La découverte de Pluton
Il y a près de quatre-vingts ans, un astronome travaillant à l’observatoire Lowell, aux États-Unis, a fait une découverte qui allait finalement initier un changement radical dans la façon dont nous regardons notre système solaire. Le jeune astronome était Clyde Tombaugh, un assistant d’observation travaillant à l’observatoire rendu célèbre par le grand astronome Percival Lowell. Tombaugh poursuivait la recherche d’une planète insaisissable – la planète X – dont Lowell avait cru (à tort) qu’elle était responsable de la perturbation des orbites d’Uranus et de Neptune.
Au bout d’un an, après avoir passé de nombreuses nuits au télescope à exposer des plaques photographiques et des mois à les scruter fastidieusement à la recherche de signes d’une planète, Tombaugh vit ce qu’il cherchait. Vers 16 heures, dans l’après-midi du 18 février 1930, Tombaugh a commencé à comparer deux plaques prises en janvier de la même année, montrant une région de la constellation des Gémeaux. Alors qu’il passait d’une plaque à l’autre, essayant de voir si quelque chose bougeait légèrement entre les deux (le signe révélateur de la planète qu’il recherchait), il a repéré quelque chose. Dans une partie de l’image, un petit objet bouge de quelques millimètres lorsqu’il passe d’une plaque à l’autre. Tombaugh a trouvé sa nouvelle planète ! (Stern & Mitton, 2005)
Le paysage changeant du système solaire
L’objet que Tombaugh avait découvert fut nommé Pluton, un nom officiellement adopté par la Société américaine d’astronomie, la Société royale d’astronomie du Royaume-Uni et l’UAI. C’est un monde glacial, situé à des milliards de kilomètres de la Terre, et 30 fois moins massif que la plus petite planète connue à l’époque, Mercure. Mais Pluton n’était pas seule. On a découvert qu’elle avait cinq satellites. Le plus grand, Charon, a été découvert en 1978. Les quatre plus petits ont été découverts à l’aide du télescope spatial Hubble en 2005, 2011 et 2012 et officiellement nommés Nix, Hydra, début 2006 (en savoir plus) , Kerberos et Styx en 2013 (en savoir plus) par l’UAI.
La vision du paysage de notre système solaire a commencé à changer le 30 août 1992 avec la découverte par David Jewitt et Jane Luu de l’Université d’Hawaï du premier de plus de 1000 objets désormais connus orbitant au-delà de Neptune dans ce qui est souvent appelé la région transneptunienne. Plus généralement, ces corps sont souvent simplement qualifiés d’objets transneptuniens (TNO).
Avec la découverte d’un si grand nombre d’objets transneptuniens, il semblait inévitable d’en trouver un ou plusieurs rivalisant avec Pluton en termes de taille. Dans la nuit du 21 octobre 2003, Mike Brown de Caltech, Chad Trujillo de l’observatoire Gemini et David Rabinowitz de l’université de Yale utilisaient un télescope et une caméra à l’observatoire Palomar aux États-Unis pour rechercher le bord du système solaire. Cette nuit-là, ils ont imagé une région du ciel montrant un objet en mouvement par rapport aux étoiles de fond. Une analyse ultérieure a montré qu’ils avaient découvert un autre monde froid, d’environ 2500 km de diamètre, en orbite autour du Soleil. Des observations ultérieures ont montré que le nouvel objet, initialement nommé 2003 UB313 selon le protocole de l’Union astronomique internationale sur la désignation initiale de tels objets, était plus massif que Pluton et qu’il avait lui aussi un satellite (en savoir plus). Avec un objet plus grand et plus massif que Pluton désormais au-delà de Neptune et toujours plus de ces objets trans-neptuniens découverts, les astronomes commençaient à se demander : « Qu’est-ce qui constitue au juste une planète ? »
Une nouvelle classe d’objets et comment définir une planète
L’UAI est responsable de la dénomination et de la nomenclature des corps planétaires et de leurs satellites depuis le début des années 1900. Comme l’explique le professeur Ron Ekers, ancien président de l’UAI :
Ces décisions et recommandations ne sont pas applicables par une loi nationale ou internationale ; elles établissent plutôt des conventions qui sont censées aider notre compréhension des objets et processus astronomiques. Par conséquent, les recommandations de l’AIU doivent reposer sur des faits scientifiques bien établis et faire l’objet d’un large consensus dans la communauté concernée.(lire l’article complet en page 16 du journal de l’AG de l’AIU)
L’AIU a décidé de créer un comité pour recueillir les avis d’un large éventail d’intérêts scientifiques, avec la contribution d’astronomes professionnels, de planétologues, d’historiens, d’éditeurs scientifiques, d’écrivains et d’éducateurs. C’est ainsi que le Comité de définition des planètes du Comité exécutif de l’AIU a été formé et a rapidement préparé un projet de résolution à soumettre aux membres de l’AIU. Après la réunion finale à Paris, le projet de résolution a été achevé. Un aspect crucial de la résolution est décrit par le professeur Owen Gingerich, président du comité de définition des planètes de l’UAI : « Du point de vue scientifique, nous voulions éviter les seuils arbitraires simplement basés sur les distances, les périodes, les magnitudes ou les objets voisins ». (lire la suite dans le journal de l’AG de l’UAI, à partir de la page 16 du PDF)
La résolution finale
La première ébauche de proposition pour la définition d’une planète a été débattue vigoureusement par les astronomes lors de l’Assemblée générale de l’UAI de 2006 à Prague et une nouvelle version a lentement pris forme. Cette nouvelle version était plus acceptable pour la majorité et a été soumise au vote des membres de l’UAI lors de la cérémonie de clôture le 24 août 2006. A la fin de l’Assemblée générale de Prague, ses membres ont voté que la résolution B5 sur la définition d’une planète dans le système solaire serait la suivante :
Un corps céleste qui (a) est en orbite autour du Soleil, (b) a une masse suffisante pour que son autogravité surmonte les forces des corps rigides de sorte qu’il prenne une forme d’équilibre hydrostatique (presque ronde), et (c) a dégagé le voisinage de son orbite.
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Planètes naines, plutoïdes et le système solaire aujourd’hui
La résolution de l’UAI signifie que le système solaire est officiellement composé de huit planètes : Mercure, Vénus, la Terre, Mars, Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune. Une nouvelle classe distincte d’objets appelés planètes naines a également été décidée. Il a été convenu que les planètes et les planètes naines sont deux classes d’objets distinctes. Les premiers membres de la catégorie des planètes naines sont Cérès, Pluton et Eris, anciennement connu sous le nom de 2003 UB313. Eris a été nommé après l’assemblée générale de l’UAI en 2006 (en savoir plus) Eris est le dieu grec de la discorde et des querelles, un nom que le découvreur Mike Brown a trouvé approprié à la lumière de l’agitation académique qui a suivi sa découverte.
La planète naine Pluton est reconnue comme un prototype important d’une nouvelle classe d’objets trans-neptuniens. L’UAI a donné une nouvelle dénomination à ces objets : les plutoïdes.
Aujourd’hui, la résolution reste en place et témoigne de la nature fluide de la science et de la façon dont notre vision de l’Univers continue d’évoluer avec les changements apportés par les observations, les mesures et la théorie.
Les dernières observations
Le 14 juillet 2015, la sonde New Horizons de la NASA est passée devant Pluton, fournissant de nombreux ensembles d’images, de spectroscopies et de données in situ qui ont considérablement modifié nos connaissances sur Pluton et son système de cinq lunes. Les images ont établi que Pluton est plus grande qu’Eris et qu’elle est le plus grand corps de la ceinture de Kuiper. Les images ont également révélé un paysage remarquable contenant une variété de formes de relief, y compris de larges plaines, des chaînes de montagnes de plusieurs kilomètres de haut, et des preuves de volcans.
La surface de Pluton est inhabituelle pour sa diversité de compositions et de couleurs de surface. Certaines régions sont aussi brillantes que de la neige et d’autres sont aussi sombres que du charbon de bois. L’imagerie couleur et la spectroscopie de composition ont révélé une distribution très complexe des glaces de surface, notamment l’azote, le monoxyde de carbone, l’eau et le méthane, ainsi que leurs sous-produits chimiques produits par radiolyse. Il a également été déterminé que certaines surfaces de Pluton sont complètement exemptes de cratères visibles, ce qui indique qu’elles ont été modifiées ou créées dans un passé récent. D’autres surfaces sont fortement cratérisées et semblent être extrêmement anciennes. Pluton est enveloppée d’une atmosphère froide, dominée par l’azote, qui contient une fine couche de brume très étendue d’environ 150 km d’épaisseur.
La grande lune de Pluton, Charon, présente une tectonique impressionnante et des preuves d’une composition hétérogène de la croûte, mais aucune preuve d’une atmosphère ; son pôle présente un terrain sombre déroutant. Aucun nouveau satellite n’a été détecté, ni d’anneaux. Les petits satellites Hydra et Nix ont des surfaces plus brillantes que prévu.
Ces résultats soulèvent des questions fondamentales sur la façon dont une petite planète froide peut rester active au cours de l’âge du système solaire. Ils démontrent que les planètes naines peuvent être tout aussi intéressantes scientifiquement que les planètes. Tout aussi important est le fait que les trois principaux corps de la ceinture de Kuiper visités par des engins spatiaux jusqu’à présent – Pluton, Charon et Triton – sont plus différents que semblables, témoignant de la diversité potentielle qui attend l’exploration de leur royaume.
Stern, A., & Mitton, J., 2005, Pluton et Charon : des mondes de glace à la limite du système solaire, Wiley-VCH 1997
Planètes, planètes naines et petits corps du système solaire
Questions et réponses
Q : Quelle est l’origine du mot planète ?
A : Le mot planète vient du mot grec signifiant « vagabond », ce qui signifie que les planètes étaient à l’origine définies comme des objets qui se déplaçaient dans le ciel nocturne par rapport au fond d’étoiles fixes.
Q : Pourquoi est-il nécessaire de donner une nouvelle définition au mot planète ?
A : La science moderne fournit beaucoup plus d’informations que le simple fait que les objets en orbite autour du Soleil semblent se déplacer par rapport au fond d’étoiles fixes. Par exemple, de nouvelles découvertes récentes ont été faites d’objets dans les régions extérieures de notre système solaire qui ont des tailles comparables et plus grandes que Pluton. Historiquement, Pluton a été reconnue comme la neuvième planète. Ainsi, ces découvertes ont légitimement remis en question le fait que les objets trans-neptuniens nouvellement découverts doivent également être considérés comme de nouvelles planètes.
Q : Comment les astronomes sont-ils parvenus à un consensus pour une nouvelle définition de la planète ?
A : Les astronomes du monde entier, sous les auspices de l’Union astronomique internationale, ont délibéré sur une nouvelle définition du mot planète pendant près de deux ans. Les résultats de ces délibérations ont été transmis à un comité de définition des planètes et finalement proposés à l’Assemblée générale de l’UAI. L’évolution continue de la définition par le biais de débats et de nouvelles discussions a permis d’aboutir à un consensus final et à un vote.
Q : Quels sont les nouveaux termes utilisés dans la définition officielle de l’UAI ?
A : Il y a trois nouveaux termes adoptés comme définitions officielles par l’UAI. Ces termes sont : planète, planète naine et petit corps du système solaire.
Q : En langage clair, quelle est la nouvelle définition de la planète ?
A : Une planète est un objet en orbite autour du Soleil qui est assez grand (assez massif) pour que son autogravité se tire dans une forme ronde (ou quasi-sphérique). De plus, l’orbite d’une planète suit une trajectoire claire autour du Soleil. Si un objet s’aventure près de l’orbite d’une planète, il entrera en collision avec celle-ci, et sera ainsi accrété, ou sera éjecté sur une autre orbite.
Q : Quel est le libellé exact de la définition officielle de la planète proposée par l’UAI ?
A : Une planète est un corps céleste qui (a) est en orbite autour du Soleil, (b) a une masse suffisante pour que son autogravité surmonte les forces des corps rigides de sorte qu’il prenne une forme d’équilibre hydrostatique (presque ronde), et (c) a dégagé le voisinage de son orbite.
Q : Un corps doit-il être parfaitement sphérique pour être appelé planète ?
A : Non. Par exemple, la rotation d’un corps peut légèrement déformer sa forme, de sorte qu’il n’est pas parfaitement sphérique. La Terre, par exemple, a un diamètre légèrement plus grand mesuré à l’équateur que mesuré aux pôles.
Q : Sur la base de cette nouvelle définition, combien de planètes y a-t-il dans notre système solaire ?
A : Il y a huit planètes dans notre système solaire ; Mercure, Vénus, Terre,Mars, Jupiter, Saturne, Uranus, Neptune. Mnémotechnique : *Ma mère très instruite vient de nous servir des nachos (Phyllis Lugger, *http://www.aas.org/cswa/bulletin.board/2006/08.25.06.html).
Q : Est-ce tout, seulement huit planètes ?
A : Non. En plus des huit planètes, il y a aussi cinq planètes naines connues. De nombreuses autres planètes naines sont susceptibles d’être découvertes prochainement.
Q : Qu’est-ce qu’une planète naine ?
A : Une planète naine est un objet en orbite autour du Soleil qui est assez grand (assez massif) pour que sa propre gravité l’entraîne dans une forme ronde (ou presque ronde). En général, une planète naine est plus petite que Mercure. Une planète naine peut également être en orbite dans une zone où se trouvent de nombreux autres objets. Par exemple, une orbite dans la ceinture d’astéroïdes est dans une zone avec beaucoup d’autres objets.
Q : Combien de planètes naines y a-t-il ?
A : Actuellement, il y a cinq objets acceptés comme planètes naines . Cérès, Pluton, Eris, Makemake et Haumea.
Q : Qu’est-ce que Cérès ?
A : Cérès est (ou maintenant nous pouvons dire qu’il était) le plus grand astéroïde, d’environ 1000 km de diamètre, orbitant dans la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. Cérès peut maintenant être considéré comme une planète naine, car on sait maintenant qu’il est assez grand (assez massif) pour avoir une auto-gravité qui lui donne une forme presque ronde. (Thomas, 2005) Cérès orbite à l’intérieur de la ceinture d’astéroïdes et est un exemple du cas d’un objet qui n’orbite pas dans une trajectoire claire. Il existe de nombreux autres astéroïdes qui peuvent s’approcher de la trajectoire orbitale de Cérès.
Q : Cérès n’était-il pas autrefois appelé un astéroïde ou une planète mineure ?
A : Historiquement, Cérès était appelée planète lorsqu’elle a été découverte pour la première fois en 1801, orbitant dans ce qu’on appelle la ceinture d’astéroïdes entre Mars et Jupiter. Au XIXe siècle, les astronomes n’ont pas pu déterminer la taille et la forme de Cérès, et comme de nombreux autres corps ont été découverts dans la même région, Cérès a perdu son statut de planète. Depuis plus d’un siècle, Cérès est qualifié d’astéroïde ou de planète mineure.
Q : Pourquoi Pluton est-il maintenant appelé une planète naine ?
A : Pluton appartient désormais à la catégorie des planètes naines en raison de sa taille et du fait qu’elle réside dans une zone d’autres objets de taille similaire connue sous le nom de région transneptunienne.
Q : Charon, le satellite de Pluton, est-il une planète naine ?
A : Pour l’instant, Charon est considéré comme étant simplement le satellite de Pluton. L’idée que Charon pourrait se qualifier pour être appelé une planète naine à part entière pourrait être considérée plus tard. Charon pourrait être considéré parce que Pluton et Charon sont de taille comparable et qu’ils sont en orbite l’un autour de l’autre, plutôt que d’être simplement un satellite en orbite autour d’une planète. Le plus important pour le cas de Charon en tant que planète naine est que le centre de gravité autour duquel Charon orbite n’est pas à l’intérieur du système primaire, Pluton. Au lieu de cela, ce centre de gravité, appelé le barycentre, réside dans l’espace libre entre Pluton et Charon.
Q : Jupiter et Saturne, par exemple, ont de grands satellites sphériques en orbite autour d’eux. Ces grands satellites sphériques doivent-ils désormais être appelés planètes naines ?
A : Non. Tous les grands satellites de Jupiter (par exemple, Europe) et de Saturne (par exemple, Titan) orbitent autour d’un centre de gravité commun (appelé « barycentre ») qui se trouve profondément à l’intérieur de leur planète massive. Indépendamment de la grande taille et des formes de ces corps en orbite, l’emplacement du barycentre à l’intérieur de la planète massive est ce qui définit les grands corps en orbite tels qu’Europe, Titan, etc. comme étant des satellites plutôt que des planètes.
Q : Qu’est-ce que 2003 UB313 ?
A : 2003 UB313 était un nom provisoire donné à un grand objet découvert en 2003 qui réside dans une orbite autour du Soleil au-delà de Neptune. Il est maintenant appelé Eris et est reconnu comme une planète naine.
Q : Pourquoi Eris est-elle une planète naine ?
A : Les images du télescope spatial Hubble ont résolu la taille d’Eris, montrant qu’elle est aussi grande, voire plus grande que Pluton, Brown (2006).Plus important encore, on a découvert qu’Eris avait un satellite, qui a ensuite été nommé Dysnomia, d’après le démon grec de l’anarchie qui était la fille d’Eris. En 2007, la masse d’Eris a été déterminée comme étant de (1,66 ± 0,02)×1022 kg, soit 27% de plus que Pluton, sur la base d’observations de l’orbite de Dysnomia. Eris orbite également dans la région transneptunienne – une région qui n’a pas été dégagée. Par conséquent, Eris est une planète naine.
Q : Comment appelle-t-on un objet qui est trop petit pour être soit une planète, soit une planète naine ?
A : Tous les objets qui orbitent autour du Soleil et qui sont trop petits (pas assez massifs) pour que leur propre gravité les attire dans une forme presque sphérique sont maintenant définis comme étant des petits corps du système solaire. Cette classe comprend actuellement la plupart des astéroïdes du système solaire, les objets géocroiseurs (NEO), les astéroïdes troyens de Mars et Jupiter, la plupart des Centaures, la plupart des objets trans-neptuniens (TNO) et les comètes.
Q : Qu’est-ce qu’un petit corps du système solaire ?
R : Le terme « petit corps du système solaire » est une nouvelle définition de l’UAI pour englober tous les objets en orbite autour du Soleil qui sont trop petits (pas suffisamment massifs) pour répondre à la définition de planète ou de planète naine.
Q : Le terme de planète mineure doit-il encore être utilisé ?
A : Le terme « planète mineure » peut encore être utilisé. Mais généralement, le terme de petit corps du système solaire sera préféré.
Q : Comment sera prise la décision officielle d’appeler ou non un objet nouvellement découvert une planète, une planète naine ou un corps du Système solaire ?
A : La décision sur la façon de classer les objets nouvellement découverts sera prise par un comité d’examen au sein de l’UAI. Le processus d’examen consistera à évaluer, sur la base des meilleures données disponibles, si les propriétés physiques de l’objet répondent ou non aux définitions. Il est probable que pour de nombreux objets, plusieurs années soient nécessaires pour rassembler suffisamment de données.
Q : Y a-t-il d’autres candidats planétaires actuellement envisagés ?
A : Non. Aucune ne semble probable dans notre système solaire. Mais il y a des découvertes de planètes à gogo autour d’autres étoiles.
Q : Y a-t-il d’autres candidats de planètes naines actuellement envisagés ?
A : Oui. Certains des plus gros astéroïdes peuvent être des candidats au statut de planète naine et quelques candidats supplémentaires à ce statut, au-delà de Neptune, seront bientôt considérés.
Q : Quand de nouvelles planètes naines supplémentaires seront-elles probablement annoncées ?
A : Probablement au cours des prochaines années.
Q : Combien de nouvelles planètes naines supplémentaires y aura-t-il probablement ?
A : Il pourrait y en avoir des dizaines ou peut-être même plus d’une centaine qui attendent d’être découvertes.
Q : Que sont les plutoïdes ?
A : Les plutoïdes sont des corps célestes en orbite autour du Soleil selon un demi-grand axe supérieur à celui de Neptune, qui ont une masse suffisante pour que leur autogravité surmonte les forces des corps rigides de sorte qu’ils prennent une forme en équilibre hydrostatique (quasi-sphérique), et qui n’ont pas dégagé le voisinage de leur orbite. Les satellites des plutoïdes ne sont pas eux-mêmes des plutoïdes, même s’ils sont suffisamment massifs pour que leur forme soit dictée par l’auto-gravité. Les deux plutoïdes connus et nommés sont Pluton et Eris. On s’attend à ce que d’autres plutoïdes soient nommés au fur et à mesure que la science progresse et que de nouvelles découvertes sont faites. (Lire la suite)
Q : Un satellite en orbite autour d’un plutoïde peut-il aussi être un plutoïde ?
A : Non, selon la résolution B5 de l’UAI, une planète naine ne peut pas être un satellite, même si elles sont suffisamment massives pour que leur forme soit dictée par l’auto-gravité.
(Lire la suite)