La planète Pluton

Pluton est la neuvième planète du système solaire. Elle a été découverte en 1930 par Clyde W. Tombaugh. Comme Pluton est la plus petite planète du système solaire et que son orbite est très excentrique, sa désignation en tant que « planète » à proprement parler fait débat.

L'orbite de Pluton est très inclinée et fortement elliptique, ce qui l'amène périodiquement à être plus proche du Soleil que Neptune (ce fut le cas entre 1979 et 1999). L'inclinaison de l'orbite de Pluton l'empêche en fait de croiser celle de Neptune. De plus, les deux corps sont en résonance 3:2 : pendant que Neptune effectue trois révolutions autour du Soleil, Pluton en réalise deux. Neptune « dépasse » toujours Pluton quand celui-ci est à son aphélie. Lorsque Pluton est au périhélie, Neptune a pris environ 90° d'avance sur Pluton. En conséquence, Neptune et Pluton ne s'approchent jamais à moins de 2,5 Tm (2,5 milliards de km) et les deux astres ne peuvent jamais entrer en collision.

Cette résonance orbitale est stable : une perturbation de l'orbite de Pluton serait corrigée par l'attraction de Neptune. Les objets transneptuniens dont l'orbite est en résonance semblable sont catégorisés comme plutinos.

L'orbite de Pluton étant très excentrique, elle croise celle de nombreux autres objets (dont Neptune) ; 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).

Avec un diamètre de 2 302 km et une masse de 1,314×1022 kg, 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.

La composition interne de Pluton est pour l'instant inconnue. S'il y a eu différentiation, il pourrait y avoir un noyau rocheux. Sur sa surface, de la glace de méthane (CH4) a été détectée aux pôles par télescopie infrarouge, en calottes dont la taille varie selon l'éloignement de la planète par rapport au Soleil.

Une mince atmosphère de 0,15 Pa a été mesurée en 1988 lors du passage de Pluton devant une étoile. Cette atmosphère pourrait n'exister que lorsque la planète est à son périhélie et geler lorsqu'elle s'éloigne du Soleil. Elle serait composée d'azote (N2) à 90 % et de monoxyde de carbone (CO) à 10 %, avec des traces de méthane (CH4).

En 2003, une autre occultation stellaire par Pluton a été observée par plusieurs équipes dirigées par Bruno Sicardy [1] et Jim Elliot. 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 serait 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 de la calotte polaire sud. Cet excès d'azote devrait mettre vraisemblablement des décennies avant de se condenser à l'autre pôle.

Pluton possède trois satellites naturels, le plus grand étant Charon qui fut identifié dès 1978. Deux satellites plus petits et pour l'instant sans nom officiel, autre que le code de l'UAI, ont été découverts en 2005.

Charon fut découvert en 1978. 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). C'est le seul cas de système planétaire possédant cette caractéristique dans tout le système solaire. Pluton et Charon sont également en rotation synchrone toutes les deux : Charon présente toujours la même face à Pluton et Pluton la même face à Charon. À noter que certains astéroïdes binaires possèdent aussi ces deux traits, et que le barycentre de Jupiter et du Soleil est au-delà de la surface de ce dernier.

La découverte de Charon permit de mesurer la masse du système double. Une masse inférieure aux estimations précédentes a été déterminée.

Cette découverte a également amené les astronomes à revoir leur estimation sur la taille de Pluton. À l'origine, on pensait que Pluton était plus grande que Mercure 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.

Par ailleurs, l'albédo de Pluton a dû aussi être recalculé et revu à la hausse puisque la planète maintenant observée était 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, mais on pense aujourd'hui que Pluton n'a jamais fait partie des satellites de Neptune. L'orbite rétrograde de Triton laisse penser que celui-ci était à l'origine un objet indépendant, comme Pluton, et qui fut capturé par Neptune. Triton semble également partager certaines caractéristiques atmosphériques et géologiques avec Pluton.

Pluton semble posséder deux autres satellites, qui furent photographiés le 15 mai 2005 lors d'une campagne d'observation du télescope spatial Hubble et ont reçu les désignations provisoires S/2005 P 1 et S/2005 P 2. Ils ont été vus 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 Hubble et datant du 14 juin 2002. Compte tenu de la résolution du télescope, Pluton ne semble pas posséder d'autre satellite d'une taille supérieure à 15 km.

D'après les premières observations, le demi-grand axe de S/2005 P 2 mesure 49 000 km et celui de S/2005 P 1 65 000 km. Les deux satellites semblent orbiter dans le même plan que Charon et sont deux et trois fois plus éloignés que celui-ci, avec une résonance orbitale de 4:1 et 6:1.

Les deux objets possèderaient un diamètre d'environ 100 à 150 km et une masse estimée à 0,3% de celle de Charon (0,03% de la masse de Pluton).

Les éléments orbitaux de ces satellites doivent cependant être confirmés, ce qui devrait être fait en février 2006. Si cette confirmation a lieu, l'Union astronomique internationale pourra donner définitivement un nom aux deux satellites.
Dans un article publié dans la revue Nature, une équipe de scientifiques américains conduite par le Dr. S. Alan Stern du SwRI (Southwest Research Institute), annonce que les deux petites lunes récemment découvertes de Pluton se sont très probablement formées lors du même impact géant qui a donné naissance à Charon, l'autre satellite de Pluton.

L'équipe soutient également 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.

Du fait de la grande distance séparant la Terre de Pluton et qu'aucune sonde spatiale n'ait jamais survolé la planète, on ne sait que très peu de choses à son sujet. La NASA a lancé en janvier 2006 la sonde « New Horizons », du nom du projet lancé en 2001 et dirigé par le Southwest Research Institute. Le survol de Pluton est prévu pour l'été 2015 après un voyage de 6.4 milliards de kilomètres. 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 en 2022.

Pluton fut découvert en 1930 lors de la recherche d'un corps céleste permettant d'expliquer les perturbations orbitales d'Uranus et 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 2000 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 pour la découverte de cette dernière, en étudiant son orbite, mais les instruments de l'époque ne permettant pas de mesurer les anomalies de son orbite, il devra 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 donnera rien de concluant. 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 « 0 » de deux masses terrestres, d'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, mais des problèmes d'héritage avec sa femme vont finir 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 ! Il s'agit bien d'une neuvième planète.

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 (Unicode : ♇). Le nom fut suggéré par Venetia Burney, une jeune fille de onze ans d'Oxford, en Angleterre.

Une fois découvert, Pluton était si lointain que son diamètre ne pouvait être déterminé avec précision, bien que sa faible luminosité et son absence de disque apparent laissait présager un corps trop petit pour pouvoir être l'astre en question.

Charon, son satellite, est découvert en 1978. Il permettra de résoudre bien des problèmes quant à sa masse et à sa taille.

Compte-tenu de la distance de Pluton, on peut maintenant reconnaître que sa découverte tient autant de la chance que du travail d'exploration systématique de Tombaugh. Celui-ci poursuivit ses recherches pendant 13 ans , qui le laisseront penser qu'aucune autre planète d'une magnitude comparable n'existe dans le système solaire.

Pluton a été découverte en 1930 alors que l'on était à la recherche d'un corps suffisamment massif pour expliquer les irrégularités observées dans les orbites d'Uranus et Neptune. Une fois trouvée, son faible éclat et l'impossibilité de distinguer un disque net jettent très tôt le doute sur l'idée que Pluton soit la planète X que Lowell recherchait.

Les décennies suivantes, la taille et la masse de Pluton furent systématiquement revues à la baisse à chaque progrès technique sur les instruments d'observation et d'imagerie. Afin de réconcilier la petite taille de Pluton avec la planète X, en contradiction avec les caractéristiques qu'elle devait posséder, on proposa la théorie de la 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.

Ces incertitudes ont finalement été résolues par la découverte de son satellite Charon en 1978. 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 à ce que l'on pensait, et lorsqu'on prend en compte cette nouvelle masse, on ne constate plus que de petites divergences dans les mouvements des planètes Uranus et Neptune. Il serait probablement possible de lever le doute quant à elles (erreurs d'observation ou pas ?) en reprenant complètement les observations de Neptune avec des instruments bien plus précis, mais cela a un coût et ne constitue pas un objectif majeur de la recherche scientifique.

Décidément, Pluton est une mauvaise candidate pour être la planète X. Ainsi sa découverte n'était qu'une coïncidence puisqu'elle ne joue aucun des rôles qu'on lui avait attribués, à savoir expliquer les irrégularités des trajectoires de Neptune et d'Uranus.

Alors que le doute sur le fait que Pluton soit la planète X recherchée fut jeté très tôt après sa découverte et suscita de nombreux débats pendant plusieurs décennies, certains ont pensé à une hypothétique dixième planète, et pourquoi pas aussi une onzième, qui serait la réelle planète X supposée causer les perturbations des mouvements d'Uranus et Neptune, ainsi que ceux des comètes.

Découverte en janvier 2005 par l'Américain Michael E. Brown, 2003 UB313 a un diamètre de plus de 3000 km, soit quasiment celui de la Lune (3476 km), et donc plus que les 2350 km de Pluton. Corps céleste du système solaire le plus important depuis la découverte de Neptune en 1846, 2003 UB313 pourrait donc reléguer Pluton au 10 rang des planètes en orbite autour du Soleil. Son orbite forme une ellipse (avec une forte inclinaison de 45 degrés) que le corps parcourt en 557 années. Lors de sa découverte il était à 97 unités astronomiques de notre étoile, soit trois fois plus loin que Pluton, ce qui rend les mesures difficiles.

Aujourd'hui certains scientifiques remettent en cause le statut de planète de Pluton. Selon eux, il est possible que Charon, Pluton et Triton (le plus gros satellite de Neptune), soient trois anciens astéroïdes de la ceinture de Kuiper qui en auraient été extraits par la planète géante. Leur composition (roche et glace) irait d'ailleurs en faveur de cette hypothèse. Cela ferait alors de Pluton, qui est pourtant plus petit que la Lune par exemple, l'objet le plus gros et le plus brillant de la ceinture de Kuiper.

Certains scientifiques proposent de rétrograder Pluton du statut de planète à celui de planète mineure ou d'objet transneptunien. D'autres, comme Brian Marsden du Minor Planet Center, suggèrent de lui donner à la fois les deux statuts, en raison de son importance historique et de sa découverte. Marsden annonça le 3 février 1999 que Pluton serait classé comme le 10 000e objet de son 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. Mais l'Union astronomique internationale va mettre les points sur les i : Pluton ne sera pas déclassé du rang de planète majeure tant qu'il n'y aura pas de preuves réellement convaincantes. Elle reste donc par convention désignée comme la neuvième planète du système solaire.

Il est intéressant de noter que, historiquement, les quatre premiers astéroïdes découverts ((1) Cérès, (2) Pallas, (3) Junon et (4) Vesta) furent considérés comme des planètes pendant plusieurs décennies (leurs dimensions n'étaient pas vraiment connues à l'époque). Certains textes astronomiques du début du XIXe 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 ». Peut-être qu'à l'avenir Pluton connaîtra le même sort que ces astéroïdes...