micrométéorites sur Nix et Hydra, capturée par la gravité de Charon, pourrait aujourd'hui retomber à sa surface — un mécanisme qui expliquerait en partie certaines caractéristiques observées sur le pôle nord rougeâtre de Charon (Mordor Macula).

N.B. :
Ces conclusions reposent pour l'instant sur une communication de conférence et n'ont pas encore fait l'objet d'une publication scientifique évaluée par les pairs ; elles doivent donc être considérées comme préliminaires, dans l'attente d'observations spectroscopiques plus poussées.