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       - Une planète transie de froid  
    Hors série - Science & Vie - 1996-09-01      
    De toutes, Pluton est la moins connue. Certaines de ses caractéristiques, associées au fait qu'elle soit très primitive, en font un objet des plus étranges.  
    Cette fois, c'était la dernière. Avec la découverte de Pluton, en février 1930, on avait atteint les limites du système solaire. Comme Neptune un siècle plus tôt, les théoriciens l'attendaient : elle seule pouvait expliquer certaines caractéristiques de l'orbite neptunienne. Lorsqu'ils la virent pour la première fois en photographie, ils constatèrent qu'elle était peu lumineuse et de petite taille. Pas de quoi fouetter un chat. Et pourtant … Pourtant, elle ne manque pas de singularités.  
    Cela commence par son orbite, inclinée de 17 degrés sur le plan de l'écliptique et fortement excentrique. Il lui faut 249 ans pour la parcourir. A son aphélie, elle est à quelque 50 Unités astronomiques du Soleil, à son périhélie, plus proche de lui que Neptune. C'est ce qui se passe depuis 1979 et encore pour trois ans. Après, elle retournera vers ses bouts du monde, à environ sept milliards de kilomètres de la Terre.  
    On pense aujourd'hui que, par sa taille, sa surface et sa densité, elle ressemble au principal satellite de Neptune, Triton. On va jusqu'à imaginer pour l'une et l'autre la même identité : deux planétoïdes rescapés des débuts du système solaire, dont l'un, Triton, capturé par Neptune, aurait changé d'orbite.  
    En restant à sa place, l'autre aura, quoiqu'il en soit, protégé ses secrets. A ce jour, tout ce qu'on connaît de Pluton, jamais survolée par une sonde spatiale, vient d'observations terrestres.  
    Les premières datent des années 70. L'analyse en spectroscopie infrarouge de sa surface avait révélé la présence de glaces de méthane. Cette présence n'était toutefois pas uniforme : à mesure que la planète tournait sur elle-même, la largeur et l'intensité de la bande spectrale variaient.  
    En 1978, on lui découvre un satellite, Charon. Distant de quelque 19'500 km de Pluton, il en fait le tour en 6,4 jours. Avec ces caractéristiques orbitales, on accède alors à une estimation de la masse totale du couple. Elle est d'environ 400 fois inférieure à celle du système Terre-Lune.  
    Les satellites sont un peu les cadets d'une fratrie : des petits rapporteurs. Pour les astronomes, c'est une grande qualité. En étudiant l'orbite de Charon, située dans le plan équatorial de sa planète mère, ils ont en effet découvert une nouvelle étrangeté de Pluton. Son axe de rotation est incliné de 122 degrés par rapport au plan de l'orbite planétaire, ce qui place le pôle nord sous ce dernier. Un cas unique dans le système solaire.  
    Pour observer Pluton depuis la Terre, deux moments - à ne pas manquer car ils ne se reproduisent que tous les 124 ans - sont privilégiés : quand la Terre passe dans le plan orbital de Charon. On assiste alors, pendant environ cinq ans, à une série d'occultations mutuelles des deux corps. Une conjoncture particulière qui s'est produite entre 1985 et 1990 et dont les astronomes ont su tirer profit.  
    En mesurant le temps écoulé entre le début et la fin de quelques-unes de ces éclipses, on a pu déterminer les diamètres des deux objets. Ils sont de 2'330 km pour Pluton et de 1'240 km pour Charon. Pluton est donc une petite planète, inférieure à notre Lune, entourée d'un énorme satellite. Quant à sa densité, environ 2 g/cm3, elle est relativement élevée. Elle montre que Pluton n'est pas uniquement composée, comme on l'avait cru, d'éléments volatils gelés, mais plutôt d'un mélange de roches et de glaces.  
    En surface, outre la glace de méthane déjà citée, une autre candidate avait, vers 1986, été envisagée la glace d'azote (N2). Pour deux raisons. D'abord parce qu'il y en a sur Triton. Ensuite, à cause de la température très basse de la lointaine Pluton. D'après les mesures, elle devait se situer entre -238 et -218ºC.  
    Depuis, des détections directes ont non seulement confirmé la présence de cette glace d'azote à la surface de Pluton, mais en ont même fait son composant principal. Elle est associée à du méthane (environ 1%) et à du monoxyde de carbone (environ 0,5%). De la glace de méthane pourrait cependant être prédominante, sur quelques millimètres d'épaisseur, en certains endroits de la couche supérieure. Elle pourrait provenir de l'évaporation de l'azote superficiel sous l'effet du Soleil et de son transfert vers des zones moins éclairées.  
    Pour les autres composants, une teinte rougeâtre, plus accentuée au niveau de la ceinture équatoriale, indique la présence de matériaux carbonés relativement complexes. Ils forment de grosses plaques de matière sombre. Cette matière s'est-elle formée in situ, par des réactions photochimiques ? Est-elle issue du milieu interstellaire et des comètes ? L'analogie avec Titan, le satellite de Saturne - proche de Pluton par la taille et la composition chimique - renforce la première hypothèse. En effet, l'atmosphère de ce satellite, dans laquelle l'azote est dominant, contient des polymères de carbone issus de réactions photochimiques.  
    Ces quelques informations sur la surface de Pluton ne sauraient évidemment désépaissir le mystère de sa structure interne. On peut supposer l'existence d'une couche de glace d'une profondeur équivalente à celle qu'on trouve sur Triton : environ un quart du rayon. Elle serait constituée de dioxyde de carbone (CO2) - bien que ce composé n'ait pas été encore détecté. Cette couche enroberait un épais manteau de glace, d'eau et d'ammoniaque.  
    Le tout reposant sur un gros noyau de roches silicatées, dont la présence permettrait d'expliquer la densité relativement élevée de la planète.  
    La découverte en observation spectroscopique de méthane à l'état gazeux, c'est-à-dire d'une atmosphère, fut une surprise. Elle fut confirmée en 1988 lorsque, Pluton occultant une étoile très brillante, on observa une diminution progressive de la lumière stellaire, un phénomène qui signe une réfraction atmosphérique.  
    Cette atmosphère est très peu épaisse. La très faible gravité qui règne sur Pluton ne permet pas de retenir les molécules de gaz. Seule la très basse température en réduit la vitesse d'échappement. Elle est donc en constant renouvellement.  
    En supposant la composition de l'atmosphère en équilibre thermodynamique avec la surface, elle doit être essentiellement constituée d'azote. A l'instar de l'atmosphère de Triton. En outre, celle de Pluton contient de faibles quantités de méthane, de monoxyde de carbone et peut-être d'argon.  
    Nous l'avons vu, deux principaux facteurs déterminent l'existence d'une atmosphère sur Pluton : la composition des couches superficielles, et la température de surface. Or, l'orbite elliptique de la planète fait varier d'un facteur trois l'intensité du rayonnement solaire incident. Il en résulte d'importants écarts de température.  
    Pluton se situant actuellement au plus près du Soleil, son atmosphère doit connaître un développement maximal. Qu'en sera-t-il à mesure que la planète s'en éloignera ? Pour certains, l'atmosphère disparaîtra en une vingtaine d'années. Pour d'autres, elle subsistera par suite du changement de phase de l'azote solide qui interviendra à la surface de Pluton.  
    A -236,5°C, ce composé change d'état cristallin. De l'énergie est dégagée au cours de cette transition de phase. Là réside la clé du modèle : cette énergie compense le refroidissement de Pluton lié à son éloignement du Soleil.  
    De fait, la température serait maintenue dans une fourchette compatible avec l'existence d'une atmosphère. Un peu comme l'eau qui gèle : sa température reste constante tant qu'elle n'est pas entièrement convertie en glace.  
    Seules les observations à venir pourront trancher entre ces deux modèles et répondre à la multitude des questions en suspens. Comme sur Triton, des vents balaient-ils la surface de Pluton ? Quelle est la composition exacte de la matière sombre ? Et son origine ? De nombreuses mesures sont attendues du satellite infrarouge ISO. Celles des températures de surface et de leur répartition seront particulièrement utiles.  
    De son côté, le télescope spatial Hubble devrait fournir de précieuses indications concernant la répartition de la matière sombre. Enfin, les mesures les plus importantes devraient être obtenues grâce à la sonde Pluto Fast Flyby dont le lancement est prévu pour le début du XXIe siècle.  
               
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