Connaître Pluton
New Horizons continue d'aider à percer les secrets de la planète naine glacée. Crédit d'image : NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
ParMike Summers,Université George Mason
Lorsque le vaisseau spatial New Horizons a fait sonsurvol de Plutonle 14 juillet 2015, il y avait une célébration mondiale que nous avions finalement obtenunotre premier regard détaillésur ce tout nouveau type de planète aux confins de notre système solaire.
Mais pour ceux d'entre nous sur leL'équipe scientifique de Nouveaux Horizons, ce jour-là et ces premières images n'étaient que le début. Depuis lors, je regarde avec étonnement le vaisseau spatial New Horizons transmettre des images spectaculaires qui révèlent des surprises partout. Nous avons fait découverte après découverte de la planète de glace naine Pluton et de sa lune Charon, et cela devrait continuer à mesure que nous recevrons plus de données du vaisseau spatial. Voici un résumé de quelques-uns de nos résultats scientifiques à ce jour.
Que voyons-nous à la surface de Pluton ?
Peut-être l'une des plus grandes surprises qui était évidente dès les toutes premières images était que Pluton a unsurface incroyablement diversifiée.
Certaines zones de surface, telles que celles qui sont fortement cratérisées par les impacts d'astéroïdes, semblent remonter juste après la formation de Pluton, il y a environ 4,5 milliards d'années. D'autres régions montrent des preuves d'une activité géologique qui a pu durer tout au long des milliards d'années d'histoire de Pluton. D'énormes volcans de glace (cryovolcans) ont dû prendre une grande partie de l'histoire de Pluton pour se former. Ces volcans sont entraînés par des liquides souterrains chauds, tels que, peut-être, de l'eau et de l'ammoniac, au lieu du magma rocheux liquide que nous avons sur Terre, et leur surface rugueuse et croustillante est constituée de substances qui ont éclaté des profondeurs de l'intérieur de Pluton.
Le Spoutnik Planum de Pluton a capturé les cœurs ici sur Terre. Crédit d'image : NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
D'autres zones, telles que le Sputnik Planum, le glacier de glace d'azote en forme de cœur de la taille du Texas, ne montrent aucune preuve d'impacts d'astéroïdes, ce qui suggère une activité de surface continue, telle que la convection de glaces souterraines. Cette surface ne doit pas avoir plus de 10 millions d'années – un clin d'œil à l'échelle des temps géologiques !
Pluton est géologiquement actif ! Je doute qu'il y ait une seule personne sur Terre qui se serait attendue à voir ça !
De quoi est fait Pluton ?
Les diverses compositions chimiques que nous avons vues sur Pluton nous donnent des indices importants pour comprendreL'histoire géologique et le climat de Pluton.
Les plaines accidentées et glacées de Pluton. Crédit image :NASA/Laboratoire de physique appliquée de l'Université Johns Hopkins/Institut de recherche du Sud-Ouest
Les images haute résolution des caméras New Horizons montrent divers réservoirs de glace à la surface de Pluton. En étudiant les spectres réfléchis par la surface, nous avons identifié plusieurs types de glaces : notamment l'azote, le méthane et le monoxyde de carbone. Les emplacements et les caractéristiques de ces réservoirs de glace signifient qu'il y a eu de longues périodes de transport de glace à travers la surface de la planète naine.
Un placage plus foncé au-dessus des glaces est probablement un matériau tholin - des composés organiques traités par le rayonnement solaire. Ceux-ci sont produits lentement dans l'atmosphère de Pluton et pleuvent doucement, même maintenant, sur la surface. Une énorme région plus sombre, officieusement nommée Cthulhu Regio, a une couche de plusieurs mètres d'épaisseur de ce matériau organique de tholin qui s'est accumulé sur des milliards d'années. L'eau gelée est l'un des solides les plus forts aux basses températures que nous voyons sur Pluton. Nous pensons que les montagnes de glace qui s'étendent à plusieurs kilomètres au-dessus de la surface sont constituées de glace d'eau – les plus gros glaçons du système solaire.
Charon nous réservait aussi de belles surprises. La plus grande lune de Pluton a une région équatoriale étendue de plaines lisses qui peut également être due à des matériaux qui ont éclaté de l'intérieur de Charon via des volcans de glace qui ont ensuite coulé sur sa surface il y a environ quatre milliards d'années. Nous soupçonnons que c'était à ce moment-là que l'océan d'eau souterraine de Charon a gelé, provoquant des fractures mondiales à mesure que la lune s'agrandissait (l'eau se dilate lorsqu'elle gèle).
Charon a des pôles sombres qui peuvent être liés à des gaz volatils qui se sont échappés de l'atmosphère de Pluton pour être capturés par les pôles froids de la lune. Ces gaz déclenchent des réactions chimiques à la surface qui, selon nous, produisent la couleur plus foncée des pôles.
Comment fonctionne l'atmosphère de Pluton ?
Lesinstrument Alice du vaisseau spatialfait des observations du passage de la lumière du soleilà travers l'atmosphère de Pluton. Nous voyons des caractéristiques d'absorption qui indiquent une atmosphère composée d'azote (comme celle de la Terre) avec du méthane, de l'acétylène et de l'éthylène comme constituants mineurs.
La petite taille et la faible gravité de Pluton l'amènent à s'accrocher à son atmosphère beaucoup plus faiblement que les planètes plus grandes comme la Terre (qui a une gravité 16 fois plus forte que Pluton). Avant la rencontre de New Horizons, nous nous attendions à ce que cela produise une atmosphère considérablement étendue et s'échappant rapidement dans l'espace. Mais il s'est avéré que la haute atmosphère est beaucoup plus froide que nous ne le pensions et donc plus compacte - l'atmosphère ne s'étend pas aussi loin dans l'espace que prévu et le taux de fuite des gaz atmosphériques est extrêmement lent. Mais pourquoi l'atmosphère est si froide est encore un mystère complet.
La brume de Pluton est un smog photochimique. Crédit d'image : NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
En tant que scientifique de l'atmosphère, j'ai trouvé que la découverte la plus étonnante était la brume brillante, bleu clair, étendue à l'échelle mondiale que nous pouvons voir parce qu'un grand nombre de petites particules atmosphériques diffusent la lumière du soleil. Cette brume s'étend sur des centaines de kilomètres dans l'espace et contient plus de 20 couches très fines, mais beaucoup plus brillantes. Nous soupçonnons que les couches minces sont produites par un certain type d'onde atmosphérique qui provoque des régions localisées de condensation d'un gaz encore inconnu. La plus grande lune de Saturne, Titan, présente une couche de brume similaire dans sa haute atmosphère. Il peut donc y avoir des études planétaires comparatives intéressantes qui découlent de l'analyse des données de Pluton.
D'où viennent les lunes de Pluton ?
L'origine deLes cinq lunes de Plutonest une question de longue date. Mais les observations de survol nous ont fourni des données critiques dont nous avions besoin pour développer des explications convaincantes.
Nous pensons que Charon est à peu près aussi vieux que Pluton, s'étant formé lorsque Pluton était très jeune. Un impact entre Pluton et un autre grand objet de la ceinture de Kuiper au début de leur histoire a éjecté une énorme quantité de débris en orbite autour de Pluton. Au fil du temps, ces débris orbitaux se sont fondus dans Charon.
La spéculation précédente était que les quatre plus petites lunes sont en fait des astéroïdes capturés par la gravité de Pluton alors qu'ils passaient trop près de la planète naine. Mais les observations de New Horizons ont montré que ces quatre lunes ont une réflectivité inhabituellement élevée – très différente des matériaux extrêmement sombres que nous voyons sur les astéroïdes du système solaire externe. Cela a conduit à un argument convaincant selon lequel les plus petites lunes sont également constituées de débris du même impact qui a formé Charon.
L'atmosphère de Pluton est secouée par des protons et des électrons provenant du soleil comme le vent solaire. Crédit image : H.A. Weaver et al.
Comment Pluton interagit-il avec son environnement spatial ?
Alors que le vaisseau spatial New Horizons approchait de Pluton, on craignait qu'une petite quantité de débris ne reste encore en orbite autour de la planète naine. Une collision entre New Horizons et même une particule de débris de la taille d'un grain de sable pourrait endommager considérablement, voire détruire, le vaisseau spatial.
Mais le compteur de poussière construit par les étudiants, qui mesure les particules de poussière de petite taille micrométrique dans l'espace, n'a détecté qu'une seule particule pendant le survol – et elle était beaucoup trop petite pour endommager le vaisseau spatial. Cela signifie que l'environnement de Pluton est maintenant en grande partie dépourvu de débris - tous probablement balayés par les lunes au début de l'histoire du système.
Le Student Dust Counter fait partie de la charge utile scientifique que New Horizons transporte depuis une décennie. Crédit image :NASA/Nouveaux Horizons
LesLe vaisseau spatial New Horizons transportait également des instrumentspour étudier ce qui arrive auxvent solairequand il rencontre l'atmosphère de Pluton. La manière détaillée dont les particules du vent solaire du soleil interagissent avec l'atmosphère d'une planète fournit des indices importants sur la nature de cette atmosphère, en particulier jusqu'où elle s'étend dans l'espace et le taux d'échappement des gaz atmosphériques. La région d'interaction entre Pluton et le vent solaire s'est avérée beaucoup plus petite que prévu, seulement environ 12 diamètres de Pluton. Cela signifie que l'atmosphère est plus petite que prévu, et donc ces résultats confirment les observations d'Alice selon lesquelles la haute atmosphère est beaucoup plus froide que prévu.
Tellement plus encore à venir
Ce ne sont là que quelques-uns des nombreux résultats excitants et inattendus du survol de New Horizons de Pluton et Charon. Les découvertes que nous avons déjà faites signifieront que les manuels de science planétaire doivent être réécrits. Et pourtant, cet échantillonnage des résultats de New Horizons ne provient que de la pointe d'une montagne de données de glace sur laquelle nous analyserons et rédigerons des articles pendant de nombreuses années, peut-être des décennies. Les données sont si riches en choses que nous n'avons jamais vues auparavant que je suis sûr qu'il y a encore beaucoup de surprises à venir.
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Mike Summers, professeur de sciences planétaires et d'astronomie,Université George Mason
Cet article a été initialement publié leLa conversation. Lis learticle original.