Pluton (planéte)

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(134340) Pluton
Pluton, Charon, Nix et Hydra (vue d'artiste)
Caractéristiques orbitales Époque 18 mars 2006 (JJ 2 453 800,5)
Demi-grand axe	5 906 450 638 km (39,48218387 ua)
Aphélie	7 375 927 931 km (49,31 ua)
Périhélie	4 436 824 613 km (29,66 ua)
Excentricité	0,25024871
Période de révolution	90 613,3058 j (248 a 31 j 7,34 h)
Vitesse orbitale moyenne	4,74 km/s
Inclinaison	17,14175°
Nœud ascendant	110,30347°
Argument du périhélie	113,76329°
Anomalie moyenne	?
Catégorie	Objet transneptunien, Planète naine
Caractéristiques physiques
Dimensions	2 306 ± 20 km (diamètre)[1]
Masse	(1,314 ± 0,018)×1022 kg
Masse volumique	2 030 ± 60 kg/m3[1]
Gravité équatoriale à la surface	0,655 m/s2
Vitesse de libération	1,3 km/s
Période de rotation	6,387 j (6 j 9 h 17 min, rétrograde)
Classification spectrale	?
Magnitude absolue	(relative 15)
Albédo	0,60
Température	Min : (-240 °C); 33 K Moy : (-229 °C); 44 K Max : (-218 °C); 55 K
Découverte
Découvreur	Clyde W. Tombaugh
Date	18 février 1930
Désignation(s)	Pluton

(134340) Pluton (couramment Pluton^[2]) est le premier objet transneptunien découvert (1930) et la deuxième plus grande planète naine connue du système solaire. Originellement considérée comme la plus lointaine planète du système solaire, elle fut classée comme planète naine par l’union astronomique internationale (UAI) le 24 août 2006 ramenant à 8 le nombre de planètes dans le système solaire. Elle orbite autour du Soleil à une distance variant entre 29 et 49 unités astronomiques et appartient à la ceinture de Kuiper. Son diamètre est de 2 300 km^[1].

Depuis sa découverte par Clyde Tombaugh en 1930, Pluton était considérée comme la neuvième planète du système solaire. À la fin du XX^e siècle et au début du XXI^e siècle, de plus en plus d’objets similaires furent découverts dans le système solaire externe, en particulier Éris, légèrement plus grand et plus massif que Pluton. Cette évolution amena l’UAI à redéfinir la notion de planète en août 2006, Cérès, Pluton et Éris étant depuis cette date classées comme des planètes naines. L’UAI a également décidé de faire de Pluton le prototype d’une nouvelle catégorie d’objet transneptunien. Suite à cette modification de la nomenclature, Pluton a été ajoutée à la liste des objets mineurs du système solaire et s’est vue attribuer le numéro 134340 dans le catalogue des objets mineurs. En juin 2008, l'UAI a décidé de le classer dans la catégorie des plutoïdes, comme Éris.

Pluton est principalement composée de roche et de glace de méthane, mais aussi de glace d’eau. Son diamètre est d’environ les deux tiers de celui de la Lune. Le couple Pluton et son grand satellite, Charon, est généralement considéré comme un système double, puisque la différence de masse entre les deux objets est l’une des plus faibles de tous les couples planétoïdes/satellites du système solaire (rapport 8 pour 1), et surtout parce que le barycentre de leurs orbites ne se situe pas à l’intérieur d’un des deux corps. Deux autres satellites naturels nettement plus petits, Nix et Hydra, ont également été découverts en 2005.

Aucune sonde spatiale n’a encore jamais survolé Pluton, mais la sonde New Horizons lancée en janvier 2006 par la NASA pour explorer le système plutonien, doit le survoler durant l’été 2015, après un voyage de 6,4 milliards de kilomètres.

Historique

Découverte

Pluton fut découvert en 1930 lors de la recherche d'un corps céleste permettant d'expliquer les perturbations orbitales de Neptune, hypothèse proposée par Percival Lowell comme étant la Planète X.

Ayant fait fortune dans les affaires, Lowell se fait construire en 1894 un observatoire à plus de 2 000 mètres d'altitude dans l'Arizona et entreprend la recherche d'une neuvième planète au-delà de Neptune. Il pense suivre la même méthode que celle qui avait conduit à la découverte de cette dernière en étudiant son orbite, mais la précision des instruments de l'époque ne permettant pas de mesurer de façon précise les anomalies orbitales, il doit se rabattre sur celles d'Uranus. Sa planète (baptisée « X ») serait située à 47,5 ua, aurait une période de 327 ans et une masse de deux cinquièmes de celle de Neptune. En 1905, il lance une première campagne photographique de trois ans, mais celle-ci ne donne rien de concluant, notamment, comme il fut démontré par la suite, parce que ce programme était focalisé sur l'écliptique et que l'orbite fortement inclinée de Pluton la plaçait à cette époque en dehors du champ des photographies^[3]. Lowell ne baisse pas les bras pour autant et décide de redoubler d'efforts, notamment lorsqu'il voit apparaître un concurrent : William Pickering. Celui-ci annonce en 1908 la présence d'une planète qu'il nomme « O » de deux masses terrestres, à une distance de 52 ua et d'une période de 373 ans. En 1911, Lowell fait l'acquisition d'une machine destinée à l'analyse photographique lui permettant de comparer les clichés beaucoup plus vite (deux séries de photos sont prises à quelques jours d'intervalle pour repérer le mouvement éventuel d'un astre) et entame une nouvelle série de photographies. Un nouvel échec qui le mènera à se désintéresser de sa planète X.

Percival Lowell meurt en 1916 mais laisse dans son testament de quoi poursuivre les recherches sans se soucier des problèmes d'argent, bien que des problèmes d'héritage avec sa femme finissent par réduire le budget de l'observatoire. Or dix ans plus tard, l'observatoire nécessite un nouvel instrument. Abott Lawrence Lowell, le frère de Percival Lowell, accepte de donner dix mille dollars pour la construction d'un télescope de 13 pouces que Clyde W. Tombaugh sera chargé de piloter pour cette lourde tâche qu'est la cartographie minutieuse du ciel, à la recherche de la planète X. Tombaugh réorganise son plan de travail et procède à trois prises au lieu de deux afin d'augmenter les chances de percevoir le mouvement de la planète. La troisième série de clichés prend fin le 29 janvier 1930 et commence alors l'analyse des plaques photographiques. Le 18 février à 16 heures, il remarque un point de magnitude +15 bouger d'une plaque à l'autre sur deux photographies prises les 23 et 29 janvier. L'équipe de l'observatoire Lowell, après avoir pris d'autres photographies permettant de confirmer la découverte, télégraphie la nouvelle au Harvard College Observatory le 13 mars 1930.

La planète est nommée à la fois en référence au dieu romain des enfers et à Percival Lowell dont les initiales forment les deux premières lettres de Pluton. Ses initiales forment le symbole de Pluton (♇). Le nom fut suggéré par Venetia Burney, une jeune fille de onze ans d'Oxford, en Angleterre.

De nombreux observatoires se mettent alors à observer cette nouvelle planète, afin de déterminer son orbite le plus précisément possible. En revenant en arrière, Pluton est rétroactivement observée sur des plaques photographiques remontant jusqu'à 1909^[4].

Pluton et la planète X

À l'origine, la découverte de Pluton est liée à la recherche systématique d'une planète permettant d'expliquer les perturbations observées dans les orbites d'Uranus et Neptune, mais le doute est très vite jeté sur le fait que Pluton soit la planète X que Percival Lowell recherchait.

À cette époque, Pluton est si lointain que son diamètre ne peut pas être déterminé avec précision, mais sa faible luminosité et son absence de disque apparent laissent présager un corps plutôt petit, comparable en taille aux planètes telluriques déjà connues, probablement plus grand que Mercure mais pas plus que Mars, pense-t-on à l'époque^[5]. Il devient donc rapidement clair que Pluton ne peut pas être la source des perturbations dans les orbites de Neptune et Uranus, et les astronomes sont amenés à imaginer que de nombreux autres corps similaires à Pluton puissent orbiter autour du Soleil au-delà de Neptune. On pense alors que le système solaire pourrait être constitué de plusieurs zones regroupant les corps célestes par familles, planète tellurique, planète géante, « objets ultra-neptuniens »^[5]. Cette hypothèse sera formalisée plus tard au cours des années 1940 et 1950 par Kenneth Edgeworth puis Gerard Kuiper, et est désormais connue sous le nom de ceinture de Kuiper.

Afin de réconcilier la petite taille de Pluton avec la planète X, la masse de la première étant en contradiction avec les caractéristiques que devait posséder la seconde, certains astronomes envisagèrent également une théorie de réflexion spéculaire : ce que les observateurs mesuraient pourrait n'être qu'une tache brillante à la surface très réfléchissante d'une planète en réalité plus grosse qui pourrait ainsi être massive sans être pour autant exceptionnellement dense^{[réf. nécessaire]}.

La découverte de Charon, son satellite, en 1978^[6] permettra de résoudre bien des problèmes quant à la masse et la taille de Pluton. Cela permit de revoir encore à la baisse la masse du système Pluton/Charon, plus faible même que les estimations minimales fournies par les opposants à la théorie de la réflexion spéculaire (qui fut dès lors totalement invalidée). Les astronomes sont d'accord aujourd'hui pour donner à Pluton un diamètre bien inférieur à celui de la Lune, avec seulement une fraction de sa masse, en accord avec sa composition (de la glace en grande partie). Dans les années 1970, les calculs des trajectoires des sondes Voyager ont montré que Neptune avait une masse inférieure aux hypothèses précédentes, et en tenant compte de cette nouvelle mesure, les divergences dans les mouvements des planètes Uranus et Neptune deviennent négligeables devant l'incertitude de la mesure liée à la précision des instruments.

Statut de planète naine

Vers la fin du XX^e siècle, le statut de planète de Pluton est de plus en plus souvent remis en question.

D'une part, de très nombreux corps sont découverts qui possèdent une orbite très proche de celle de Pluton, et sont comme elle en résonance 2:3 avec Neptune. Environ 150 objets de ce type, connus sous le nom de plutinos, étaient recensés en février 2006, ce qui tend à montrer que Pluton est le plus grand représentant d'une vaste famille de corps plus ou moins massifs.

La découverte en 2005 de (136199) Éris^[7], d'un diamètre et d'une masse légèrement supérieurs à celui de Pluton, contribue à relancer le débat. Le diamètre d'Éris, qui avait initialement été estimé à 3 600 km (il était alors notablement plus grand que Pluton) reste toujours actuellement (2006) du même ordre de grandeur que celui de Pluton, même s'il a été revu à la baisse (2 400 km ± 100 km). Selon une étude publiée dans Science du 14 juin 2007, sa masse serait supérieure à celle de Pluton d'environ 27 %. De nombreux autres corps ont également été découverts à cette époque, tels que (136472) Makemake, (90482) Orcus ou (90377) Sedna, régulièrement annoncés comme étant la dixième planète du système solaire.

Certains scientifiques proposent alors de reclasser Pluton en planète mineure ou en objet transneptunien. D'autres, comme Brian Marsden du Minor Planet Center, penchent pour lui attribuer les deux statuts, en raison de l'importance historique de sa découverte. Marsden annonce le 3 février 1999 que Pluton serait classée comme le 10 000^e objet du catalogue recensant justement 10 000 planètes mineures. Le nombre rond de 10 000 serait attribué à Pluton en son honneur pour la « célébration » de ce compte atteint.

Historiquement, les quatre premiers astéroïdes découverts ((1) Cérès, (2) Pallas, (3) Junon et (4) Vesta) furent eux aussi considérés comme des planètes pendant plusieurs décennies (leurs dimensions n'étaient pas connues avec précision à l'époque). Certains textes astronomiques du début du XIX^e siècle font référence à onze planètes (incluant Uranus et les quatre premiers astéroïdes). Le cinquième astéroïde ((5) Astrée) fut découvert en 1845 peu de temps avant la découverte de Neptune, suivi de plusieurs autres dans les années suivantes. Bien qu'ils soient toujours appelés « planètes mineures », ils ne sont plus aujourd'hui considérés comme des « planètes ».

Le dernier mot revenant à l'Union astronomique internationale, l'organisme coordinateur de l'astronomie au niveau international, en charge de la dénomination des corps célestes ainsi que de leur statut, celle-ci, lors de son XXVI^e congrès tenu le 24 août 2006 en République tchèque, a décidé au terme d'une semaine de débats de reclasser Pluton en planète naine plutôt que planète^[8]. Le numéro d'objet mineur 134340 lui fut attribué le 7 septembre 2006^[9].

Néanmoins, suite au vote, une pétition^[10] ayant réuni en cinq jours les signatures de plus de 300 planétologues et astronomes majoritairement américains a été lancée pour contester la validité scientifique ainsi que le mode d'adoption de cette nouvelle définition et inviter à la réflexion sur une autre définition plus appropriée.

Pluton, un plutoïde

Une nouvelle sous-catégorie, les plutoïdes, est créée par l'UAI pour les planètes naines qui passent la majeure partie de leur révolution orbitale à l'extérieur de l'orbite de Neptune. Pluton en fait évidemment partie^[11] .

Exploration de Pluton

Lancement de la sonde New Horizons par une fusée Atlas V.

Pluton est un objectif difficile pour l'exploration spatiale, à cause de la grande distance la séparant de la Terre, de la forte inclinaison de son orbite (17 °) sur l'écliptique et de sa très faible masse, et n'a donc jusqu'à présent été visité par aucune sonde spatiale, ce qui explique en partie le peu de données disponibles.

La sonde Voyager 1 aurait éventuellement pu l'atteindre, mais l'exploration de Titan (le satellite de Saturne) et des anneaux de Saturne fut jugée plus importante, résultant dans une trajectoire incompatible pour un rendez-vous avec Pluton^[12]. Voyager 2 ne pouvait pas possiblement l'atteindre car la trajectoire aurait traversé la planète Neptune^[12].

En 2000, la NASA annula, pour des raisons budgétaires, la mission Pluto Kuiper Express, qui aurait eu pour but le survol vers 2012 du couple Pluton/Charon, et d'au moins un objet de la ceinture de Kuiper. Elle a finalement été remplacée par une mission similaire, New Horizons. La sonde New Horizons, lancée le 19 janvier 2006, sera donc la première sonde spatiale à visiter Pluton, bénéficiant de l'assistance gravitationnelle de Jupiter pour arriver 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 (composition et taux d'évasion). La mission prévoit également un survol des objets de la ceinture de Kuiper jusqu'en 2025.

D'ici 2015, le VLTI (Very Large Telescope Interferometer) au Chili, pleinement opérationnel depuis janvier 2009, devrait, dans une certaine mesure, compléter le travail d'investigation déjà réalisé par le télescope spatial Hubble sur le système plutonien. En effet, ce super télescope (en réalité un système interférométrique composé de 4 grands et 4 petits télescopes disposés en réseau sur quelques centaines de mètres) dispose d'une puissance optique environ 25 fois supérieure à celle de Hubble.

Orbite

Caractéristiques

Orbite de Pluton, vue dans le plan de l'écliptique. Cette vue permet de rendre compte de l'inclinaison de l'orbite de Pluton (en rouge) par rapport à celle de Neptune (en bleu).

En comparaison des planètes classiques du système solaire, l'orbite de Pluton est fortement inclinée par rapport au plan de l'écliptique (17,14 175 °) et excentrique (0,24880766). Les orbites des planètes classiques sont quasi-circulaires et co-planaires de l'écliptique (seule Mercure possède une orbite inclinée (7 °) et excentrique (0,2) de manière significative). En conséquence, le périhélie de Pluton est situé à plus de 8,0 ua du plan de l'écliptique, soit 1,2 milliards de km et c'est près de cette position de son orbite, que la planète naine se trouve plus proche du Soleil que Neptune.

Une autre caractéristique du système plutonien est que le barycentre du couple Pluton/Charon n'est pas situé à l'intérieur du premier mais dans le vide, entre les deux corps.

L'orbite de Pluton étant très excentrique, elle croise celle de nombreux autres objets ; parmi les astéroïdes numérotés, ces hadéocroiseurs comptaient (en juillet 2004) 10 frôleurs intérieurs (dont (5145) Pholus), 24 frôleurs extérieurs (dont (19521) Chaos), 17 croiseurs (dont (38628) Huya) et 37 co-orbitaux (dont (20000) Varuna, (28978) Ixion et (50000) Quaoar).

Distance au Soleil

Orbite de Pluton, vue polaire. Cette vue « de dessus » permet de percevoir que l'orbite de Pluton (en rouge) est moins circulaire que celle de Neptune (en bleu) et que Pluton est parfois plus proche du Soleil que Neptune.
La position présentée est celle du 16 avril 2006, le mouvement des deux corps se fait selon le sens antihoraire (prograde).
Le périhélie et l'aphélie sont marqués respectivement par q et Q.

Du fait de l'excentricité prononcée de son orbite, la distance entre Pluton et le Soleil varie entre 29 ua au périhélie et 49 ua à l'aphélie.

Au voisinage de son périhélie, Pluton est plus proche du Soleil que Neptune. Toutefois, le périhélie de Pluton, vue l'inclinaison de son orbite, ne se trouve pas à l'intérieur de l'orbite de Neptune, mais largement au-dessus de l'écliptique. Ce fut le cas entre le 7 février 1979 et le 11 février 1999. Des calculs mathématiques montrent que le phénomène s'est produit pendant seulement 14 ans entre le 11 juillet 1735 et le 15 septembre 1749 et pendant 20 ans entre le 30 avril 1483 et le 23 juillet 1503.
Des études récentes suggèrent que chaque passage de Pluton à l'intérieur de l'orbite de Neptune dure alternativement et approximativement 14 et 20 ans, avec des variations minimes. Ceci est dû à l'excentricité de l'orbite de Neptune : elle se situe dans une portion proche de son aphélie lors des périodes de 20 ans, et à l'opposé de son orbite (donc proche de son périhélie) lors des périodes de 14 ans. Neptune parcours en effet 1 fois 1/2 son orbite à chaque orbite de Pluton, dû à leur résonnance 3:2.

Résonance orbitale

Ce diagramme indique les positions relatives de Pluton (en rouge) et Neptune (en bleu) à certaines dates. Les tailles de Neptune et Pluton sont représentées comme inversement proportionnelles à leur distance. L'approche minimale a eu lieu en juin 1896 à 18,9 ua, soit plus de 2,8 milliards de km.

Bien que Pluton soit parfois plus proche du Soleil que Neptune, les orbites des deux objets ne se croisent jamais. Les nœuds de l'orbite de Pluton (les points où l'orbite traverse le plan de l'écliptique) sont situés à l'extérieur de l'orbite de Neptune ; de fait, les points les plus proches des deux orbites sont distants de 6,4 ua soit près d'1 milliard de km.

Pluton orbite le Soleil en résonance orbitale 3:2 par rapport à Neptune, c'est-à-dire que Pluton effectue deux révolutions autour du Soleil pendant que Neptune en réalise trois. Cette résonance est stable : une perturbation de l'orbite de Pluton serait corrigée par l'attraction de Neptune. À cause de ce phénomène, Pluton et Neptune ne sont jamais plus proches que 18,9 ua : Pluton est toujours aussi éloigné de Neptune que, par exemple, de Saturne, et parfois à plus d'1 milliard de km plus près d'Uranus. Quand Neptune dépasse le point où les deux orbites sont les plus proches, la résonance maintient une séparation angulaire supérieure à 50 ° et Pluton reste près de 30 ua derrière Neptune, soit près de 4,5 milliards de km. Le vrai point de rapprochement se situe de l'autre côté de l'orbite. Neptune « dépasse » toujours Pluton quelque 30 ans après l'aphélie de ce dernier.

D'autres objets transneptuniens possèdent une telle résonance orbitale 3:2 avec Neptune et sont appelés des plutinos, par référence à Pluton.

Caractéristiques physiques

Rotation

Pluton tourne sur elle-même en 6,387 jours, son axe de rotation étant incliné de 57,5 ° par rapport à son plan orbital, ce qui est plutôt élevé et inhabituel dans le système solaire (seule Uranus a une inclinaison comparable).

L'action des forces de marée a contraint la période de rotation de Pluton jusqu'à la synchroniser avec la période de révolution de son principal satellite, Charon : les deux périodes étant égales, Charon se trouve donc toujours à la verticale du même point de la surface de Pluton^[13], et Charon paraît donc immobile dans le ciel plutonien.

Masse et dimensions

La taille de Pluton (en bas à droite) comparée avec celles de Ganymède, Titan, Callisto, Io, la Lune, Europe et Triton.

Le diamètre de Pluton est l'un des paramètres physiques les moins bien connus et les plus difficiles à mesurer, et la source principale d'incertitude sur les autres paramètres dérivés, tels que la masse volumique. Sa très grande distance combinée à sa petite taille font qu'il est impossible de résoudre avec précision le disque de Pluton, et empêche donc les mesures « directes » de ses dimensions, que ce soit avec le télescope spatial Hubble ou avec les instruments terrestres dotés d'optiques adaptatives. Les mesures actuelles se fondant sur les occultations d'étoile par Pluton et les occultations de Pluton par Charon ne concordent pas exactement, et les explications permettant d'expliquer ces différences dépendent des modèles utilisés pour analyser les données, notamment concernant l'atmosphère de la planète naine. La valeur et la marge d'erreur généralement retenue de 2 306 ± 20 kilomètres de diamètre incluent en fait les différences de résultat des différentes méthodes de mesure^[1].

La masse de Pluton, tout comme son diamètre, ont été largement surestimés durant les décennies suivant sa découverte. Les premières estimations, qui tablaient sur une taille comprise entre celles de Mercure et de Mars^[5], ont continuellement été revues à la baisse avec l'amélioration des instruments d'observations. La découverte de Charon en 1978 a permis, par application de la troisième loi de Kepler, de déterminer beaucoup plus précisément la masse totale du couple planétaire. La masse de Pluton est désormais estimée à 1,314×10²² kg^[1], soit 5,6 fois moins que celle de la Lune.

Compte tenu de sa masse et de son diamètre, Pluton est plus petite et moins massive que la Lune et six des satellites naturels de Jupiter, Saturne et Neptune : Ganymède, Titan, Callisto, Io, Europe et Triton.

Composition interne

La composition interne de Pluton est pour l'instant inconnue. S'il y a eu différenciation planétaire, il pourrait y avoir un noyau rocheux. Sur sa surface, de la glace de méthane (CH₄) a été détectée aux pôles par une observation dans l'infrarouge, en calottes dont la taille varie selon l'éloignement de la planète par rapport au Soleil. Sous la croûte se trouve vraisemblablement un manteau glacé.

Atmosphère

Pluton ne possède pas d'atmosphère significative. Elle est entourée d'une mince enveloppe de gaz qui serait composée d'azote (N₂) à 90 % et de monoxyde de carbone (CO) à 10 %, ainsi que de méthane (CH₄) et qui serait en équilibre thermodynamique avec l'azote solide et les glaces de monoxyde de carbone de la surface quand l'objet approche du Soleil. Lorsque Pluton s'écarte de son périhélie, une partie de son atmosphère gèle et retombe à la surface. Quand elle s'en rapproche, la température de la surface augmente et l'azote se sublime. À la manière de la sueur qui s'évapore sur la peau, cette sublimation refroidit la surface et des recherches ont montré que la température de Pluton est 10 K inférieure à ce qui était attendu.

L'atmosphère de Pluton a été découverte lors d'une occultation stellaire en 1985^[14] et confirmée par une autre occultation en 1988. Lorsqu'un objet dépourvu d'atmosphère passe devant une étoile, cette étoile d'arrière-plan disparaît de manière brutale ; dans le cas de Pluton, la luminosité de l'étoile masquée a graduellement diminué. De l'évolution de cette courbe de luminosité, une mince atmosphère de 0,15 Pa a été déterminée, soit environ 1/700 000^e de celle de la Terre. Cette atmosphère pourrait n'exister que lorsque la planète est à son périhélie et geler lorsqu'elle s'éloigne du Soleil.

En 2002, une autre occultation stellaire par Pluton a été observée par plusieurs équipes dirigées par Bruno Sicardy^[15], Jim Elliot^[16] et Jay Pasachoff^[17]. De manière surprenante, la pression atmosphérique a été estimée à 0,30 Pa, bien que Pluton soit plus éloignée du Soleil qu'en 1988 et donc plus froide. L'hypothèse privilégiée à l'heure actuelle est que le pôle sud de Pluton serait sorti de l'ombre en 1987 pour la première fois depuis 120 ans et qu'un surplus d'azote aurait alors sublimé une partie de la calotte polaire sud. Cet excès d'azote devrait mettre vraisemblablement des décennies avant de se condenser à l'autre pôle.

Système planétaire

Description

Pluton et ses trois satellites connus. Pluton et Charon sont les deux objets brillants au centre de l'image ; Nix et Hydra sont situées sur leur droite et vers le bas.

Pluton possède trois satellites naturels, le plus grand étant Charon qui fut identifié dès 1978. Deux satellites plus petits nommés Hydra et Nix (connus jusqu'en juin 2006 par leurs désignations provisoires S/2005 P 1 et S/2005 P 2), ont été découverts en 2005.

La distribution des satellites de Pluton est concentrée au centre du système. Potentiellement, un satellite pourrait orbiter Pluton jusqu'à 53 % du rayon de sa sphère de Hill (soit environ 6,0 millions de km) dans le sens direct et 69 % dans le sens rétrograde, mais le système plutonien est resserré dans les 3 % interne de cette zone. À titre de comparaison, Psamathée orbite Neptune à 40 % du rayon de sa sphère de Hill. Selon les termes des découvreurs de Nix et Hydra, le système plutonien est « hautement compact et largement vide »^[18].

Charon

Schéma de Pluton et ses satellites (en haut) comparés avec les plus grands plutinos : Orcus et Ixion.

Charon fut découvert en 1978^[6]. Comparativement à Pluton, Charon est un très gros satellite (son diamètre est la moitié de celui de Pluton), et le barycentre des deux corps se trouve au-delà de la surface de Pluton (à un peu plus de deux rayons plutoniens). Il s'agit du plus grand système de ce genre dans le système solaire (certains astéroïdes binaires possèdent également ce trait, comme (617) Patrocle ; le barycentre du Soleil et de Jupiter est également situé à l'extérieur du premier) et il y est parfois fait référence comme un système binaire d'astéroïdes.

Pluton et Charon sont également tous les deux en rotation synchrone : Charon présente toujours la même face à Pluton et Pluton la même face à Charon, un fait inhabituel dans le système solaire pour deux objets de cette taille (là encore, certains astéroïdes binaires possèdent cette propriété).

La découverte de Charon a permis de préciser la masse totale du système double et de déterminer que celle-ci était inférieure aux estimations précédentes. En fait, elle a amené les astronomes à revoir totalement leur estimation de la taille de Pluton. À l'origine, on pensait que Pluton était plus grande que Mercure (on lui donnait environ 6 800 km de diamètre) et plus petite que Mars, mais les calculs étaient fondés sur le fait qu'un seul objet était observé (on ne distinguait pas Charon de Pluton). Une fois le système double découvert, l'estimation de la taille de Pluton a été revue à la baisse. Il est possible aujourd'hui, avec des instruments modernes, de distinguer le disque de Pluton et ainsi déterminer sa taille directement.

En conséquence, l'albédo de Pluton a dû aussi être recalculé et revu à la hausse : la planète étant bien plus petite que les premières estimations, sa capacité à réfléchir la lumière devait être plus importante que ce que l'on pensait. Les estimations actuelles lui donnent une valeur légèrement inférieure à celle de Vénus, qui est déjà assez élevée. Charon, à la différence de Pluton, n'a pas retenu de méthane et apparaît beaucoup plus sombre.

Certains chercheurs ont suggéré que Pluton et Charon sont des satellites de Neptune qui auraient été éjectés de son orbite ; l'orbite rétrograde de Triton laisse penser que celui-ci était à l'origine un objet de la ceinture de Kuiper sur une orbite solaire qui fut capturé par Neptune. Triton semble en outre partager certaines caractéristiques atmosphériques et géologiques avec Pluton. Même si ces deux points ont été évoqués pour soutenir une origine neptunienne de Pluton, le consensus actuel est que cette dernière n'a jamais fait partie des satellites de Neptune.

Hydra et Nix

Diagramme du système plutonien.

Pluton possède deux autres satellites, qui furent photographiés le 15 mai 2005 lors d'une campagne d'observation du télescope spatial Hubble, temporairement nommés S/2005 P 1 et S/2005 P 2 puis baptisés Hydra et Nix^[19]. Ils ont été repérés par une équipe du Southwest Research Institute sur des clichés pris pour préparer la nouvelle mission d'exploration lointaine du système solaire, New Horizons. Leur existence fut confirmée par l'examen de photographies prises par le télescope spatial Hubble et datant du 14 juin 2002.

D'après les premières observations, le demi-grand axe de l'orbite de Nix mesure 49 000 km et celui de l'orbite d'Hydra 65 000 km. Les deux satellites semblent orbiter dans le sens prograde dans le même plan que Charon et sont deux et trois fois plus éloignés que celui-ci, avec une résonance orbitale proche de (mais pas égale à) 4:1 et 6:1.

Les observations se poursuivent pour déterminer les caractéristiques des deux astres. Hydra est parfois plus brillant que Nix, soit parce qu'il est plus grand, soit parce que la luminosité de sa surface varie suivant les zones. Le spectre des satellites est similaire à celui de Charon, ce qui suggère un albédo similaire d'environ 0,35 ; dans ce cas, le diamètre de Nix est estimé à 46 km et celui d'Hydra à 61 km. Une limite supérieure peut être déterminée en supposant un albédo de 0,04 similaire aux objets les plus sombres de la ceinture de Kuiper : 137 ± 11 km pour Nix et 167 ± 10 km pour Hydra. Dans ce cas, la masse des satellites serait 0,3 % de celle de Charon (0,03 % de la masse de Pluton)^[20].

Autres satellites possibles

Les observations effectuées par le télescope spatial Hubble ont placé des limites quant à l'existence de satellites additionnels dans le système plutonien. Avec une probabilité de 90 %, aucune lune de plus de 12 km et d'un albédo similaire à celui de Charon (soit 0,38) n'existe dans une zone de 5" autour de Pluton. Pour un albédo plus sombre de 0,041, cette limite est portée à 37 km. Avec une probabilité de 50 %, cette limite descend à 8 km^[21].

Anneaux éventuels

Dans un article publié dans la revue Nature^[18], une équipe de scientifiques américains conduite par S. Stern (du Southwest Research Institute) a annoncé que Nix et Hydra se sont très probablement formées lors du même impact géant qui a donné naissance à Charon.

L'équipe a émis l'hypothèse que d'autres grands objets binaires de la ceinture de Kuiper pourraient également abriter de petites lunes et que celles qui gravitent autour de Pluton pourraient générer des anneaux de débris autour de la planète naine.

À l'heure actuelle, les données provenant de la caméra de prospection avancée du télescope spatial Hubble suggèrent qu'aucun anneau n'existe. Dans le cas contraire, il s'agit d'un anneau ténu comme ceux de Jupiter ou de moins de 1 000 km de large^[22].

Annexes

Articles connexes

• (136199) Éris
• Ceinture de Kuiper
• Éclipse solaire sur Pluton
• Fomalhaut (Charles Nicoullaud)
• Objet transneptunien
• Planète
• Plutino
• Plutoïde
• Colonisation de Pluton

Bibliographie

• Alain Doressoundiram et Emmanuel Lellouch, Aux Confins du système solaire, 2008 [détail des éditions] 

Liens externes

• (en) Caractéristiques et simulation d'orbite sur la page Small-Body Database du JPL [java]
• (fr) Caractéristiques de Pluton sur le site de l'IMCCE
• (fr) Cnes - Pluton n’a plus le statut de planète
• (fr) Le système solaire - Pluton
• (fr) Pourquoi Pluton n'est plus une planète ?
• (fr) Pluton, planète naine (podcast)

Notes et références

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