L’actualité de l’OAMP Le cours à l’Observatoire
Historique de Marseille
liens
Mis à jour
le 15/09/16
 Pluton et la ceinture de Kuiper
 

134340 Pluton

Cette dénomination est celle d’un astéroïde…

 

Carte d’identité
diamètre2.300 km
0,18 Terre
 demi grand-axe5.914 106 km
39 UA
aplatissement0excentricité0,25
période de rotation6 j 9 h 17 mninclinaison de l’orbite 17° 12′
inclinaison axe de rotation98° 18′année sidérale248 ans 244 j
diamètre angulaire< 1″vitesse orbitale4,7 km/s
masse1,29 1022 kg
0,002 Terre
révolution synodique366,74 j
= 1,004 ans
masse volumique2,07 g/cm3
0,37 Terre
jour solaire moyensemblable à Uranus
vitesse de libération1,1 km/salbédo0,5
pesanteur0,4 m/s/s
0,04 Terre
températuremin -236℃
max -236℃
nombre de satellites5atmosphèrepression -
-

Histoire

Pluton a été découverte en 1930, par Clyde Tombaugh.

Après le magnifique succès de la Mécanique Céleste, couronné par la découverte de Neptune, il était assez logique de continuer la recherche de nouvelles planètes, encore plus éloignées. La même méthode, par l’analyse fine du mouvement de Neptune, a été essayée, mais les résultats n’ont pas été suffisants pour mettre en évidence une nouvelle planète. C’est donc par hasard, bien qu’à la suite d’une patiente recherche systématique, que le nouvel objet a été aperçu.

Depuis la 26e assemblée générale de l’Union Astronomique Internationale d’août 2006, Pluton est désignée comme planète naine, et numérotée 134.340. On la désigne donc maintenant sous le terme "134.340 Pluton", comme 1 Céres.

A ce sujet, André Brahic nous fait remarquer que Jules César disait "il vaut mieux être le premier dans son village, que le second à Rome". Ainsi, Pluton a été promue au rang de Premier Objet de la Ceinture de Kuiper, alors qu’elle n’était avant que la neuvième planète…

Le système solaire comprenait : des planètes, des astéroïdes et des comètes. L’observation de Chiron en particulier, qui était un astéroïde, a montré qu’il pouvait développer une queue cométaire faible. La frontière entre les deux types d’objets venait de tomber. Maintenant, notre système contient donc : des planètes, des planètes naines et des petits corps.

Orbite

Pluton est plus lointaine que toutes les planètes principales, et elle est particulière à plus d’un titre ; son orbite est très elliptique, ce qui l’amène à vagabonder de 7 milliards de km à l’aphélie, à 4,5 milliards de km au périhélie. D’ailleurs, quand elle est au plus près du Soleil, elle en est plus proche que Neptune ; c’était le cas récemment depuis 1979, mais elle a recoupé l’orbite de Neptune en 1999, redevenant vraiment la planète la plus lointaine.

L’orbite de Pluton est tout à fait particulière :

Pour terminer, constatons que Pluton a son axe de rotation incliné de 122° sur l’orbite et, comme Uranus, elle roule sur son orbite.

Tout ceci fait beaucoup de particularités accumulées pour une seule planète ! Tous ces faits la mettent vraiment à part des autres planètes, et donnent à penser que Pluton ne s’est pas formée exactement de la même manière que les autres planètes. Mais l’histoire en reste là pour l’instant.

Si on considère les orbites de Neptune et Pluton en projection sur un plan (celui de l’écliptique), on a l’impression qu’elles se recoupent. Cette impression est très trompeuse. L’inclinaison très forte de l’orbite de Pluton fait que, lorsqu’elle se trouve proche de son périhélie (entre les deux points de croisement), elle est en fait très loin du plan de l’écliptique. La distance minimum entre les deux orbites est de plusieurs Unités Astronomiques. A son périhélie, Pluton est à 8 UA du plan de l’écliptique, et s’en éloigne encore plus, jusqu’à 13 UA, à son aphélie.

Losque Pluton est au voisinage de son aphélie, elle est doublée par Neptune, dont la vitesse est supérieure. Mais Pluton se trouve alors vers 49 UA du Soleil, et 13 UA au-dessus de l’écliptique. La distance entre Neptune et Pluton est donc très grande, et il n’y a aucune interaction gravitationelle significative.

Satellites

En 1978 on a trouvé un satellite à Pluton ; nommé Charon, son diamètre de 1.200 km vaut la moitié de celui de Pluton. C’est le plus gros satellite de tout le système solaire, en proportion à sa planète (encore une particularité…). La découverte d’un satellite est très importante, car l’application des lois de la mécanique céleste à son mouvement permet de déterminer précisément la masse de la planète, ce qui fut fait pour Pluton.

Mais le 31 octobre 2005, des images données par le télescope spatial ont montré la présence de deux nouveaux objets proches de Pluton. Il s’agit de deux satellites jusqu’alors inconnus. Provisoirement nommés S/2005 P1 et S/2005 P2, ils orbitent autour de Pluton à une distance de 2 à 3 fois supérieure à celle de Charon.

 

Ces deux objets sont 5.000 fois moins lumineux que Pluton…
Ils ont été nommés Nix et Hydra.

Cette photo montre les deux satellites, alors qu’ils n’avaient pas encore reçu
leurs dénominations définitives. S/2005 P1 est Hydra, et S/2005 P2 est Nix.

 

NASA, ESA, H. Weaver (JHU/APL), A. Stern (SwRI), and the HST Pluto Companion Search Team

En 2011, un quatrième satellite de Pluton a été découvert par le télescope spatial :

Cette photo est composite, car le nouveau satellite est beaucoup moins brillant que Pluton. Sur une photo exposée pour montrer Pluton, il serait invisible, et sur une photo exposée pour lui, Pluton serait complètement surexposé. C’est pourquoi on distingue une bande sombre verticale, qui correspond à la photo peu exposée de Pluton et Charon. Le reste de l’image est pris avec un temps de pose bien plus long, qui permet d’atteindre le nouveau satellite. Les lignes brillantes en croix sont des artefacts, dus au télescope. Les taches bleues éparpillées sont du bruit, produites par des électrons aléatoires dans le matériau de la caméra elle-même, à cause de très long temps de pose.

Le nouveau satellite est petit, son diamètre étant estimé entre 13 et 34 kilomètres. Il est de plus bien sombre, ce qui lui donne un éclat très faible. Et l’ensemble est à quelques 5 milliards de kilomètres de nous. Le voisinage de Pluton se montre finalement plus encombré que ce que l’on croyait. Dans l’hypothèse où nous aurions maintenant fait le tour de la question, ce serait un objet de plus à observer grâce à la sonde New Horizons, qui doit passer à proximité en 2015. Mais il ne faudrait pas que de nombreux corps plus petits, non détectables aujourd’hui, se trouvent encore à proximité de Pluton, car la sonde risquerait de ne pas y résister…

Et justement, en juillet 2012, un cinquième satellite, encore plus petit et moins brillant, a encore été observé :

L’UAI a décidé de nommer P5 Styx, et P4 Kerberos. Par ordre de distance croissante à Pluton, les satellites sont donc : Charon, Styx, Nix, Kerberos et Hydra.

Le globe

Le peu qu’on sache de Pluton est qu’elle est de petite taille, plus petite que Mercure (elle n’en fait pas la moitié), avec un diamètre de 2.300 km. Du fait de sa taille et de son éloignement, elle est très faible et il faut untélescope de plus de 20 cm pour espérer la percevoir. Encore faut-il savoir exactement où elle se trouve, sinon il est impossible de la distinguer des étoiles. Et son déplacement sur le ciel est si lent, qu’il ne peut la mettre en évidence qu’au bout d’un temps très long.

Sa température moyenne est de -236 ℃.

L’échec de la méthode des perturbations pour trouver la planète montre que sa masse est faible, mais ne permet justement pas de la déterminer précisément.

L’observation de l’orbite de Charon a permis de déterminer la masse de Pluton : elle atteint à peine le 500e de la masse de la Terre. C’est presque 30 fois moins massif que Mercure, la moins massive des autres planètes ; de plus en plus étrange.

Connaissant sa masse et son diamètre, on a pu en déduire sa masse volumique, qui est de 2,07 g/cm3. Cette faible valeur incite à penser que Pluton est recouverte d’une épaisse couche de glace de méthane (ce qui est confirmé par spectroscopie), et la rapprocherait plus des comètes que des planètes. Si on compare aux autres planètes, elle est très au-dessous de la masse volumique des planètes telluriques (moyenne 5,2), et au-dessus de celle des trois premières géantes. Seule Uranus présente une masse volumique légèrement plus élevée : 2,2 g/cm3. Mais les quatre planètes géantes sont essentiellement gazeuses, alors que Pluton ne retient qu’une vague trace d’atmosphère. Dans le cas des planètes géantes, la masse volumique représente une moyenne entre le noyau dense, et l’atmosphère très légère, alors que pour Pluton il s’agit de la masse volumique du corps solide uniquement. Ce qui ne peut s’expliquer que par des matériaux solides beaucoup plus légers que ceux qui constituent les autres planètes.

On sait que la surface de Pluton n’est pas uniforme, par l’observation de la courbe de lumière dans le visible. Le télescope spatial a même donné des images de cette surface, avec une définition très mauvaise due à la distance :


Pluton et Charon photo Marc W. Buie/Lowell Observatory

Sur ces photos, les faces visibles sont celles qui se font face dans l’espace. On distingue bien les irrégularités de surface, qui se traduisent par des variations de brillance.

Une étude française de mai 2000 a montré des variations de température superficielle. L’intrument ISOPHOT du satellite ISO (European Space Agency) a permi de déterminer pour la première fois la courbe de lumière du couple Pluton-Charon dans l’infra-rouge. Cette courbe montre des variations semblables à celle du visible, mais en opposition de phase : les parties brillantes de Pluton sont les plus froides !

La brillance maximum se trouve à la longitude 220°, et le minimum infrarouge est à 240° ; la brillance minimum est à 100°, et le maximum IR est à 80°. Cette opposition s’explique parfaitement : les couleurs sombres absorbent davantage la chaleur. Le sol plus chaud émet davantage d’infra-rouge. La différence de température atteint 25° entre ces deux points.

L’opposition n’est toutefois pas parfaite : on note un décalage entre le maximum d’une courbe et le minimum de l’autre. Ce décalage est dû à l’inertie thermique du sol de Pluton. Sa valeur nous donne donc un renseignement sur la texture du sol : la région la plus sombre de celui-ci devrait être poreuse.

L’atmosphère

Pluton possède une très légère atmosphère, dont la pression est le 1/100.000e de celle de la Terre. De plus, l’orbite étant très excentrique, la température varie du périhélie à l’aphélie, suffisament pour qu’une partie de l’atmosphère se gèle au sol lorsque la planète est la plus éloignée du Soleil (ce phénomène se produit également avec les saisons de Mars).

Aucune sonde n’est encore allé voir Pluton et Charon de près, et les images télescopiques prises du sol ne permettent même pas de distinguer le satellite. Le télescope spatial, hors de l’atmosphère terrestre, a donné des images sur lesquelles il est impossible de discerner des détails, et il faudra sans doute attendre la première mission vers Pluton pour apprendre quelque chose sur cet astre lointain. Cette mission, nommée Pluto-Kuiper Express, devait partir au tout début du siècle, mais les crédits sont en baisse…. Elle a été remplacée par la mission New Horizons, qui a quitté la Terre en 2006, et arrivera en vue de Pluton en 2015. Elle pratiquera un simple survol, et continuera sa route vers d’autres objets de la Ceinture de Kuiper.

Jour solaire

L’inclinaison de l’axe de rotation de Pluton sur son orbite produit un phénomène semblable à celui qui se produit sur Uranus.

Mais il y a encore plus ! Le plus gros satellite de Pluton est seulement deux fois plus petit ; à une distance de moins de 20.000 km, il apparaît sous un angle de 1° 44’, plus de trois fois plus gros que la Lune pour nous. Et qui plus est, il est toujours au même endroit dans le ciel ! Comme la lune tourne toujours la même face vers la Terre, Charon tourne toujours le même cratère vers Pluton, mais ce dernier en fait tout autant : ils tournent l’un autour de l’autre, comme si un cable les reliait. Ceci est l’aboutissement du travail des marées, qui a bloqué la rotation de Pluton tout autant que celle de Charon. Pour la Terre, le mécanisme n’a pas encore abouti, car en comparaison la Lune est beaucoup plus petite. Mais là-bas, les deux objets étant du même ordre de taille, ont subi tous deux ce phénomène. En conséquence, Pluton et Charon tournent tous deux sur leur axe en 6 j et 9 h, mais ils tournent également l’un autour de l’autre dans ce même temps. Pluton est toujours au même endroit dans le ciel de Charon, et Charon est toujours au même endroit dans le ciel de Pluton.

La suite

Découverte d’Uranus, puis découverte de Neptune, puis de Pluton. Le système solaire est passé de 6 à 7, puis 8, 9 planètes… Pourquoi pas 10 ?

Bien sûr, après la découverte de Pluton on s’est mis rechercher la planète X (X comme inconnue ou chiffre romain 10 ?). Mais on ne l’a pas trouvée ! N’existe-t-elle donc pas ?

Non ! Si !!

Elle n’existe sans doute pas au sens où on l’entendrait : une belle planète comme Vénus ou Saturne. Mais il existe de nombreux objets beaucoup plus petits, qui tournent autour du Soleil.


La ceinture de Kuiper

Carte d’identité
bord interne 30 UA premier objet découvert1992 QB1
4,5 109 kmnombre estimé d’objets de
plus de 100 km de diamètre
35.000
bord externe 50 UAnombre d’objets connus en 2004 800
7,5 109 kminclinaison des orbites < 30°
masse totale estimée ≈ 123 kgtypesplutinos (résonnance 2:3)
≈ 1/50 Terrerésonnants (autre résonnance)
masse volumique ≈ 2 g/cm3classiques
≈ 1/3 Terreépars (e très élevé)

La Ceinture de Kuiper est un anneau de petits corps qui se trouvent au voisinage de Pluton et un peu au-delà ; on en a découvert à peu près 800 jusqu’à 2004. Pluton est lui-même un élément de la ceinture de Kuiper. Ceci explique les différences essentielles qui existent entre sa composition et son orbite, et celles des planètes géantes ses voisines.

Il s’agit d’une idée de l’astronome Gerard Kuiper, qui lui est venue par l’observation des comètes périodiques. Au lieu de prévoir la marche future de ces objets, il a calculé leurs orbites passées. Ce faisant, il a montré que ces comètes étaient passées il y a plus ou moins longtemps à proximité d’une planète géante, la plupart du temps Jupiter, qui les avait perturbées. Il est alors possible de remonter à l’orbite avant perturbation et d’en calculer les paramètres. Les orbites initiales ainsi trouvées sont des ellipses fortement excentriques, dont l’aphélie se situe toujours dans une zone au-delà de l’orbite de Neptune. L’idée de base avait déjà été proposée par l’irlandais Kenneth E. Edgeworth en 1943 et 1949.

Une analyse plus fine montre que des perturbations, toujours dues aux planètes géantes, et plus anciennes encore, ont pu transformer des orbites relativements circulaires dont les rayons correspondent aux distances aphéliques en de telles orbites elliptiques.

Des objets circulant sur des orbites circulaires (ou presque) à ces grandes distances du Soleil ont pu être perturbées par les planètes géantes, et expédiées sur des orbites à forte excentricité qui coupent l’orbite de Jupiter. Un second coup de pouce de cette planète amène alors l’objet sur une orbite semblable à celles des comètes périodiques habituelles.

Cette constatation a amené G. Kuiper à supposer l’existence d’un réservoir d’objets qui tournent autour du Soleil sur des orbites pratiquement circulaires, au-delà de Neptune. Au hasard des perturbations, leurs orbites se transforment et elles viennent former de nouvelles comètes périodiques, de courte période (< 200 ans). Les orbites de ces objets ne sont pas très éloignées de l’écliptique, et constituent un système assez plat. On l’a nommé ceinture de Kuiper.

D’hypothétique, elle est devenue bien réelle par la découverte récente de plusieurs centaines de petits corps qui circulent effectivement sur de telles orbites. La première découverte date de 1992 (David Jewitt et Jane Luu).

Il fallait s’y attendre, la réalité est moins simple que les idées de base. On a vite vu que les objets de la ceinture de Kuiper ne circulent pas tous sur des orbites semblables.

Les objets de Kuiper

On les désigne par le sigle KBO, Kuiper Belt Objets.

On suppose l’existence de 7.000 objets dans la ceinture de Kuiper, de diamètre supérieur à 100 km. Leur localisation devrait être comprise entre 30 et 50 UA. Ils sont regoupés dans une bande proche de l’écliptique.

Parmi eux, on compte Quaoar, Varuna (dont le diamètre atteint la moitié de celui de Pluton), Chaos (encore assez gros), et Sedna (presque aussi gros que Pluton).

Connaissant les orbites réelles (et non plus calculées) de ces objets, on a vu que l’orbite de Pluton leur ressemblait : son excentricité est très forte pour une planète, ainsi que son inclinaison sur l’écliptique. Le couple Pluton-Charon semblait bien être en fait le plus gros objet (connu) de la ceinture de Kuiper. Dans ce cas, ce n’est donc pas vraiment une planète, et le système solaire n’en compte donc que 8. Ou alors tous ces objets sont des planètes, et on en perd le compte…

Quaoar a été découvert en juin 2002 à l’aide du télescope de 1,20 m du Mont Palomar. Son diamètre vaut approximativement 1.300 km, plus de la moitié de celui de Pluton. Il a été mesuré par le télescope spatial, car il est au-dessus de son pouvoir séparateur  : 0,04" d’arc. Il orbite à une distance de 43,4 UA ou 6,5 milliards de km du Soleil, l’excentricité de son orbite est de 0,04, et son inclinaison de seulement 8° sur l’écliptique (seulement, pas comparaison à Pluton). Son année vaut 285 ans.

Une analyse spectrale faite à l’aide du télescope Keck a montré qu’il y avait de la glace d’eau sur Quaoar. Quaoar est le nom d’une divinité créatrice amérindienne, du peuple Tongva qui habitait l’actuelle région de Los Angeles.

Les KBO connus s’étendent sur 12 milliards de km au-delà de l’orbite de Neptune.

Varuna et AW197 mesurent chacun 900 km (diamètre estimé d’après les mesures de lumière, aucun télescope actuel ne pouvant les résoudre). Varuna orbite à 43 UA du Soleil.

2001 KX76 est un corps glacé perdu à 39 UA du Soleil. Ce n’est absolument pas un astéroïde, et pourtant sa taille doit être autour de 1.200 km au moins.

2004 DW

2002 AW197 est aussi gros que Varuna.

Statistiques

On connait maintenant un millier d’objets dans la ceinture de Kuiper, la plupart atteignant à peine 100 km de diamètre. La masse totale des KBO pourrait être 100 fois supérieure à celle des astéroïdes. Rien n’interdirait de trouver dans la ceinture de Kuiper un petit nombre d’objets plus gros que Pluton.

Les objets de la ceinture de Kuiper sont supposés constitués de roches et de :

Pour déterminer le diamètre, on peut utiliser le rayonnement infrarouge. Un objet blanc renvoie beaucoup de lumière visible, et peu d’infrarouge parce qu’il est froid. Par contre, un objet noir renvoie peu de visible et beaucoup plus d’IR parce qu’il a absorbé beaucoup plus d’énergie et s’est donc chauffé davantage. L’écart entre l’énergie rayonnée dans le visible et l’IR permet donc de calculer si l’objet est blanc ou noir, et d’en déterminer le diamètre.

Les objets de Kuiper de 1.000 km

nommag absalbedoDiamètre kmType d’orbite
Pluton-10,62320plutino
Charon10,41270plutino
2004 DW2,20,04/0,12~1500plutino
Quaoar2,60,121200+/-200classique
Ixion3,20,091065+/-165plutino
2002 AW1973,20,1890+/-120épars
Varuna3.70,07+/-0,02900+/-140classique

Mesure du diamètre

La détemination du diamètre d’un objet de Kuiper est difficile, car les moyens actuels ne nous permettent pas de les résoudre. Seule donc la luminosité nous donne un renseignement. Bien évidemment, la distance au Soleil joue un rôle important dans la brillance apparente. Il est donc nécessaire de connaître précisément l’orbite de l’objet à mesurer, afin d’avoir sa distance au Soleil précise. Mesurant sa magnitude apparente, et corrigeant par la distance, on obtient la magnitude absolue de l’objet. Elle ne dépend plus de la distance, mais elle dépend de l’albedo et de la surface de l’objet (la surface étant proportionelle au carré du rayon).

Si on connaissait l’albedo, on obtiendrait alors la surface, donc le diamètre de l’objet. Le problème est que l’albedo est une caractéristique physique à laquelle nous n’avons pas accès aujourd’hui.

La méthode utilisée consiste à mesurer la magnitude dans deux domaines : visible et infra-rouge. Si un objet est brillant dans le visible, il renvoie presque toute la lumière reçue du Soleil, et celle-ci ne le chauffe pas. Il est donc froid, et sombre en infra-rouge. Réciproquement, un objet qui renvoie peu de lumière dans le visible l’absorbe et se réchauffe, par suite il brille dans l’infrarouge. La différence de brillance dans le visible et l’infra-rouge permet donc d’estimer l’albedo. On peut dire autrement que l’énergie reçue doit être évacuée ; l’albédo modifie simplement la proportion de visible de d’infrarouge réémis.

Une autre difficulté se présente : la très basse température de ces objets leur donne (loi du corps noir) un rayonnement maximum à grande longueur d’onde, vers 60 à 70 µm. Mais l’atmosphère terrestre est opaque dans ce domaine. Alors, il a fallu se rabattre sur une longueur d’onde plus courte, et les mesures ont été faites à 10 et 20 µm. Il faudra attendre des mesures spatiales pour avoir une plus grande précision en utilisant le bon domaine.

Cette méthode étant difficile à appliquer, peu d’objets ont été mesurés précisément. La précision est de l’ordre de 20 % dans les bons cas. Varuna a été mesuré en 2001, son diamètre est de l’ordre de 1.000 km. Quaoar a un albedo de 0,12 alors que Charon atteint 0,4. Il y a donc de grands écarts entre les albedos des différents objets, et donc une estimation pure et simple ne donne qu’une indication sur le diamètre : 2004 DW est un objet de Kuiper dont on n’a pas mesuré l’abedo. S’il est semblable à celui de Quaoar (0,12), son diamètre atteint 1.500 km, alors que s’il est de 0,4 comme celui de Charon, le diamètre tombe à 750 km.

Pour l’instant, il faut donc garder en mémoire que les diamètres indiqués sont des estimations, la plupart du temps entachées d’une erreur importante. Dans un avenir proche, il sera possible de faire certaines études physiques sur les objets de Kuiper dépassant les 1.000 km de diamètre.


Sedna : 2003 VB12

Découvert en 2003 (par C. Trujillo, M. Brown, D. Rabinowitz), c’est le plus gros connu des objets de Kuiper. Il pourrait dépasser les 2.000 km de diamètre, ce qui le ferait presque aussi gros que Pluton (2.300 km). Sedna pourrait donc retenir une faible atmosphère, comme Pluton. D’autre part, lors de la découverte, il était plus loin du Soleil que tous les autres découverts avant lui.

Sedna possède une autre particularité : son orbite excentrique l’amène très loin du Soleil, et le place entre la ceinture de Kuiper et le nuage de Oort.

demi grand axe547 UA
excentricité0,861
périhélie76 UA
aphélie1.018 UA
année10.500 ans
inclinaison11,9°

Au périhélie, cet objet se trouve donc presque deux fois plus loin que Pluton, et à l’aphélie 25 fois plus loin !

On est cependant encore très loin du nuage de Oort, qui s’étend jusqu’à 1/2 AL (on est à 0,015 AL). Sedna est donc un objet intermédiaire, qui irait du bord externe de la ceinture de Kuiper (périhélie) au bord interne du nuage de Oort (à l’aphélie).

La température de surface ne doit pas dépasser les -140 ℃.

Dans la mythologie Inuit, Sedna est la déesse de la glace, vivant dans l’océan Arctique.

 

Le KBO 2000 OO67 est sur une orbite très elliptique, atteignant 1.000 UA à l’aphélie.


Familles de KBO

Les Plutinos

La connaissance d’un nombre conséquent de ces objets permet de faire certaines remarques d’ordre statistique. La plus impressionante aujourd’hui est sans doute la présence de nombreux objets dans la résonnace 3:2 par rapport à Neptune, tout comme Pluton (2 ans d’un plutino = 3 ans de Neptune). Pluton étant le plus ancien connu, et pour l’instant le plus gros de ces objets, on a donné le nom de plutinos à ces corps. Ce nom se rattache donc à la similitude des orbites, et non à une composition similaire.

Objeta
UA
ei
deg.
q
UA
Q
UA
Pluton39,610,2517,1729,5849,30
Orcus39,190,22620,630,4148,05
1996 TP6639,710,345,726,3853,05
1993 SZ439,820,264,729,5750,07
1996 RR2040,050,195,332,5547,55
1993 SB39,550,321,926,9152,18
1993 SC39,880,195,232,2447,52
1993 RO39,610,203,731,4847,73
1993 RP39,330,112,835,0043,66
1994 JR139,430,123,834,7644,11
1994 TB39,840,3212,127,0552,63
1995 HM539,370,254,829,4849,26
1997 QJ439,650,2216,530,8348,47
1995 KK139,480,199,338,6746,98
1995 QZ939,770,1519,533,7045,85
1995 YY339,390,220,430,7048,08
1996 TQ6639,650,1314,634,5944,71

a : demi grand axe ; e : excentricité ; i : inclinaison
q : distance périhélique ; Q : distance aphélique

La résonnance protège les plutinos des perturbations de Neptune. En effet, ayant un demi-grand axe voisin de celui de Neptune, ces objets pourraient normalement s’en approcher suffisamment pour être éjectés de leur orbite (éventuellement être capturés ou tomber sur Neptune). Mais au moment où un tel objet croise l’orbite de Neptune, cette dernière est toujours loin ! C’est en particulier le cas de Pluton : lors du passage au périhélie, Neptune était de l’autre côté du Soleil. On a montré déjà que c’est aussi le cas des objets 1993 SB, 1994 TB, 1995 QY9, ce qui les rapproche encore de Pluton !

On estime que le quart des objets de la ceinture de Kuiper sont des plutinos. Ceux de plus de 100 km devraient donc être au nombre de 1.400. Toutefois, il existe un biais observationnel, car par définition les plutinos sont les KBO les plus proches, donc les plus faciles à détecter.

Quelques autres objets doivent être dans des résonnances différentes avec Neptune : par exemple la résonnance 4:3 pour 1995 DA2.

L’inclinaison des orbites semble être inférieure à 20° (le maximum serait donc atteint par Pluton). La présence des résonnances, les inclinaisons, sont compatibles avec la théorie de la migration des planètes lors de la formation du système solaire. Cette théorie, imaginée pour expliquer les systèmes exoplanétaires découverts depuis 1995, se trouverait alors renforcée.


Les objets de Kuiper classiques

La plupart des KBO ne sont pas des plutinos ; on les appelle les KBO classiques. Leur périhélie est nettement plus loin que l’orbite de Neptune. Leurs excentricités sont faibles, comme on pourrait l’attendre pour des corps formés dans un disque d’accrétion calme. Le prototype des KBO classiques est 1992 QB1. Leur demi grand-axe est compris entre 42 et 48 UA. Leur éloignement les préserve des perturbations de Neptune, et donc leur durée de vie est supérieure à l’âge du système solaire. Il n’y en a pas au-delà de 50 UA.

Par contre, leurs inclinaisons sont souvent fortes, et atteignent 30° (les dépassent pour 1996 RQ20 et 1997 RX9). Ces inclinaisons ne sont pas expliquées par la théorie de base de formation du système solaire, et il faut invoquer un autre mécanisme (perturbations par un planétésimal massif - il aurait aussi perturbé les plutinos ; ou bien perturbations par une étoile proche - les passages sont actuellement rares, mais le Soleil a pu se former dans un amas).


Les objets de Kuiper épars

Ce sont des objets de Kuiper ayant leur périhélie autour de 35 UA, et des orbites très excentriques, et inclinées sur l’écliptique. Leur désignation anglaise est Scattered Kuiper Belt Objects (SKBO).

Leur modèle est 1996 TL66 :

1996 TL66
excentricité0.59
demi grand-axe85 UA
inclinaison24°
magnitude21
albedo0,04
diamètre500 km

On note aussi 1999 CV118, 1999 CY118 et 1999 CF119.

2003 EL61,

 

136199 Eris (2003 UB313), découvert le 1 octobre 2003, par M. E. Brown, C. A. Trujillo, D. Rabinowitz.

Demi grand-axe = 67,709 UA, e = 0,4416, inclinaison 44°, période 557 ans. Les mesures photométriques donnent un diamètre compris entre 4.400 et 9.900 km. En supposant qu’il renvoie la totalité de la lumière reçue, son diamètre serait encore supérieur à celui de Pluton. C’est donc un objet nettement plus gros. On l’évalue à 2.600 km contre 2.250 pour Pluton. Une évaluation plus récente à l’aide du télescope bolométrique MAMBO, donne un diamètre de l’ordre de 3.000 km. Une estimation due au télescope spatial ramène cette valeur à 2.400 km.

Le spectre de cet objet est dominé par les raies du méthane, caractéristique partagée avec Pluton.

Eris possède un satellite, nommé Dysnomia.

Eris est la déesse de la discorde dans la mythologie grecque. Dysnomia est sa fille, c’est l’un des fléaux qui se sont jetés sur la Terre lorsque Pandore a ouvert sa boîte…

La course

Les objets épars seront difficiles à suivre au cours de leur évolution orbitale, étant donné qu’ils sont découverts près de leur périhélie (éclat maximum), et ensuite leur éclat diminue. Les aphélies étant très éloignés, les objets ne seront pas visibles avec les moyens actuels. Il est bien évident que les orbites ne seront pas assez bien connues pour retrouver facilement un tel objet à la position prédite à son retour au périhélie : une erreur très faible sur l’arc observé actuellement peut donner une erreur très importante après un tel parcours.

La question est de savoir si les télescopes gagneront en puissance assez vite pour ne pas perdre ces objets. Il est vrai que ceci ne se produira pas avant quelques centaines d’années… Les astronomes du futur auront sans doute la joie de découvrir de "nouveaux" objets !

Mais un regard rétrospectif vers les progrès instrumentaux du XXe siècle nous donne le vertige : les miroirs ont grossi de 1,5 m à 10 m, les temps de pose sont passé de la dizaine d"heure à quelques minutes (CCD), et surtout la magnitude limite de 15 à 30. Il est possible que les progrès soient assez rapides pour suivre les principaux KBO jusqu’à leur aphélie.

Nombre d’objets

Il est impossible de déterminer combien d’objets se trouvent dans ces régions de l’espace. Mais ceux que nous connaissons ont été trouvés à l’aide de recherches automatiques (télescope automatique, couplé à un ordinateur qui analyse les images obtenues afin de déterminer les objets en mouvement). Le nombre d’objets trouvés dans la surface explorée permet d’extrapoler à tout le ciel. On en déduit un nombre probable d’objets visibles aujourd’hui. Mais ces objets passent presque tout leur temps très loin du Soleil ; ils sont beaucoup plus lents à l’aphélie. Donc, il doit exister une forte proportion d’objets qui sont actuellement trop loins pour être détectés (on calcule cette proportion). On en déduit le nombre total d’objets SKBO existant.

Les découvreurs de 1996 TL66 ont ainsi estimé qu’il devait exister quelques 10.000 objets de Kuiper épars de taille semblable. Il doit y avoir aussi de nombreux objets plus petits. L’ensemble pourrait avoir une masse totale de l’ordre de celle de la Terre.

Age des objets

Les objets de Kuiper, si loin du Soleil, sont probablement des objets très primitifs, qui sont restés inchangés depuis la formation du système solaire. Sauf si…

On a envisagé qu’ils aient pu subir des collisions entre eux, des gros se fragmentant, et les débris étant les objets observés aujourd’hui. Il n’est guère possible de vérifier une telle hypothèse actuellement. S’il y a eu fragmentation, il y avait dans les premiers temps du système solaire des objets plus gros. Ces derniers ont alors subi un réchauffement (énergie de contraction, énergie des collisions, radioactivité) et se sont transformés par différenciation ou modification chimique. Ils ne seraient pas tout aussi primordiaux que ce que l’on pensait. Il faudra des études précises de composition chimique, donc des moyens d’observations beaucoup plus puissants, pour départager ces théories.

Origine

Lors de la formation du système solaire, des objets en grand nombre ont dû se former dans ces zones éloignées. Leurs orbites devaient être à peu près quelconques. Ensuite, rapidement, les perturbations de Neptune ont agit, et modifié les orbites. Il est probable que les objets dont les périodes de révolutions étaient proches des 3/2 de celle de Neptune ont été forcées à cette valeur précise, donnant les plutinos.

Par contre, les objets moins réguliers, qui passaient près de Neptune, ont été fortement perturbés, et envoyés sur des orbites très différentes ; certains ont percuté la planète, d’autres ont été éjectés du système solaire. Ce tri par les perturbations devrait s’étaler sur une très courte période, de l’ordre de quelques millions d’années. Parmi les objets qui ont gagné de l’énergie, et dont l’aphélie s’est éloigné du Soleil, ceux qui sont restés raisonnablement proches (moins de 100 UA) n’ont plus subi de perturbations (à l’aphélie, celles de Neptune sont négligeables, et celles des étoiles proches et de la Galaxie aussi), et ceux qui s’en sont très éloignés ont constitué le nuage de Oort. Des simulations numériques montrent ce phénomène.

Les objets épars de Kuiper, au périhélie, s’approchent de Neptune. Mais leurs orbites étant très excentriques, leur vitesse est alors grande, donc ils restent peu de temps dans cette zone dangereuse. Si Neptune se trouve là par hasard au moment du passage périhélique, la perturbation sera importante, et l’objet peut être précipité dans le système solaire interne. C’est probablement l’origine des comètes à courte période qui viennent nous rendre visite de temps en temps. En effet, s’approchant du Soleil, leurs glaces superficielles vont se sublimer, et former les deux queues caractéristiques des comètes.

Evolution des idées

Lors de sa découverte en 1930, Pluton a été la neuvième planète du système solaire. Ceci est resté vrai jusqu’à une période récente. Mais depuis 1992, la théorique ceinture de Kuiper devient un objet réel. Et ses propriétés sont les mêmes (pour une partie de la ceinture au moins) que celles de Pluton…

Beaucoup d’objets de la ceinture de Kuiper sont, comme Pluton, en résonance 2:3 avec Neptune. Tous ces corps ont donc une origine commune, une même constitution, et une même histoire. Il est normal de les réunir. Pluton étant le premier découvert, son nom désigne l’ensemble : les objets de la ceinture de Kuiper en résonnance 3:2 avec Neptune sont par définition les plutinos.


Les petites planètes qui ont un nom définitif (septembre 2008) sont : Cérès, Pluton, Haumea, Eris et Makemake. Seule Cérès se trouve dans la ceinture principale, les autres sont dans la ceinture de Kuiper.

---=OO=---