Pluton, mystères et boule de glace

La sonde New Horizons a à peine commencé à livrer les données captées auprès de la planète naine que déjà fleurissent les énigmes sur son âge et son activité.

En survolant Pluton à la mi-juillet, la sonde New Horizons de la NASA a surpris les astrophysiciens. En révélant une planète naine «géologiquement active, aux surfaces jeunes soumises à une érosion glaciaire spectaculaire», explique l’astrophysicien François Forget (1), membre de l’équipe scientifique de la sonde. Pourtant, précise-t-il, « nous ne disposons que de 5 % des informations recueillies par la sonde ». Les images prises lors de ce survol à grande vitesse – près de 14 km/s relativement à la planète naine, dont elle s’est approchée au plus près à 11 000 kilomètres – ne sont pas encore toutes parvenues sur Terre. Il faudra en effet seize mois pour les recevoir dans leur intégralité, au rythme de 2 000 bits par seconde, un débit ridicule pour un internaute terrien.

Mais celles déjà recueillies par les ingénieurs de la NASA révèlent de nombreuses surprises sur cette planète naine – c’est le statut de Pluton, déchue en 2006 du titre de planète en raison de son incapacité à « nettoyer » son orbite des petits corps qui y traînent. Un monde bien plus varié, et surtout géologiquement actif, que ce que pouvaient laisser penser les images de mauvaise qualité réalisées par des télescopes terrestres depuis sa découverte, en 1930, par l’Américain Clyde Tombaugh.

Que voit-on sur ces images ? Des montagnes, culminant à 3 500 mètres. Mais des montagnes souvent couvertes de glaces de méthane, d’azote ou d’eau. Des glaces « qui se comportent comme des roches et des cailloux », précise Forget, en raison des températures qui règnent sur Pluton, d’environ – 220°C. Des reliefs soumis à « une érosion glaciaire très forte », explique Forget, qui les compare à ceux du nord du Groënland.

Pluton New Horizon 13/07/2015

Pluton photographiée par New Horizons le 13 juillet (Source : NASA)

Les plaines de Pluton sont par ailleurs étrangement pauvres en cratères d’impact de météorites. En particulier dans le vaste espace en forme de cœur baptisé région Tombaugh. Une région où l’on observe des « structures géologiques polygonales sans équivalent à cette échelle sur Terre, avec de la glace de monoxyde de carbone »fraîche » ». « Elles pourraient provenir d’une convection qui renouvellerait régulièrement la surface », avance François Forget. L’atmosphère est quant à elle trop ténue pour protéger Pluton des météorites en les consumant. Surtout composée de méthane, elle s’étend jusqu’à 130 km d’altitude. Mais ses variations de pressions entre les mesures réalisées depuis la Terre – 20 microbars – et celle effectuée par la sonde – 5 microbars – sont fortes… et mystérieuses. Au point que Forget soupçonne une « erreur » quelque part. Surtout qu’elle pourrait ne s’être formée que dans les années 1990, lorsque Pluton se trouvait à son plus faible éloignement du Soleil, à 4,4 milliards de kilomètres. Une opportunité qui intervient tous les 248 ans sur son orbite qui peut l’éloigner jusqu’à 7,4 milliards de kilomètres de l’étoile. Paradoxe : si les planétologues disposent à présent d’informations beaucoup plus précises, ils se posent encore plus de questions qu’avant le passage de New Horizons. La première de ces questions porte sur l’énigme majeure qui vient d’être découverte : l’incroyable jeunesse de la surface de Pluton. Le faible nombre de cratères d’impact dans certaines régions implique une activité géologique qui en renouvelle la surface. Les structures polygonales de la région Tombaugh, si elles proviennent bien d’un mouvement de convection, l’impliquent également, comme l’aspect juvénile général de cette zone et les montagnes de glace dont la formation semble remonter à cent millions d’années au plus. Une paille au regard des plus de 4 milliards d’années de la planète naine… du moins si cette dernière s’est bien formée à la même époque que le Soleil ou la Terre.

Mais d’où pourrait provenir l’énergie nécessaire à cette activité géologique rajeunissante ? Il existe dans notre système solaire d’autres corps, d’une taille similaire et couverts de glace, qui montrent une forte activité géologique. C’est le cas d’Encelade et Europe, satellites de Saturne et de Jupiter. Mais ces derniers sont alimentés par les forces des marées dont ils sont secoués en raison de la proximité des planètes géantes.

Encore plus étrange avec la lune de Pluton, Charon, détectée en 1978 seulement. Pourtant plus petite, avec 1 200 km de diamètre contre 2 400 pour Pluton, elle exhibe aussi une surface pauvre en cratères d’impact. Et marquée par un canyon profond par endroits de 9 km et des falaises longues de plus de 1 000 km. Là aussi, l’origine de l’énergie nécessaire à une telle activité géologique constitue un mystère. Une source d’énergie possible aurait été l’interaction gravitationnelle entre Pluton et Charon, qui aurait pu provoquer un effet de marée, comme dans le cas de la Lune et de la Terre. « Mais cela n’est pas possible entre Pluton et Charon, puisque ces deux planètes sont en synchronisation parfaite, explique Sylvestre Maurice, de l’Institut de recherche en astrophysique et planétologie de Toulouse (CNRS). Leurs vitesses de rotation sur elles-mêmes et de révolution autour du barycentre du système double qu’elles constituent sont telles qu’elles se montrent l’une l’autre toujours la même face. »

Le plus simple est d’imaginer que le refroidissement de la planète est très lent, c’est -à-dire avec une conduction et un transport d’énergie du centre vers la surface ralentis par sa composition, un tiers de glace d’eau. Mais, devant cette énigme, François Forget spécule dans une autre direction. « Imaginons que la collision entre deux corps qui a débouché sur la formation du couple Pluton-Charon n’ait pas eu lieu lors de la formation du Système solaire, mais beaucoup plus tard », avance-t-il. Dans ce cas, l’énergie de la collision serait encore disponible pour expliquer l’apparence juvénile des deux astres. Surtout qu’il faudrait y ajouter celle provenant de la synchronisation des deux astres, avec le ralentissement de leurs rotations.

Le survol de Pluton par New Horizons confirme en tout cas une règle respectée par chaque exploration nouvelle du Système solaire par des sondes spatiales : surprises et diversité sont toujours au rendez-vous.

Ces découvertes inattendues relancent l’intérêt des planétologues pour les petits « objets transneptuniens » du Système solaire, parmi lesquels des planètes naines, en nombre encore inconnu. Pluton et Charon font partie de la ceinture de Kuiper, où se trouveraient des dizaines de milliers d’astres de plus de 100 km de diamètre. Comme les planètes naines Makémaké et Hauméa (découvertes en 2005). Au-delà de la ceinture de Kuiper, on trouve Eris, similaire en taille et masse à Pluton, ou Sedna, découverte en 2003, dont l’orbite est très elliptique et l’emporte jusqu’à près de 1 000 fois la distance Soleil-Terre. On trouve aussi là les prémices du nuage de Oort, le réservoir de milliards de comètes qui entoure le système solaire.

La sonde New Horizons, lancée en 2006, a donc fonctionné comme l’espéraient les astrophysiciens, malgré son long voyage. Elle dispose toujours d’énergie à bord, alimentée par son générateur au plutonium. Pas grand-chose, environ 190 W. En revanche, elle ne peut ni accélérer ni freiner, tout juste effectuer des petites corrections de trajectoire qui, sur une longue distance, permettent de viser un autre objet de la ceinture de Kuiper. Les astronavigateurs de la sonde hésitent encore entre deux cibles, découvertes en 2014 par le télescope spatial Hubble. La cible choisie sera survolée en 2019. Ensuite, la sonde continuera sa route, et pourrait fonctionner jusqu’en 2024.

Source : Libération

Vous pouvez consulter, sur le site d’Archipel des Sciences, les expositions « Initiation à l’astronomie » et « Promenade spatiale au fil des ondes« , ainsi que la page Astronomie/Physique.

(1) Laboratoire de météorologie dynamique (CNRS, Université Pierre-et-Marie-Curie, Institut Pierre-Simon-Laplace).

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