Les spectaculaires couches de brume bleue dans l’atmosphère de Pluton, capturées par la sonde New Horizons de la NASA. Image via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
Par Andrew A. Cole, Université de Tasmanie
L’avertissement sinistre – « l’hiver arrive », popularisé par la série fantastique « Game of Thrones » – s’applique également à Pluton.
L’atmosphère ténue de la planète naine semble être sur le point de s’effondrer de manière stupéfiante en raison d’un changement de saison et de l’approche de conditions plus froides, selon une recherche qui sera publiée dans la revue Astronomy & Astrophysics.
Découvert en 1930, ce n’est que vers 1980 que les astronomes ont commencé à soupçonner que Pluton pourrait avoir une atmosphère. Cette atmosphère a été provisoirement découverte en 1985 et entièrement confirmée par des observations indépendantes en 1988.
À l’époque, les astronomes n’avaient aucun moyen de savoir quels changements dramatiques attendaient la mince enveloppe d’azote, de méthane et d’hydrocarbures du petit monde.
Une coïncidence cosmique
Par une coïncidence cosmique, les dernières décennies du 20e siècle et les premières du 21e ont également vu un alignement chanceux de la Terre, de Pluton et des champs stellaires denses du centre lointain de la Voie lactée.
Cette animation combine diverses observations de Pluton au cours de plusieurs décennies. Image via la NASA.
Cette coïncidence signifie que Pluton passe relativement souvent entre nous et une étoile de fond. Lorsque cela se produit, son ombre tombe sur la Terre, un événement que les astronomes appellent une occultation.
Pendant une occultation, tout observatoire qui se trouve dans la trajectoire de l’ombre peut voir l’étoile sembler disparaître lorsque Pluton passe devant elle, puis réapparaître lorsque les alignements planétaires changent. Pour un endroit donné de la surface de la Terre, une occultation de Pluton dure tout au plus quelques minutes.
La technique des occultations a été largement utilisée pour étudier les orbites, les anneaux, les lunes, les formes et les atmosphères des mondes du système solaire externe, y compris les astéroïdes, les comètes, les planètes et les planètes naines.
En comparant ce que les observateurs voient à différents endroits sur Terre, la taille et la forme du monde occulté peuvent être calculées. Si l’objet possède une atmosphère, alors pendant quelques brèves secondes, lorsque la lumière des étoiles s’éteint puis se rallume, la lumière des étoiles peut être altérée par absorption et réfraction lors de son passage dans l’atmosphère planétaire.
Depuis les premières mesures d’occultation réussies dans les années 1980, une succession d’observations a permis d’établir des mesures de plus en plus précises du rayon de Pluton, ainsi que d’affiner continuellement notre compréhension de la température et de la pression de son atmosphère.
Longue orbite et saisons
Comme la Terre, Pluton a un cycle saisonnier dû à l’inclinaison de ses pôles par rapport au plan de son orbite. Au cours de la longue année de Pluton – équivalente à 248 années terrestres – d’abord le pôle nord, puis le pôle sud sont inclinés vers le soleil lointain.
Un dessin du système solaire montre l’orbite inclinée de Pluton, qui est également plus elliptique que celle des planètes. Image via NASA (modifiée).
Mais contrairement à la Terre, l’orbite de Pluton est étirée en une forme elliptique extrême. Son orbite est tellement allongée que sa distance au soleil varie de 4,4 à 7,4 milliards de kilomètres (30 à 50 fois plus que la distance Terre-Soleil).
En revanche, la distance de la Terre au soleil ne varie que de 3,4 % sur une année. L’atmosphère de Pluton a été découverte juste avant que Pluton n’atteigne son approche la plus proche du soleil, ce qui s’est produit en 1989.
Depuis 1989, Pluton s’est éloigné du soleil. Les températures ont diminué en conséquence.
Sous pression
Au moment où Pluton a commencé à s’éloigner du soleil, les astronomes s’attendaient à ce que cela fasse baisser sa pression atmosphérique, de la même manière que la pression dans un pneu de voiture diminue par temps froid et augmente par temps chaud. Au contraire, les observations de 1988 à 2016 ont montré une augmentation constante de la pression atmosphérique.
Juste avant l’arrivée de la sonde New Horizons de la NASA en 2015, les mesures d’occultation ont découvert que la pression atmosphérique sur Pluton a triplé depuis 1988 (l’équivalent sur Terre serait de comparer la pression au sommet du mont Everest à celle au niveau de la mer).
Quelle est la cause de cette divergence ? Toute idée selon laquelle les mesures d’occultation étaient erronées a été bannie par l’expérience scientifique radio (REX) à bord de New Horizons, qui a renvoyé des mesures directes en accord avec les observateurs terrestres.
La nouvelle recherche a résolu le mystère en utilisant un modèle saisonnier pour le transport de gaz et de glace autour de la surface de la planète.
Même si Pluton s’éloigne du soleil chaque année, son pôle nord est continuellement éclairé par le soleil pendant cette partie de son orbite, ce qui fait que sa calotte de glace d’azote retourne à la phase gazeuse.
Ceci explique l’augmentation rapide de la pression atmosphérique au cours des trois dernières décennies.
Mais la modélisation du climat montre que cette tendance ne va pas se poursuivre.
Les canyons gelés du pôle nord de Pluton capturés par la sonde New Horizons de la NASA. Image via NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute.
L’hiver arrive vraiment
Pluton continuera à s’éloigner du soleil jusqu’en 2113, et la faible lumière solaire ne sera pas suffisante pour réchauffer de manière similaire les régions polaires sud.
Pendant le long automne et l’hiver boréal, l’atmosphère de Pluton devrait s’effondrer, givrant sur la surface comme la glace sur un pare-brise de voiture par une nuit d’hiver claire et froide.
À son plus bas reflux, l’atmosphère devrait avoir moins de cinq pour cent de sa pression actuelle. La combinaison de l’approche rapprochée de Pluton du soleil et du printemps de l’hémisphère nord ne se reproduira pas avant l’année 2237.
D’ici là, il sera d’une importance critique de tester notre compréhension des modèles atmosphériques planétaires dans des conditions extrêmes de basse température et de basse pression par des mesures continues d’occultation.
Mais ces occasions deviendront moins fréquentes à mesure que l’orbite de Pluton éloigne sa position apparente des champs d’étoiles denses du centre galactique qui nous ont aidés à faire les observations.
Andrew A. Cole, maître de conférences en astrophysique, Université de Tasmanie
Cet article est republié depuis The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l’article original.
La ligne de fond : Un astrophysicien explique pourquoi Pluton perd son atmosphère.
Les membres de la communauté EarthSky – y compris des scientifiques, ainsi que des écrivains scientifiques et de la nature du monde entier – pèsent sur ce qui est important pour eux. Photo de Robert Spurlock.